GSM和MCU的远程家电控制系统

    近年来，短消息业务（SMS）作为GSM的一种增值服务，随着GSM网络覆盖范围的不断扩大，得到了迅速发展，它具有传输速度快，费用低，不占用语音通信通道等优点，因而在远程智能控制系统中得到了广泛的应用，如：基于GSM和GPS的车辆跟踪监视系统，基于GSM的远程LED信息发布系统等，笔者结合具体项目，设计了一套基于GSM短消息的远程家电控制系统，克服了电话远程家电控制系统电话费用高，控制时间长等缺点，取得了较好的效果。
    系统组成
    系统组成如图1所示：由GSM模块TC35、单片机89C52、驱动三极管9013及固态继电器JGX-50F组成。
    GSM模块
    GSM模块选用TC35，它是西门子公司最新推出的无线通讯模块，可以快速安全的实现数据、语音等的传输，短信息服务SMS和传真，可以工作在GSM 900kHz和1800kHz两个频段，RS232数据口符合ETSI标准GSM0707 和GSM0705，且易于升级为GPRS 模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT 命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。
    TC35的构成框图如图2所示，从功能上看主要由四部分构成，GSM基带处理器、GSM射频部分、电源部分和FLASH存储器构成。pcb抄板GSM基带处理器是整个模块的核心，它由一个C166CPU和一个DSP处理器内核控制模块内各种信号的传输、转换、放大等处理过程。射频天线部分主要实现信号的调制与解调，实现外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换，匹配电源为处理器以及射频部分提供所需的电源，40芯的ZIF插座为用户提供包括电源、数据输入输出、SIM卡音频接口和控制等的接口。
    MCU
    单片机作为主控单元，在系统中起着核心作用，本系统选用ATMEL公司的AT89C52，它是一款低功耗、高性能的单片机，内部有8K字节的FLASH MEMORY，该芯片运用了ATMEL公司先进的高密度非易失性存储技术，具有与51系列单片机完全兼容的指令集和引脚输出，89C52内部有256字节的RAM，32根可编程I/O口线，3个16位定时计数器，6个两级中断源，1个全双工的串行口。
    固态继电器SSR
    继电器是本系统的执行机构，选用JGX-50F型固态继电器，它是采用固体半导体元件组装而成的一种新颖的无触点开关，具有开关速度快、工作频率高、使用寿命长、噪声低和动作快等优点，得到了广泛的应用。JGX-50F型继电器输入电流为5-40mA，关断电压1.5V，额定输出电流50mA，输出电压范围宽为20-220V，满足项目的要求。
    硬件设计
    GSM与MCU接口电路设计
    单片机通过P1.0和P1.1控制TC35的开关机、复位等，通过串口与TC35进行数据通信，通信速率为9600Kbps，采用8位异步通讯方式，1位起始位，8位数据位，1位停止位。图3显示了单片机和TC35接口的关键部分：
    1）TC35模块输入输出的TTL正电平逻辑不是+5V，而是+2.9V，因此，必须对该输入电平进行逻辑转换，系统通过在集电极开路缓冲器7407的输出端加上拉电阻完成电路逻辑的转换。
    2）系统加电后，为使TC35进入工作状态，必须给IGT加一延时大于100ms的低脉冲，电平下降持续时间不可超过1ms。启动后，IGT应保持高电平（3.3V）。驱动IGT时TC35供电电压不能低于3.3V，否则TC35不能激活。
    3） ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。
    MCU与SSR接口电路设计
    单片机与固态继电器的接口如图4所示，由于单片机的灌电流仅为20mA，不足以驱动继电器，同时也为提高其驱动能力和抗干扰能力，系统增加了驱动电路，由三极管T与电阻R组成的放大电路构成，二极管D构成泄放回路，用以在系统断电时迅速将继电器自感电动势迅速拉低，起到保护作用。
    软件设计及系统工作原理
    MCU对GSM模块控制的实现
    TC35模块采用AT贺氏指令，单片机可以通过正确的AT指令对TC35模块进行初始化和短消息的接收，对短消息的控制共有三种模式：Block模式、PDU模式和Text模式。使用Block模式需要手机生产厂家提供驱动支持，目前，PDU模式已取代Block模式，而Text模式不支持中文，因此本系统使用PDU模式进行短消息接收。系统上电以后首先对TC35进行初始化，内容主要包括：
    1）设置短消息中心号码AT+CSCA=“+8613010761500”<CR>。（该号码因地区不同而设置不同）。
    2）设置短消息格式AT+CMGF=0<CR> （0代表PDU格式）。
    3）设置短消息存放的位置AT+CPMS=“SM”<CR>。（SM表示将短消息存放在SIM卡中）。
    4）设置短信到达通知AT+CNMI=1，1，0，0，1<CR>。此命令可使模块在短消息到达后向单片机发送指？lt;CR>+CMTI：“SM”，INDEX（信息存储位置）<CR>。
    另外，在系统操作过程中还用到了读取短消息指令AT+CMGR=INDEX<CR>及删除短消息指令AT+CMGD=INDEX<CR>及SIM卡状态查询命令AT^SCKS。
    系统工作原理
    系统上电以后，首先由单片机控制IGT启动TC35，然后用AT^SCKS?查询SIM卡状态，若SIM卡正确安装，电路板克隆则模块返回指令^SCKS:<1>，<1>OK，再由单片机控制TC35完成模块的初始化，单片机进入睡眠状态。当有新短消息到达时，由TC35模块向单片机发送指令将其唤醒，单片机读取短信内容，并对其进行解码，并根据短信内容控制I/O口输出高低电平，控制继电器动作，完成对家用电器开启与关闭的控制，处理完毕后用AT+CMGD=INDEX<CR>指令将其从SIM卡中删除，然后重复上述过程。