畢業(yè)論文：基于TC35模塊的GSM遠程智能家居控制系統(tǒng)的設計

I隨著GSM(GlobalSystemforMobilecommunication)移動通信網(wǎng)IfGSM-SMS,thispaperfirstpresentsthesysteTransmittingandreceivingSMSisrealparts:themonitoringcenterandtheremotemonitoringstation.Itconsistsofcenter.ComputerandTC35arejoinedbyRS232.ItcommunicationmoduleofGSM,athatIARdesignedserialport.Intheendofthepaper,itpresentsaremotetemperaturemonitoringsystembastemperature.Andthenpresentsanydiscussionsandinvest基于SIM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計摘要 I I 前言 1總體方案與論證 1.1設計方案模塊 4-1.3控制單元模塊的選擇 4- 1.5系統(tǒng)總體框架 2.1電源及復位電路的設計 2.1.1MSP430電源模塊的設計 2.1.2TC35的電源模塊 7- 2.2串口通信模塊設計 9-2.3GSM模塊接口設計 2.3.3指示燈電路 2.3.4SIM卡電路 2.6外部繼電器控制模塊設計 21-3.1串口程序設計 22-3.1.1串口初始化程序 3.1.2中斷服務程序 3.2.1寫操作 3.2.2讀操作…………27-V 29-3.3.2短消息的設置 總結(jié) 致謝 參考文獻 42- 基于SIM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計前言communication)網(wǎng)絡的一種基本業(yè)務，以其連接簡單、費用低廉、控制信道進行傳輸，經(jīng)短消息中心完成存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能，每條短消息的信息量為140bit。在短消息的可靠傳遞基礎上，GSM專業(yè)調(diào)以語音為主要的通信手段，使GSM網(wǎng)絡準數(shù)據(jù)接口，采用AT指令控制，符合ETSI標準GSM0707和話網(wǎng)；通過Internet網(wǎng)絡；通過自組網(wǎng)絡(CDPD網(wǎng));通過數(shù)傳和Internet方式以現(xiàn)有的網(wǎng)絡為依托，無需自行建設通信網(wǎng)絡，但是由于市話網(wǎng)和Internet難以達到工業(yè)現(xiàn)場覆蓋面，接入網(wǎng)絡受到限制，局限性很大，網(wǎng)絡運行效果取決于網(wǎng)絡運營商，線路安全不能得到保證，其通信效果好，信號量大，運營費用相對低廉；數(shù)傳電臺出現(xiàn)較早，應用很廣泛，是一種不錯的無線數(shù)傳方式，但遠程控制系統(tǒng)應用廣泛，遍及國民經(jīng)濟的很多領域，而目前這些控制系統(tǒng)無論從成本、可靠性、穩(wěn)定性、使用方便性、還是維護的難易程度等方面都不能最大限度的使人滿意。因此本文把GSM網(wǎng)絡引入到遠程控制系統(tǒng)中，提出了基于GSM短消息的遠程控制網(wǎng)絡是目前基于時分多址技術的移動通信體制中最成熟送至短消息中心，再由短消息中心轉(zhuǎn)發(fā)到最終目標。運用GSM短可以節(jié)省建網(wǎng)初期的巨額投資，運營期間無需維護網(wǎng)絡，運行費用本設計是一個基于GSM模塊的遠程控制系統(tǒng)，GSM就是globalsystemformobilecommunications【電信】全球通，全球移動通信系統(tǒng)(亦稱“泛歐數(shù)字式移動通信系統(tǒng)”,是一個根據(jù)歐洲電信標準協(xié)射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，模塊。本設計是一種利用手機短信息實現(xiàn)對遠程監(jiān)控設備如交通路燈，統(tǒng)和控制器，以短信息為基本控制指令和數(shù)據(jù)信息傳送方式，實現(xiàn)手機集和控制遠程設備信息的無線通信控制系統(tǒng)。本設計采用模塊化設計，整個系統(tǒng)由GSM模塊、控制模塊、電源模塊和外圍模塊組成，系統(tǒng)的整體方案框圖如下圖1-1:基于SIM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計圖1.1方案框圖我們設計此系統(tǒng)的前提是基于短信方式，簡單、方便使用、價格低廉的實用性系統(tǒng)，而不需要聯(lián)網(wǎng)使用的GPRS通信模塊，如模塊和TC35i模塊。