基于单片机的远程控制家用电器系统设计
基于单片机的远程控制家用电器系统设计[20200419160029]
摘 要
进入20世纪90年代，数字化技术取得了迅猛的发展，智能家电也随之兴起。由于智能家电技术的不成熟导致生产成本很高，能够接受其价格的人寥寥无几。基于此背景，本课题提出了基于单片机的远程控制家用电器系统设计。此系统将控制组件分为：核心系统模块、YB-SMS（Short Message Service）模块、电源模块、继电器驱动模块。软件部分分为串口初始化程序和主程序。采用软硬件结合的方式，最终实现使用短信息控制家用电器的方式。该控制组件有成本低、控制简单方便、控制距离不受限制等优点，符合了大部分人的经济接受范围和控制要求。
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关键字:GSM单片机远程控制BasedonMCUhouseholdappliancesremotecontrolsystemdesign
Keyword：GSM; MCU(Micro Control Unit); Remote control目 录
1. 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题的发展现状及主要研究内容 1
2. 远程控制系统总体结构设计 3
2.1系统设计因素 3
2.2系统总体设计 3
2.3系统控制要求 4
3. 远程控制系统硬件设计 6
3.1主控模块电路设计 6
3.1.1 供电电路设计 6
3.1.2 单片机电路设计 6
3.2 YB-SMS短信模块电路设计 7
3.3继电器电路设计 9
4. 远程控制系统软件设计 10
4.1软件总体设计 10
4.2主程序 11
4.3初始化程序 11
4.4 Proteus仿真设计 13
5. 远程控制系统调试 14
5.1实物焊接 14
5.2实物调试 15
5.3系统调试中问题 18
6. 总结 21
6.1课题设计总结 21
6.2设计不足及发展方向 21
参考文献 22
附录 23
附录A 23
附录B 24
致谢 28
1. 绪论
1.1课题研究背景
进入21世纪以来，数字化技术取得了迅猛的发展。随着数字技术的不断融合，对普通家庭来说，传统的家用电器迎来了新的革命，网络家电逐渐进入人们的生活。网络家电是指可以使用远程终端（例如电话、电脑等）对连接在家庭网络上的家用电器进行远程控制[1]。网络家电的普及不仅可以提高人们的生活质量，也让家用电器更加的智能化。例如在回家之前，让热水器开始启动烧水，回到家就可以舒舒服服的洗个热水澡，这就是网络电器带给人们的方便。
网络家电的控制有很多种方式，其中主要的有Internet网络、蓝牙接口和电话线路以及GSM（Global System for Mobile Communications）移动通信网络来控制。本课题选择的是GSM移动通信网络来实现远程控制的。GSM是移动通讯体制中比较完善、应用较广泛的一种系统[2]。
远程控制家用电器采用单片机控制，并运用到GSM模块来接收外来指令，操作简单易懂，同时降低了成本。因此，将单片机与GSM模块结合到一起设计家电控制组件，是一个非常好的选择。
单片机是一种集成芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多个端口和中断系统，定时器计数器功能集成到一块硅片上构成的一个小而完整的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用[3]。
1.2课题的发展现状及主要研究内容
随着技术的革新，每一个家电生产商都在追求自我的改变。网络家电的出现给了生产商新的商机。在日本，厂家对网络家电的开发取得了不小的进展。如东芝、松下和日立制作等，依靠网络家电建立了一个新的家电王国[4]。他们在家电革新上做出了很多的贡献。如松下推出了应用手机控制的家电产品。这种家电可以通过手机进行远程控制，跟蓝牙控制比较，控制距离不再受到限制。在中国海尔公司是网络家电商品化的领军品牌。2005年，海尔推出了“海尔e家”系列产品[5]。2006年，“海尔e家”系列产品中推出了一款用户远程控制方式“海尔短信宝”，用户通过手机短信就能够控制家中电器。在研发网络家电方面，以联想为首的多家国内企业也加快了追赶的步伐。不过因为控制技术的不成熟，导致生产成本过高，能够接受的人群寥寥无几。
由于接受人群少，再先进的技术也无用武之地。所以本课题主要的研究内容就是设计一个应用单片机与GSM模块控制的组件，使其能够控制家电的开启和关闭。这样既能够达到控制家电的要求，也能够极大的降低成本，满足大部分人的需要。
本设计方案需要考虑以下几点要求：
1）操作方便，简化操作指令。
2）适用于现有传统家电。
3）成本低，能够达到基本控制要求。
基于此要求，本文设计了基于单片机的远程控制家用电器系统，设计原理图如图1-1所示。
图1-1远程家电控制系统原理图
2. 远程控制系统总体结构设计
