陶衛(wèi)平黎遠(yuǎn)洋羅 孟（.欽州學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，廣西 欽州 535000；.欽州學(xué)院，廣西 欽州 535000）

基于GSM的智能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陶衛(wèi)平1黎遠(yuǎn)洋1羅 孟2
（1.欽州學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，廣西 欽州 535000；2.欽州學(xué)院，廣西 欽州 535000）

文章研究利用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)一種基于GSM的熱水器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭熱水器的遠(yuǎn)程控制。

AT89C52單片機(jī)；DS18B20；GSM模塊；溫度檢測(cè)

目前生活中，很多熱水器都是手動(dòng)控制，不能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。本系統(tǒng)主要研究通過GSM網(wǎng)絡(luò)和單片機(jī)的控制，完成在遠(yuǎn)程終端對(duì)家庭熱水器進(jìn)行智能化控制操作，使人們?cè)诓辉诂F(xiàn)場(chǎng)的情況下開啟熱水器，既避免了等待，又減少了能源過多消耗的浪費(fèi)，方便了人們的生活。GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制成本、信號(hào)穩(wěn)定性、使用便利性和維護(hù)等方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)，有很大的發(fā)展前景。

1 總體方案設(shè)計(jì)

1.1 GSM模塊

本設(shè)計(jì)用單片機(jī)控制GSM模塊控制遠(yuǎn)程加熱器，整個(gè)系統(tǒng)由GSM模塊、微處理器模塊、加熱模塊、電源模塊和外圍模塊組成。

1.2 無線通信模塊

系統(tǒng)的前提是使用短信方式，簡單、經(jīng)濟(jì)、方便使用的實(shí)用性系統(tǒng)，而不是需要聯(lián)網(wǎng)才能進(jìn)行使用的GPRS通信模塊，如SIM300T和MC35等系列模塊。綜合使用價(jià)值、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等方面原因，本系統(tǒng)選擇TC35作為系統(tǒng)的無線通信模塊。

1.3 控制單元模塊的選擇

基于成本和性能等方面的考慮，本系統(tǒng)選擇 STC89C52模塊。

1.4 系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)只要是，利用STC89C52控制TC35無線模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。手機(jī)通過讀取TC35接收到的短信內(nèi)容從而在通過信息數(shù)據(jù)控制相應(yīng)的外部繼電器進(jìn)行工作，達(dá)到控制加熱器的目的。

圖1所示為系統(tǒng)遠(yuǎn)程端系統(tǒng)框圖：

圖1 系統(tǒng)遠(yuǎn)程端框圖

系統(tǒng)由STC89C52單片機(jī)主控，TC35作為無線通信模塊，繼電器組控制加熱器，DS18B20溫度傳感器作為溫度采集，電源模塊提供模塊的電源供應(yīng)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)包括單片機(jī)模塊、電源模塊、DS18B20溫度傳感器模塊、GSM模塊?，F(xiàn)對(duì)其中的部分電路進(jìn)行介紹。

2.1 指示燈電路

TC35有一個(gè)同步信號(hào)腳SYNC，該腳是一個(gè)同步信號(hào)輸出端，該腳輸出的信號(hào)，反應(yīng)了模塊的工作情況。本系統(tǒng)在該端通過一個(gè)三級(jí)管接入 LED 燈，接法如圖 2所示。LED燈受到該腳信號(hào)控制，可以顯示TC35模塊運(yùn)行的狀態(tài)。

圖2 指示燈電路

（1）LED 燈熄滅時(shí)：表示TC35處于關(guān)閉、休眠、報(bào)警或者充電狀態(tài)二；

（2）LED燈600ms亮/600ms暗：表示SIM卡沒有插入，或者正在搜索網(wǎng)絡(luò)，或者正在認(rèn)證用戶，或者正在注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)；

（3）LED燈75ms亮/3S暗：表示已經(jīng)注冊(cè)上網(wǎng)，處于待機(jī)狀態(tài)二；

（4）LED燈75ms亮/75ms暗/75ms亮/3S暗：表示一個(gè)或多個(gè)GPRS文件被激活二；

（5）LED 燈閃爍：表示 GPRS 的數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)GPRS數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，在交換一個(gè)數(shù)據(jù)包后，LED燈將會(huì)在一秒內(nèi)點(diǎn)亮。閃爍的持續(xù)時(shí)間約為0.5秒。