TC35和TC35i功能相似，隨著西門子公司對TC35系列產(chǎn)品的發(fā)展，TC35i在相同技術領域相對TC35更勝一籌，但它的價格比TC35要昂貴得多，而且在本設計系統(tǒng)中的技術要求TC35同樣能夠達到標準，因此綜合來考慮，選擇TC35做為本設計系統(tǒng)的無線通信模塊。時間內(nèi)和有限的條件下使設計更加輕松和方便。因此本設計采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作，把相應的數(shù)據(jù)通過串口0發(fā)給TC35模塊電源及復位模塊電源及復位模塊TC35模塊GSM網(wǎng)絡系統(tǒng)遠程端負責數(shù)據(jù)采集及控制外部設備，以及存儲重要的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)備，傳感器組為數(shù)據(jù)采集模塊，24LC02B串行存儲器作為數(shù)據(jù)存儲器，基于SIM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計圖1.2所示為系統(tǒng)終端系統(tǒng)框圖：圖1.2系統(tǒng)終端框圖2系統(tǒng)硬件模塊設計進行詳細介紹。使用TPS70633穩(wěn)壓芯片經(jīng)穩(wěn)壓得到3.3V電壓。如圖2.1所示。0.1μf2.2μf4235圖2.13.3V電源電路濾波電容，以減小輸入端受到的干擾。2.1.2TC35的電源模塊f68μf在輸出部分用了一個22pf和100uf的電容，實現(xiàn)濾波。113圖2.4復位電路0.1uf基于SIM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計該系統(tǒng)實現(xiàn)的串口電路(RS-232電路)主要是MSP430與上位機進C2-V-NCNC 0.1μf0.1μf637980.1μf452圖2.5RS-232電路圖V+和V-分別放置0.1uf電容實現(xiàn)充電作用，滿足相應的充電電泵的要基于SIM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計2.3GSM模塊接口設計連接器、天線接口六部分組成。它可以快速、安全可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)傳輸、語音傳輸、短消息服務(ShortMessage2.3.2GSM模塊接口設計TC35模塊的控制。雖然TC35的串口提供了許多控制線，但由于考來實現(xiàn)，采用軟件實現(xiàn)控制具有使用靈活等特點，也很好地避免了過多硬件信號的檢測。對于TC35的其它管腳在不使用的時候，如則需要將該管腳通過100的電阻上拉。另外由于/IGT管腳是控制TC35模塊工作的管腳，所以需要將該管腳上拉，并且將該管腳與單片機進行連接，從而可以通過單片機來控制TC35模塊的工作狀態(tài)。在設計時需要考慮TC35模塊的電源管腳并連在一起，由于TC35是一個功能完全的模塊，因此這里不需要做任何的信號處理和射頻處理。另外TC35模塊還需要連接SIM卡座，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)一個完整獨立的GSM終端。以下為TC35模塊的接口設計。由圖可以看出，TC35接口電路的設計比較簡單。在進行串口設計時，雖然TC35模塊串口管腳的工作電平是CMOS電平，單片機串口管腳的工作電平是TTL電平，但由于單片機的高電平和低電平的邏輯判斷電平可以實現(xiàn)屯TC35的管腳進行連接(具體可以參看的數(shù)據(jù)手冊),因此TC35模塊的串口線直接與單片機的串口線進行連接。由于TC35模塊的串口管腳中的DTRO和RTS0兩個管腳是輸入管腳，因此分別通過10KQ的電阻將這兩個管腳拉高。/IGT為TC35模塊的工作狀態(tài)控制管腳，該管腳首先通過一個電阻拉高，平時該管腳為高電平，處于不工作狀態(tài)；另外該管腳還同時與單片機的一般I/0端口進行連接，這樣通過單片機來實現(xiàn)對TC35模塊的工作狀態(tài)的控制，當單片機在該管腳送低電平時，則TC35模塊工作。TC35模塊的SYNC管腳用來指示GSM模塊的工作狀態(tài)，連接一個指示燈來指示工作狀態(tài)，如圖2.6、圖2.7所示。_基于SIM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計TC35有一個同步信號腳SYNC(32腳synchronization接法如圖2.7所示。