远程控制家用电器，不论是用户终端还是电器终端，都有很多的控制方式。例如用户终端的控制有蓝牙、GSM移动通信网络等方式，电器终端有继电器、红外线等方式。所以在设计家电远程控制组件时需要考虑很多的因素，如硬件结构要简单易连接，器件的选择要多方面综合考虑，硬件成本要低；软件设计中，要先分别设计各个功能模块的程序，然后再将各个功能模块程序整合在一起，形成一个完整的软件结构，最终结合硬件实现通过短信远程控制家用电器的功能。
2.1系统设计因素
设计家用电器的远程控制组件，需要考虑多方面的因素[6]。例如器件的选型、组件应用场所、系统的稳定性与可靠性、成本、功耗等。在设计时需要将这些因素都考虑到，并且恰当的结合在一起，组成一个完美的系统。
器件的选择：远程控制家电组件，最主要的是短信控制模块的选择。短信控制模块在运行时对于稳定性有很强的要求，不然在控制时会导致家电开启失败的现象，影响用户使用。单片机的选择对于整个系统来说担当了一个连接的功能，将远程控制指令转化成继电器控制信号，所以单片机的选择要考虑到其性能的稳定性，最终选定型号。
组件应用场所：本课题研究的是远程家电控制，所以在设计系统组件时需要考虑到应用到的场所。在每一个不同的场所中对于组件的要求也不一样。例如在家中使用，可以分为已装修和未装修。所以在系统组件的设计中，需要找到一个折中的简便控制，能够适应大部分的场所。
组件成本：本课题设计的组件，是为了拥有更多的受益人群，进而在设计上需要追求低成本。过低的成本必然会导致控制组件的不稳定，也会让性能下降；过高的成本又会让接受人群变少。所以在选择器件方面需要考虑其性价比。
功耗：作为一个控制组件，组件是需要持续供电开启的，所以在功耗上面需要降低，达到节能环保的要求。在需要供电的模块上，例如单片机，短信接收模块选择低功耗的芯片。
2.2系统总体设计
本课题是基于单片机的远程控制家用电器设计。要求利用单片机技术，结合软硬件来设计出一个可以让用户远程控制家电开启关闭的组件。在此基础上，利用单片机高效率的特性，通过短信模块接收用户指令，进而来控制继电器吸合和断开。
根据系统设计因素和课题要求，将设计所用的模块整合在一起，形成如图2-1的结构图。
图2-1 总体设计结构图
如图2-1所示为本课题设计结构的框图，整个远程控制系统由电源电路供电，而晶振电路构成单片机最小系统；用户操作终端为手机，也可以是能够发送GSM短信的终端[7]；短信控制模块是为了接收用户短信，同时将用户所发短信转化成指令，这样单片机能够接收信号，继而控制继电器的吸合断开；继电器驱动芯片是为了更好的让继电器动作，同时能够使控制稳定性增强。硬件的设计简单易懂，选用的短信接收模块为集成模块，降低成本的同时也要达到控制的要求。
摘 要
进入20世纪90年代，数字化技术取得了迅猛的发展，智能家电也随之兴起。由于智能家电技术的不成熟导致生产成本很高，能够接受其价格的人寥寥无几。基于此背景，本课题提出了基于单片机的远程控制家用电器系统设计。此系统将控制组件分为：核心系统模块、YB-SMS（Short Message Service）模块、电源模块、继电器驱动模块。软件部分分为串口初始化程序和主程序。采用软硬件结合的方式，最终实现使用短信息控制家用电器的方式。该控制组件有成本低、控制简单方便、控制距离不受限制等优点，符合了大部分人的经济接受范围和控制要求。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:GSM单片机远程控制BasedonMCUhouseholdappliancesremotecontrolsystemdesign
Keyword：GSM; MCU(Micro Control Unit); Remote control目 录
1. 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题的发展现状及主要研究内容 1
2. 远程控制系统总体结构设计 3
2.1系统设计因素 3
2.2系统总体设计 3
2.3系统控制要求 4
3. 远程控制系统硬件设计 6
3.1主控模块电路设计 6
3.1.1 供电电路设计 6
3.1.2 单片机电路设计 6
3.2 YB-SMS短信模块电路设计 7
3.3继电器电路设计 9
4. 远程控制系统软件设计 10
4.1软件总体设计 10
4.2主程序 11
4.3初始化程序 11
4.4 Proteus仿真设计 13
5. 远程控制系统调试 14
5.1实物焊接 14
5.2实物调试 15
5.3系统调试中问题 18
6. 总结 21
6.1课题设计总结 21
6.2设计不足及发展方向 21
参考文献 22
附录 23
附录A 23
附录B 24
致谢 28
1. 绪论
1.1课题研究背景
进入21世纪以来，数字化技术取得了迅猛的发展。随着数字技术的不断融合，对普通家庭来说，传统的家用电器迎来了新的革命，网络家电逐渐进入人们的生活。网络家电是指可以使用远程终端（例如电话、电脑等）对连接在家庭网络上的家用电器进行远程控制[1]。网络家电的普及不仅可以提高人们的生活质量，也让家用电器更加的智能化。例如在回家之前，让热水器开始启动烧水，回到家就可以舒舒服服的洗个热水澡，这就是网络电器带给人们的方便。
