SMS短信服务为核心的空调远程控制器设计
SMS短信服务为核心的空调远程控制器设计[20200408100803]
摘 要
伴随着当今网络通讯技术的逐步走向成熟，以及移动通信终端不断普及，使用手机进行远程控制家用电器的构想已成为现实。本文在分析GSM移动通信技术的基础上，以其SMS短信服务为核心，设计了一个远程控制空调的系统。
设计单片机系统对接收的指令进行处理和传送，利用现有的红外发射模块对空调遥控器指令进行学习，利用单片机处理之后的指令对该模块进行控制并发送相应指令给空调器。设计了一个配套的软件程序来配合硬件电路进行工作。该系统可以用手机代替遥控器对空调进行远程控制，从而大大提高了操作的方便性和生活的舒适性。
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关键字:远程控制GSM网络单片机
目 录
1 引言 1
1.1 远程控制器研究背景 1
1.2 远程控制器国内外现状 1
1.3 本文的研究内容 2
2 系统整体方案设计 4
2.1 控制终端的实现方式 4
2.2 无线通信系统的选择 5
2.3 红外遥控器的选择 6
2.4 系统整体原理及框图 7
3 系统硬件设计 8
3.1 基于GSM网络短信息功能的指令传输系统设计 8
3.1.1 SMS短信息服务功能简介 8
3.1.2 GSM使用的AT指令集 8
3.1.3 SMS短消息的编码方式 9
3.2 基于51单片机的指令传输系统设计 11
3.2.1 单片机最小系统 11
3.2.2 电源电路 12
3.2.3 时钟振荡电路 12
3.2.4 复位电路 12
3.3 红外学习发射模块的设计 12
3.3.1 红外学习发射模块原理 12
3.3.2指令说明 13
3.3.3 反馈信息的指令列表 14
3.3.4 指令操作反馈信息举例说明 15
4 系统软件设计 16
4.1 GSM模块调试程序及流程图 16
4.2 系统主程序设计思路及流程图 17
5 系统整体调试 18
5.1实物电路连接 18
5.2 红外学习模块指令预学习 18
5.3 GSM模块调试过程 19
结语 21
参考文献 22
致谢 23
1 引言
1.1 远程控制器研究背景
如今社会，人们对生活品质的要求越来越高，对自己的住宅的舒适性及其安全性有了更高的期待。住宅的舒适性，安全性涉及到很多因素。为人们提供安全性和舒适性的技术的典型代表有：远程抄表的家庭系统，家庭防盗报警，家电控制的远程化。对于通常被称为家庭智能建筑的这个概念，指的是如何通过技术手段来实现上述要求。现在，随着数字技术的发展，模拟电、水、气的数字化已经基本实现，只要解决通信问题可以达到远程抄表及控制的目的，防盗报警器已在许多社区已经变得流行，让人们生活变得舒适的远程控制系统已逐步普及。
为配合国内城市不断升温的房地产开发，提升新建商品房的科技含量成为了住宅建设的一个核心内容。中华人民共和国建设部住宅产业办公室率先提出了住宅智能化的概念，利用大范围的网络建设和更加智能的自动控制技术来真正的实现家用电器的远程智能控制[1]。为了顺利的完成该任务，我国技术人员必须建设有效可靠的传输网络，研发低成本，低能耗的远程控制信号发射器来实时驱动家中的电器以及配套相对应的手机APP来智能地支配家中电器，从而实现实现真正地智能化远程控制。目前，对于工业现场的远程监控及控制的技术与方案已经成熟了。对此项技术的继续开发也有着对智能化家庭网络十分重要推动作用。
从上世纪90年代开始，全球开始了以信息技术为核心的第三次工业革命，各项信息技术的开始飞快的发展，让人们的生活变得更加丰富，人与人之间的距离更加地近。有线网络方面，从昂贵又慢速的拨号连接发展成为了价格亲民，网速流畅的宽带系统，并且延伸出“我的E家”等智能家庭网络系统；无线通信方面，从单一的大哥大拨打电话功能演变成了2G（GSM），3G（码分多址）以及当今在正在风行的4G网络（利用OFDM及MIMO的长期演进技术），另外WIFI技术也使得我们处于一个被网络包围的环境。空调的远程控制技术：也就是说可以在下班途中，利用手机等移动通信终端对家中的空调进行远程控制，而这一切的实现所需要的都仅仅是发送一条短消息。