LED燈受到該腳信號控制，可以顯示TC35RR圖2.7指示燈電路持續(xù)時間約為0.5秒。2.3.4SIM卡電路TC35模塊的SIM卡座采用的是Molex座，該座有8個管腳，而TC35模塊的SIM管腳只有6個管腳，如下圖所示。其中編程端我們圖2.8所示：圖2.8SIM卡接口示意圖圖2.8所示的圖為SIM座接口電路圖，由圖可以看出SIM座直接與TC35模塊的ZIF連接器對應的SIM卡管腳進行連接，在需要的地方加了電容進行濾波處理。當SIM座的管腳7與TC35模塊的SIMDATA進行連接時，則用來模擬SIM卡插入的情管腳7不與TC35模塊的SIMDATA進行連接時，則用來模擬SIM卡沒有插入的情況。圖2.9為sim座接口電路?；赟IM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計12332324567ff圖2.9SIM座接口電路圖在本系統(tǒng)中，串行存儲器使用24LC02B芯片來實現(xiàn)。24LC02B主要是通過I2C實現(xiàn)與單片機的連接，具體的電路如圖2.10所示。7230.1μf4651圖2.10串行存儲器電路由圖可以看出，該電路的設計比較簡單。將24LC02B的第7管基于SIM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計端口進行連接，通過單片機來控制24LC02B就處于寫保護狀態(tài)；單片機在該管腳輸出低電平，則24LC02B不處于寫保護狀態(tài)。在本電址為000.由于I2C是總線工作方式，該總線上可以掛接很多器件，所以總線上的每個器件都應該有相應的地址，這樣才能實現(xiàn)尋址操連接，連接的方式是I2C總線方式。由于MSP430系列的單片機沒有I2C接口，因此本系統(tǒng)在設計時采用MSP430單片機的一般I/0端口P1.2和P1.3分別作為I2C總線的SCL和SDA線，采用軟件來模擬I2C總線，從而實現(xiàn)與24LC02B進行接口。在設計時，需要將SCL和SDA分別通過一個10KQ的電阻將其拉高，以滿足I2C工作條件。此外，為了減小電源的干擾，還需要在24L芯片的電源輸入管腳加一個0.luf的電容來實現(xiàn)濾波，以減小輸入2.5采集系統(tǒng)模塊設計準信號，即4mA到20mA,這樣設計具有一定的通用性，只要前端接也就是參考源為電壓，所以A/D轉(zhuǎn)換的是電壓，這樣需要將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。如圖2.11所示為模擬量采集具體的電路?；赟IM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計I2I2C204?1?1圖2.11采集電路設計信號，為了提高采集的進度，需要采用高精度的電阻，這里采用的是精度為1%的電阻。電路中采用二極管作為ESD保護電路，考慮到干擾問題，采用電容進行濾波處理，增加采集電路的抗干擾問題。2.6外部繼電器控制模塊設計在某些應用場合，需要控制設備的狀態(tài)，比如開機或者關機，因此本系統(tǒng)也設計了相應的控制電路。該控制電路相對比較簡單，主要利用繼電器來實現(xiàn)，具體的控制電路如圖2.12所示。圖2.12控制電路2.7單片機模塊的設計MSP430F149結(jié)構概述MSP430系列單片機是一個特別強調(diào)超低功耗性能的單片機品在這個系列中有多個型號，它們由一些基本功能模塊按不同的應用目標組合而成。其中FLASH型芯片又可分為幾個分支，如11x、11x1、13x、14x等。它們都具有開發(fā)設備簡便、可現(xiàn)場編程等特全部功能模塊尋址，同時用精簡指令組對全部功能模塊進行操作[34,35]。圖2.13是MSP430F14x系統(tǒng)結(jié)構圖。首先來看一下指令集，由16位ALU(ArithmeticandLogicUnit)、指令控制邏輯和16個寄存器組成。寄存器中有4個具有特殊用途，即程除了CG1和CG2,所有寄存器都可作為通用寄存器，用所有指令操作。常數(shù)發(fā)生器只用于指令執(zhí)行時提供常數(shù)，但不能存儲數(shù)據(jù)?；赟IM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計對CG1、CG2訪問時的尋址模式可以區(qū)分所獲得的常數(shù)數(shù)值。存儲器進行訪問時，對于程序代碼總是以字形式取得，而對于數(shù)據(jù)可以用字或字節(jié)指令進行訪問。每次訪問均需要16位數(shù)據(jù)總線自動選中，這樣可以減少總的電流消耗。對于MSP430F系列，程空間頂部的16字(0FFFFh～0FFEOh)保留用作復位及中斷的向量地址。