2.2 SIM卡電路

TC35模塊的SIM卡座采用的是Molex座，該座有8個(gè)管腳，而TC35模塊的SIM管腳只有6個(gè)管腳。其它的接口分別對(duì)應(yīng)于TC35的5個(gè)管腳，SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通過SIM卡閱讀器與TC35的同名端直接相連。

圖3 SIM座接口電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件主要包括串口程序、短消息程序、水溫采集程序和加熱程序。本系統(tǒng)軟件采用了前后臺(tái)的設(shè)計(jì)方式，前臺(tái)系統(tǒng)是主程序，后臺(tái)是由所有的中斷服務(wù)程序，如串口接收中斷服務(wù)程序，定時(shí)器中斷服務(wù)程序等功能模塊組成。程序主要由三部分代碼組成：啟動(dòng)與初始化、水溫監(jiān)控、遠(yuǎn)程開啟與控制。

3.1 串口程序設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，串口與GSM模塊接口，串口程序主要包括初始化和中斷服務(wù)程序兩個(gè)部分。

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(wù)程序兩個(gè)部分。下面為初始化程序。

Ini_UART(void)//串口初始化、定時(shí)器初始化

{

SCON = 0x50 ; //SCON∶ serail mode 1, 8-bit UART, enable ucvr

//UART為模式1，8位數(shù)據(jù)，允許接收

TMOD |= 0x21; //TMOD∶ timer 1, mode 2, 8-bit reload

//定時(shí)器1為模式2,8位自動(dòng)重裝

PCON |= 0x80 ; //SMOD=1;

TH1=0xFA ; //Baud∶19200 fosc="11".0592MHz

TL1=0xFA;

TH0=(65536-50000)/256; //(65536-50000)/256,50ms定時(shí)

TL0=(65536-50000)%256;

IE |= 0x90 ; //Enable Serial Interrupt

TR1 = 1 ; // timer 1 run

TR0=0; //開啟T0定時(shí)器

ET0=1; //允許T0定時(shí)器中斷

EA=1;

TI=1;

ES=1;

}

通過上面的程序可以看出，只要設(shè)置相應(yīng)的寄存器就可以設(shè)置串口工作的參數(shù)。在上面的程序中，串口的通信率為19200波特/秒。

3.1.2 中斷服務(wù)程序

串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收處理時(shí)，采用中斷服務(wù)程序來實(shí)現(xiàn)，下面為具體的中斷服務(wù)程序。

void ser() interrupt 4

{

if(RI==1)

{

aa[j]=SBUF;//命令存到命令數(shù)組RI=0; //軟件清除接收中斷

j++;

}

}

在上面的中斷服務(wù)程序中，為了與其他程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，使用全局緩沖區(qū)來實(shí)現(xiàn)，例如“aa[j]”等。

3.2 短消息程序設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，單片機(jī)通過串口向 GSM模塊發(fā)送相應(yīng)的

AT命令來實(shí)現(xiàn)短消息的發(fā)送和接收。

短消息可以是按照TEXT模式或者PDU模式發(fā)送，具體采用哪種模式發(fā)送短消息，需要根據(jù)系統(tǒng)的需要來決定。

基于TEXT模式的發(fā)短信代碼簡單，實(shí)現(xiàn)十分容易，只要把電話號(hào)碼和發(fā)送內(nèi)容封裝好就可以，但是最大的缺點(diǎn)就是不能發(fā)送中文短信；而PDU模式不僅支持英文內(nèi)容，也可以發(fā)送中文短信。基于PDU模式的實(shí)現(xiàn)要稍微復(fù)雜一點(diǎn)，由于PDU數(shù)據(jù)包有具體的幀結(jié)構(gòu)，因此必須按照PDU的數(shù)據(jù)包格式進(jìn)行封裝數(shù)據(jù)[4]。

在PDU數(shù)據(jù)包的幀結(jié)構(gòu)中，“SMSC”字段為短消息中心的地址；“PDU類型”指明數(shù)據(jù)包的類型；“MR”協(xié)議識(shí)別號(hào)；“DCS”為短消息的編碼格式。對(duì)于數(shù)字或者字符采用編碼值為“00”，如果內(nèi)容是漢字，則采用的編碼值為“08”，采用的是“UNICODE”編碼方式。在該系統(tǒng)中采用的字符編碼方式為：“VP”表示短消息的有效時(shí)間；“UDL”表示數(shù)據(jù)內(nèi)容的長度；“UD”為具體的短消息的內(nèi)容，在 PDU數(shù)據(jù)包里面，所有的數(shù)字是以字符形式發(fā)送的。