1.2 远程控制器国内外现状
空调远程控制是智能化家庭网络其中的一个概念，一个成功的智能家庭网络系统应该是以远程控制，动作感知等技术为核心。能否有效提升使用者的舒适性以及是否能提前认知其使用需求是判断该系统合格与否的重要指标。在21世纪的家庭智能网络产品中，美国的产品一直走在产业的尖端，比较著名的有：微软公司，IBM公司以及motorola公司一系列产品。而在国内，科龙和海信集团也有推出相类似的产品，但是在技术的成熟度上还远不及国外的产品。虽然国内外产品有如此大的差距，但是因为其庞大的架构，复杂的工艺，高昂的成本，这类产品都没有大批次生产。不过有关家庭网络系统平台研发和标准的一直没有停步 。
目前，家庭网络系统平台的相关标准有很多，其中名气相对来说比较大的网络家电协议有：微软的UpnP[2]协议、索尼的HAVi[2]协议以及SUN的Jini[2]协议等。这些协议有一个共同的特点，即方便的实用性，可以即插即用。虽然这些平台提供了如此易用的条件，但是由于涉及协调的方面比较多，作为一个商品而言实现起来并不容易，所以在如今的市场上，这些产品我们少有耳闻，他们并没有普及开来。而随着控制技术的不断发展，现场总线技术也在家庭环境中也开始得到了应用。目前比较主流的总线技术有：X-10控制总线[3]、CEBus总线[3]、LonWorks[3]控制总线。
在家电远程控制器方面，白典章、夏锴等人提出的基于WEB的家用电器远程控制方案[4]，充分利用了现有的丰富WEB资源来远程控制家中的电器，具有不错的应用前景；易孝峰提出了基于GPRS业务的远程控制方案[5]；王东、张金荣等人提出的利用zigbee技术的远程无线传感网络的技术[6]。
1.3 本文的研究内容
本课题旨在简单阐述空调远程控制器原理与构架的基础上，设计一个远程空调控制器系统，克服传统远程控制器高成本、高技术门槛的固有难题，通过使用远程控制技术为核心技术来控制空调等家用电器。
(一)阐明短信息的编码方式以及在模块内编译码的实现。
(二)阐明GSM远程控制网络的制式，原理及其模块的架构。利用红外学习模块对商品配套的遥控器进行指令学习，并将指令的意义和地址进行利用，来给控制器以一个指令的控制目标。设计远程控制网络的数据通信协议以确保无线通信的可靠性。
(三)设计51单片机与红外学习发射模块的通信系统解决方案，并且解释红外学习发射模块这一部分的使用方案及指令传输方案。
在本课题阐述的方案中，家用空调的控制部分是智能家庭控制网络的核心内容。用户利用手机通过GSM网络发送短信息把信息传递给处于家庭工作环境中的GSM终端接收器，然后由GSM终端接收器再将指令交与微处理芯片（本课题使用的是51单片机系列）处理——将此两模块集成便成为“家电控制器”，接着将处理好的指令交由红外发射器进行指令最终发射以实现对家电的远程控制。
2 系统整体方案设计
2.1 控制终端的实现方式
远程控制空调的方法并不是只有一种，在目前的技术层面上出现了许多主流方法。由于方法和实现方式有很多，需要挑选一个适应本课题要求的方法，下文对几种主流方法进行阐述。
（1）利用嵌入式控制芯片实现。以往的的IPv4只有32位的地址长度[7]，如果需要在每个家庭智能网络的终端上安装一个嵌入式芯片就需要大量的地址，对于现今IP资源短缺的情况来说显然是不现实的。当今市场上比较流行的MRV空调(智能网络中央空调)就是使用嵌入式技术将其直接接入Internet网络的，需要在其控制端口上实现TCP／IP协议栈。因此如要使此类智能家电普及就必须有充足的IP资源，而此时，IPv6概念的 提出使得该工程的实现成为可能，IPv6将32位的地址足足提升到了128位[7]，提供了丰富的地址资源。但是，要真正的投入商品生产有着一定困难：一方面，嵌入式系统将会提高产品的成本；另一方面，家庭用户还需提供一个拥有独立IP的Internet网络界面，在目前的网络现实情况下，实现此类产品的普及也有比较大的困难。