數(shù)據(jù)存儲器(RAM)與程序存儲器相同，經(jīng)地0P6【Vre-f二2(1234567fAPsP5圖2.13單片機電路圖器的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)中心。單片機通過A/D通道進行數(shù)據(jù)采集，單片機與GSM模塊之間的通信采用單片機的串口0(UARTO)來模塊與單片機接口時不不需要進行電平轉(zhuǎn)換。單片機與PC通信則需要通過串口芯片(SP3220)完單片機還與串行存儲器接口，以記錄某些關鍵數(shù)據(jù)。單片機電路如圖2.13所示。通過圖2.13可以看出，該單片機的接口電路非常簡單。在單的時鐘信號，該系統(tǒng)的時鐘部分都是采用晶體振蕩器來實現(xiàn)的?？紤]到電源的輸入紋波對單片機的影響，在電源的管腳增加一個0.1uf的電容來實現(xiàn)濾波，以減小輸入管腳處受到的干擾，另外單片機還有模擬電源的輸入端，因此在這里需要考慮干擾問題，由于源輸入管腳增加一個濾波電容以減小干擾。單片機的串口0與GSM模塊接口，串口1與PC進行通信，由于接口電平不同，因此串口1與RS-232芯片進行連接。單片機的P1.2和P1.3管腳與串行存儲器進行接口。此外，單片機的P4.0、P4.1、P4.2和P4.3分別與繼基于SIM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計3系統(tǒng)軟件設計經(jīng)過前面的系統(tǒng)硬件設計可知，系統(tǒng)的軟件主要包括串口程序、存儲程序、短消息程序、采集控制程序和測試程序等。本系統(tǒng)軟件采用了前后臺的設計方式，前臺系統(tǒng)是主程序，后臺是由所有的中斷服務程序，如串口接收中斷服務程序，定時器中斷服務程序等功第一個電話本位置存入報警的目的手機號碼(無+86),此號碼也是用啟動與初始化的設計上電上電啟動(35失敗失數(shù)圖3.1TC35模塊的初始化基于SIM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計3.1串口程序設計在本系統(tǒng)中，串口0與GSM模塊接口，串口程序部分需要實現(xiàn)串口0。串口程序主要包括初始化和中斷服務程序兩個部分。下面具體介紹程序?qū)崿F(xiàn)的代碼。3.1.1串口初始化程序串口初始化程序主要包括初始化和中斷服務程序兩個部分。下面為{//將寄存器的內(nèi)容清零//數(shù)據(jù)位為8bit//將寄存器的內(nèi)容清零//波特率為19200//調(diào)整寄存器基于SIM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計//P3.4為輸出管腳}串口工作的參數(shù)。在上面的程序中，串口0的通信率為19200波特3.1.2中斷服務程序串口進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收處理時，采用中斷服務程序來實現(xiàn)，下面為具體的中斷服務程序。///////////////////////////處理來自串口0的接收中斷#ifVER<200voidUARTO_RX_ISR(void)#pragmavector=UARTORX_VECTOR {//接收來自的數(shù)據(jù)UARTO_RX_BUF[nRX0_Len_temchrTemp=UARTO_RX_BUF[nRX0_Len_temp-1];{//接收到一幀信號}///////////////////////voidUARTO_TX_ISR(void)voidUARTO_TX_ISR(void)#endif{{//表示緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)沒有發(fā)送完nTX0_Flag=0;TXBUFO=UARTO_TX_BUF[nSend_TX0];基于SIM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計{//數(shù)據(jù)發(fā)送完畢}}在上面的中斷服務程序中，為了與其他程序進行數(shù)據(jù)交互，使用全局變量或者全局緩沖區(qū)來實現(xiàn)，例如“UART1_TX_BUF[]”和“Ntx1_Flag”等。3.2存儲程序設計24LC02B的寫操作有兩種形式：單字節(jié)寫和按頁寫。下面對單字節(jié)寫和按頁寫兩種方式分別進行介紹。單字節(jié)寫就是在指定的地址中寫入內(nèi)容。首先單片機發(fā)送控制字節(jié)，然后發(fā)送地址字節(jié)，最后輸入寫的內(nèi)容，具體程序如下。