3.3 溫度采集程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用DS18B20進(jìn)行溫度采集，其代碼如下：void read_temperture()

{

DS18B20_Reset(); //設(shè)備復(fù)位

DS18B20_Writeuchar(0xCC); //跳過ROM命令

DS18B20_Writeuchar(0x44); //開始轉(zhuǎn)換命令

while (!DQ); //等待轉(zhuǎn)換完成

DS18B20_Reset(); //設(shè)備復(fù)位

DS18B20_Writeuchar(0xCC); //跳過ROM命令

DS18B20_Writeuchar(0xBE); //讀暫存存儲(chǔ)器命令

TPL = DS18B20_Readuchar(); //讀溫度低字節(jié)

TPH = DS18B20_Readuchar(); //讀溫度高字節(jié)

symbol=TPH&0xf8; //判定符號(hào)

temp=(TPH&0x07)*256+TPL;

temp=temp*0.0625*100;

}

3.4 加熱程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用三極管控制續(xù)電器控制加熱，其代碼如下：

if(temp＞5500) //如果溫度大于55度，繼電器關(guān)，發(fā)短信一次

{

JIDIANQI=1;

if(flag0==1)

{

write_str( 3,0, "中文短信【..】") ;

send_pdu();

write_str( 3,0, "中文短信【OK】") ;

flag0=0;

flag1=1;

}

}else //循環(huán)保溫狀態(tài)

{

if(flag1==1)

{

JIDIANQI=0;

}

}

從程序中可以看到，當(dāng)溫度達(dá)到55度之后停止加熱。

4 實(shí)物操作說明與測(cè)試

4.1 操作說明

連接好硬件以把SIM卡插入到GSM的卡槽上，打開電源開關(guān)，單片機(jī)液晶上顯示GSM初始化過程，稍等待初始化成功，可以進(jìn)行一下操作。

（1）通過打電話或者發(fā)送K1短信內(nèi)容給GSM模塊，熱水器系統(tǒng)進(jìn)行加熱。

（2）發(fā)送K0短信內(nèi)容給GSM模塊，熱水器系統(tǒng)停止加熱。

（3）當(dāng)溫度達(dá)到55℃時(shí)，熱水器系統(tǒng)停止加熱，并發(fā)送短信內(nèi)容到手機(jī)上。

4.2 實(shí)物測(cè)試測(cè)試儀器：手機(jī)一部，SIM卡兩張熱水器系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 熱水器系統(tǒng)的測(cè)試記錄表

由上表格數(shù)據(jù)可以知道該系統(tǒng)能正常工作。

[1] 徐文斌,孫廣大,黃健,等.基于單片機(jī)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2012(2)∶473-475.

[2] 劉鳴,車立新,陳興梧,等.溫度傳感器DS18B20的特性及程序設(shè)計(jì)方法[J].電測(cè)與儀表,2001(10)∶47-51.

[3] 張軍.智能溫度傳感器 DS18B20及其應(yīng)用[J].儀表技術(shù), 2010(4)∶68-70.

[4] 吳玉田,王瑞光,鄭喜鳳,等.GSM 模塊 TC35及其應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制,2002(8)∶557-560.

[5] 李海生.基于 GSM短消息的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[D].秦皇島∶燕山大學(xué),2005.

[6] 杜婷.基于 GSM 的遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].呼和浩特∶內(nèi)蒙古大學(xué),2013.

[7] 張華,高需.基于 TC35模塊實(shí)現(xiàn)短消息收發(fā)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2010(17)∶4817-4819,4821.

[8] 劉濤,張春業(yè),韓旭東,等.基于手機(jī)模塊 TC35的單片機(jī)短消息收發(fā)系統(tǒng)[J].電子技術(shù),2003(3)∶36-38.

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GSM -based control system of the water heater

Based on the existing GSM network, this paper designs a kind of remote control system of water heater based on GSM.

AT89C52 MCU; Ds18B20; GSM module; temperature detection

TP924;TP18

A

1008-1151(2016)10-0015-03

2016-09-10

2015年度廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目（2015JGA371）；2015年度國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201411607003）。

陶衛(wèi)平（1981－），女（壯族），廣西欽州人，欽州學(xué)院電子與信息工程學(xué)院講師，工程碩士，研究方向?yàn)樾畔⒒虒W(xué)技術(shù)、多媒體技術(shù)。