摘 要
伴随着当今网络通讯技术的逐步走向成熟，以及移动通信终端不断普及，使用手机进行远程控制家用电器的构想已成为现实。本文在分析GSM移动通信技术的基础上，以其SMS短信服务为核心，设计了一个远程控制空调的系统。
设计单片机系统对接收的指令进行处理和传送，利用现有的红外发射模块对空调遥控器指令进行学习，利用单片机处理之后的指令对该模块进行控制并发送相应指令给空调器。设计了一个配套的软件程序来配合硬件电路进行工作。该系统可以用手机代替遥控器对空调进行远程控制，从而大大提高了操作的方便性和生活的舒适性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:远程控制GSM网络单片机
目 录
1 引言 1
1.1 远程控制器研究背景 1
1.2 远程控制器国内外现状 1
1.3 本文的研究内容 2
2 系统整体方案设计 4
2.1 控制终端的实现方式 4
2.2 无线通信系统的选择 5
2.3 红外遥控器的选择 6
2.4 系统整体原理及框图 7
3 系统硬件设计 8
3.1 基于GSM网络短信息功能的指令传输系统设计 8
3.1.1 SMS短信息服务功能简介 8
3.1.2 GSM使用的AT指令集 8
3.1.3 SMS短消息的编码方式 9
3.2 基于51单片机的指令传输系统设计 11
3.2.1 单片机最小系统 11
3.2.2 电源电路 12
3.2.3 时钟振荡电路 12
3.2.4 复位电路 12
3.3 红外学习发射模块的设计 12
3.3.1 红外学习发射模块原理 12
3.3.2指令说明 13
3.3.3 反馈信息的指令列表 14
3.3.4 指令操作反馈信息举例说明 15
4 系统软件设计 16
4.1 GSM模块调试程序及流程图 16
4.2 系统主程序设计思路及流程图 17
5 系统整体调试 18
5.1实物电路连接 18
5.2 红外学习模块指令预学习 18
5.3 GSM模块调试过程 19
结语 21
参考文献 22
致谢 23
1 引言
1.1 远程控制器研究背景
如今社会，人们对生活品质的要求越来越高，对自己的住宅的舒适性及其安全性有了更高的期待。住宅的舒适性，安全性涉及到很多因素。为人们提供安全性和舒适性的技术的典型代表有：远程抄表的家庭系统，家庭防盗报警，家电控制的远程化。对于通常被称为家庭智能建筑的这个概念，指的是如何通过技术手段来实现上述要求。现在，随着数字技术的发展，模拟电、水、气的数字化已经基本实现，只要解决通信问题可以达到远程抄表及控制的目的，防盗报警器已在许多社区已经变得流行，让人们生活变得舒适的远程控制系统已逐步普及。
为配合国内城市不断升温的房地产开发，提升新建商品房的科技含量成为了住宅建设的一个核心内容。中华人民共和国建设部住宅产业办公室率先提出了住宅智能化的概念，利用大范围的网络建设和更加智能的自动控制技术来真正的实现家用电器的远程智能控制[1]。为了顺利的完成该任务，我国技术人员必须建设有效可靠的传输网络，研发低成本，低能耗的远程控制信号发射器来实时驱动家中的电器以及配套相对应的手机APP来智能地支配家中电器，从而实现实现真正地智能化远程控制。目前，对于工业现场的远程监控及控制的技术与方案已经成熟了。对此项技术的继续开发也有着对智能化家庭网络十分重要推动作用。
从上世纪90年代开始，全球开始了以信息技术为核心的第三次工业革命，各项信息技术的开始飞快的发展，让人们的生活变得更加丰富，人与人之间的距离更加地近。有线网络方面，从昂贵又慢速的拨号连接发展成为了价格亲民，网速流畅的宽带系统，并且延伸出“我的E家”等智能家庭网络系统；无线通信方面，从单一的大哥大拨打电话功能演变成了2G（GSM），3G（码分多址）以及当今在正在风行的4G网络（利用OFDM及MIMO的长期演进技术），另外WIFI技术也使得我们处于一个被网络包围的环境。空调的远程控制技术：也就是说可以在下班途中，利用手机等移动通信终端对家中的空调进行远程控制，而这一切的实现所需要的都仅仅是发送一条短消息。