{//啟動數(shù)據(jù)總線//發(fā)送控制字節(jié)//等待ACK//發(fā)送地址字節(jié)//等待ACK//發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)//等待ACK//停止總線}按頁寫是一次寫入8個字節(jié)。按頁寫操作的第一個字節(jié)的操作需要注意的是：一次最多只能寫入8個字節(jié)，如果操作多于8個字節(jié)，則寫入的內(nèi)容會被黑覆蓋。下面為具體的程序。intPageWrite(charnAddr,//啟動數(shù)據(jù)總線//發(fā)送控制字節(jié)//等待ACK//發(fā)送地址字節(jié)//等待ACK//發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)//等待ACK}//停止總線}3.2.2讀操作24LC02B的讀操作有3種形式：當前地址、隨機讀和順序地讀。當前地址讀需要知道上次讀操作后的地址，因此不具有操作獨立性，這里不做介紹。下面對隨機讀和順序讀你好嗎進行介紹。節(jié)，然后發(fā)送地址數(shù)據(jù)，最后讀出該地址的數(shù)據(jù)。下面給出具體的{//寫命令//啟動數(shù)據(jù)總線//發(fā)送控制字節(jié)//等待ACK//發(fā)送地址字節(jié)//啟動數(shù)據(jù)總線nTemp=0xA1;//等待ACK//停止總線順序讀是連續(xù)讀出多個字節(jié)。它的開始操作和隨機讀是一樣的，在讀完一個字節(jié)后，對24LC02B發(fā)送確認(ACK)信號，再繼intReadSeq(charnAddr,charnValue[],intnLen){intnTemp=0xA0;//寫命令I2CSTART();//啟動數(shù)據(jù)總線I2CTxByte(nTemp);//發(fā)送控制字節(jié)I2C_TxByte(nAddr);//發(fā)送地址字節(jié)I2CSTART();//啟動數(shù)據(jù)總線I2CTxByte(nTemp);//發(fā)送控制字節(jié)讀取數(shù)據(jù){}停止總線return1;//成功返回}3.3短消息程序設計實現(xiàn)短消息的發(fā)送和接收。在介紹具體程序之前，首先簡單介紹消息相3.3.1AT命令介紹都是需要帶ASCII碼為13的字符結(jié)尾，如果不帶，則會對該條命令進廠家共同為GSM系統(tǒng)研制的，其中包含了對SMS(ShortMessage表1相關AT指令-聲4-4.什圓h1與算1I陰涵料11財中4基于SIM300模塊的GSM遠程控制系統(tǒng)的設計如果取消發(fā)送，則以字符“ESC”結(jié)束。如果發(fā)送成功，則返回服務中在該命令中，首先發(fā)送命令AT+CMGC=<length>,并以回車符號結(jié)束，如果取消發(fā)送，則以字符“ESC”結(jié)束。如果發(fā)送成功，則返回狀態(tài)信(2)刪除短消息命令：AT+CMGD(刪除SIM卡內(nèi)存的短消息)該命令主要用于閱讀短消息的內(nèi)容，它具體提供兩條指令，具體的指響應為0K。該指令主要用來進行測試。該命令主要用來閱讀指定位置的短消息。如果操作成功，則響應為具體的短消息內(nèi)容，針對TEXT模式和PDU模式，有不同的響應內(nèi)容；如該命令主要用于設置短消息的格式，將短消息設置成TEXT格式或者該命令主要用來讀取格式。如果操作成功，則響應為響應為0K。該指令主要用來進行測試。該命令主要用來讀取短信中心的地址。如果操作成功，則響應為+CSCA:<sca><tosca>0K。響應中的<sca>為短信中心的地址；<tosca>用來表示為地址類型識別號，可以參照AT+CMGS命令中<toda>的含義。該命令主要用來設置短信中心的地址。如果操作成功，則響應為+0K。以上只列出了短消息操作的一些AT命令，其他AT命令就不再進行詳細介紹了，具體可以參看AT命令手冊。通過前面AT命令的介紹可知，由于短消息發(fā)送可以采用T也可以采用PDU格式，因此在發(fā)送短消息之前，需要設置短消息的格式。另外，也需要設置短信中心號碼，下面為上體的程序。1.短消息中心地址的設置在短消息的發(fā)送過程中，源GSM終端將短消息發(fā)送到另外一個目的GSM終端，源GSM終端首先將短消息發(fā)送到短信中心，由短信中心再轉(zhuǎn)發(fā)給目的終端，因此實現(xiàn)的機制是存儲轉(zhuǎn)發(fā)的機制，這樣就必須要正確設置好短信中心的地址。下面為該部分程序的具體代碼。//設置短信中心地址intsetCsca(charpBuf[],charphone[]){pBuf[1]=’T’;pBuf[2]=’+’;pBuf[3]=’C’;{}}在該程序中，封裝的數(shù)據(jù)為“AT+CASC=“+8613800230500”,149”2.短消息格式的設置基于SIM300