网络家电的控制有很多种方式，其中主要的有Internet网络、蓝牙接口和电话线路以及GSM（Global System for Mobile Communications）移动通信网络来控制。本课题选择的是GSM移动通信网络来实现远程控制的。GSM是移动通讯体制中比较完善、应用较广泛的一种系统[2]。
远程控制家用电器采用单片机控制，并运用到GSM模块来接收外来指令，操作简单易懂，同时降低了成本。因此，将单片机与GSM模块结合到一起设计家电控制组件，是一个非常好的选择。
单片机是一种集成芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多个端口和中断系统，定时器计数器功能集成到一块硅片上构成的一个小而完整的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用[3]。
1.2课题的发展现状及主要研究内容
随着技术的革新，每一个家电生产商都在追求自我的改变。网络家电的出现给了生产商新的商机。在日本，厂家对网络家电的开发取得了不小的进展。如东芝、松下和日立制作等，依靠网络家电建立了一个新的家电王国[4]。他们在家电革新上做出了很多的贡献。如松下推出了应用手机控制的家电产品。这种家电可以通过手机进行远程控制，跟蓝牙控制比较，控制距离不再受到限制。在中国海尔公司是网络家电商品化的领军品牌。2005年，海尔推出了“海尔e家”系列产品[5]。2006年，“海尔e家”系列产品中推出了一款用户远程控制方式“海尔短信宝”，用户通过手机短信就能够控制家中电器。在研发网络家电方面，以联想为首的多家国内企业也加快了追赶的步伐。不过因为控制技术的不成熟，导致生产成本过高，能够接受的人群寥寥无几。
由于接受人群少，再先进的技术也无用武之地。所以本课题主要的研究内容就是设计一个应用单片机与GSM模块控制的组件，使其能够控制家电的开启和关闭。这样既能够达到控制家电的要求，也能够极大的降低成本，满足大部分人的需要。
本设计方案需要考虑以下几点要求：
1）操作方便，简化操作指令。
2）适用于现有传统家电。
3）成本低，能够达到基本控制要求。
基于此要求，本文设计了基于单片机的远程控制家用电器系统，设计原理图如图1-1所示。
图1-1远程家电控制系统原理图
2. 远程控制系统总体结构设计
远程控制家用电器，不论是用户终端还是电器终端，都有很多的控制方式。例如用户终端的控制有蓝牙、GSM移动通信网络等方式，电器终端有继电器、红外线等方式。所以在设计家电远程控制组件时需要考虑很多的因素，如硬件结构要简单易连接，器件的选择要多方面综合考虑，硬件成本要低；软件设计中，要先分别设计各个功能模块的程序，然后再将各个功能模块程序整合在一起，形成一个完整的软件结构，最终结合硬件实现通过短信远程控制家用电器的功能。
2.1系统设计因素
设计家用电器的远程控制组件，需要考虑多方面的因素[6]。例如器件的选型、组件应用场所、系统的稳定性与可靠性、成本、功耗等。在设计时需要将这些因素都考虑到，并且恰当的结合在一起，组成一个完美的系统。
器件的选择：远程控制家电组件，最主要的是短信控制模块的选择。短信控制模块在运行时对于稳定性有很强的要求，不然在控制时会导致家电开启失败的现象，影响用户使用。单片机的选择对于整个系统来说担当了一个连接的功能，将远程控制指令转化成继电器控制信号，所以单片机的选择要考虑到其性能的稳定性，最终选定型号。
组件应用场所：本课题研究的是远程家电控制，所以在设计系统组件时需要考虑到应用到的场所。在每一个不同的场所中对于组件的要求也不一样。例如在家中使用，可以分为已装修和未装修。所以在系统组件的设计中，需要找到一个折中的简便控制，能够适应大部分的场所。
组件成本：本课题设计的组件，是为了拥有更多的受益人群，进而在设计上需要追求低成本。过低的成本必然会导致控制组件的不稳定，也会让性能下降；过高的成本又会让接受人群变少。所以在选择器件方面需要考虑其性价比。
功耗：作为一个控制组件，组件是需要持续供电开启的，所以在功耗上面需要降低，达到节能环保的要求。在需要供电的模块上，例如单片机，短信接收模块选择低功耗的芯片。
2.2系统总体设计
本课题是基于单片机的远程控制家用电器设计。要求利用单片机技术，结合软硬件来设计出一个可以让用户远程控制家电开启关闭的组件。在此基础上，利用单片机高效率的特性，通过短信模块接收用户指令，进而来控制继电器吸合和断开。
根据系统设计因素和课题要求，将设计所用的模块整合在一起，形成如图2-1的结构图。
图2-1 总体设计结构图
如图2-1所示为本课题设计结构的框图，整个远程控制系统由电源电路供电，而晶振电路构成单片机最小系统；用户操作终端为手机，也可以是能够发送GSM短信的终端[7]；短信控制模块是为了接收用户短信，同时将用户所发短信转化成指令，这样单片机能够接收信号，继而控制继电器的吸合断开；继电器驱动芯片是为了更好的让继电器动作，同时能够使控制稳定性增强。硬件的设计简单易懂，选用的短信接收模块为集成模块，降低成本的同时也要达到控制的要求。
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