1.2 远程控制器国内外现状
空调远程控制是智能化家庭网络其中的一个概念，一个成功的智能家庭网络系统应该是以远程控制，动作感知等技术为核心。能否有效提升使用者的舒适性以及是否能提前认知其使用需求是判断该系统合格与否的重要指标。在21世纪的家庭智能网络产品中，美国的产品一直走在产业的尖端，比较著名的有：微软公司，IBM公司以及motorola公司一系列产品。而在国内，科龙和海信集团也有推出相类似的产品，但是在技术的成熟度上还远不及国外的产品。虽然国内外产品有如此大的差距，但是因为其庞大的架构，复杂的工艺，高昂的成本，这类产品都没有大批次生产。不过有关家庭网络系统平台研发和标准的一直没有停步 。
目前，家庭网络系统平台的相关标准有很多，其中名气相对来说比较大的网络家电协议有：微软的UpnP[2]协议、索尼的HAVi[2]协议以及SUN的Jini[2]协议等。这些协议有一个共同的特点，即方便的实用性，可以即插即用。虽然这些平台提供了如此易用的条件，但是由于涉及协调的方面比较多，作为一个商品而言实现起来并不容易，所以在如今的市场上，这些产品我们少有耳闻，他们并没有普及开来。而随着控制技术的不断发展，现场总线技术也在家庭环境中也开始得到了应用。目前比较主流的总线技术有：X-10控制总线[3]、CEBus总线[3]、LonWorks[3]控制总线。
在家电远程控制器方面，白典章、夏锴等人提出的基于WEB的家用电器远程控制方案[4]，充分利用了现有的丰富WEB资源来远程控制家中的电器，具有不错的应用前景；易孝峰提出了基于GPRS业务的远程控制方案[5]；王东、张金荣等人提出的利用zigbee技术的远程无线传感网络的技术[6]。
1.3 本文的研究内容
本课题旨在简单阐述空调远程控制器原理与构架的基础上，设计一个远程空调控制器系统，克服传统远程控制器高成本、高技术门槛的固有难题，通过使用远程控制技术为核心技术来控制空调等家用电器。
(一)阐明短信息的编码方式以及在模块内编译码的实现。
(二)阐明GSM远程控制网络的制式，原理及其模块的架构。利用红外学习模块对商品配套的遥控器进行指令学习，并将指令的意义和地址进行利用，来给控制器以一个指令的控制目标。设计远程控制网络的数据通信协议以确保无线通信的可靠性。
(三)设计51单片机与红外学习发射模块的通信系统解决方案，并且解释红外学习发射模块这一部分的使用方案及指令传输方案。
在本课题阐述的方案中，家用空调的控制部分是智能家庭控制网络的核心内容。用户利用手机通过GSM网络发送短信息把信息传递给处于家庭工作环境中的GSM终端接收器，然后由GSM终端接收器再将指令交与微处理芯片（本课题使用的是51单片机系列）处理——将此两模块集成便成为“家电控制器”，接着将处理好的指令交由红外发射器进行指令最终发射以实现对家电的远程控制。
2 系统整体方案设计
2.1 控制终端的实现方式
远程控制空调的方法并不是只有一种，在目前的技术层面上出现了许多主流方法。由于方法和实现方式有很多，需要挑选一个适应本课题要求的方法，下文对几种主流方法进行阐述。
（1）利用嵌入式控制芯片实现。以往的的IPv4只有32位的地址长度[7]，如果需要在每个家庭智能网络的终端上安装一个嵌入式芯片就需要大量的地址，对于现今IP资源短缺的情况来说显然是不现实的。当今市场上比较流行的MRV空调(智能网络中央空调)就是使用嵌入式技术将其直接接入Internet网络的，需要在其控制端口上实现TCP／IP协议栈。因此如要使此类智能家电普及就必须有充足的IP资源，而此时，IPv6概念的 提出使得该工程的实现成为可能，IPv6将32位的地址足足提升到了128位[7]，提供了丰富的地址资源。但是，要真正的投入商品生产有着一定困难：一方面，嵌入式系统将会提高产品的成本；另一方面，家庭用户还需提供一个拥有独立IP的Internet网络界面，在目前的网络现实情况下，实现此类产品的普及也有比较大的困难。
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