基于GTM900C的家用电器监控毕业设计Word文件下载.docx
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GSM;
SMS;
GTM900C模块;
单片机;
家用电器;
远程控制
Abstract
GSM(GlobalSystemForMobileCommunication)istheglobalsystemformobilecommunications.Aseveryoneknows,itisthemostwidelyusedmobilephonestandardsanditwillbeasystemwhichismorematureandperfectinthefutureinthefieldofmobilecommunications.Itsmainadvantagesareuserscanmakeachoicebetweentothisapplication.Allkindsofmethodswhichbasedontheshortmessageserviceapplicationsarealsovigorousdeveloped.Forexample,thepopularityofmobilephone,especiallythepopularityofmobilephonemessage,whichmakesuseofGSMnetworkshortmessageservicetorealizetheremotecontroloftransmissionplatform,designaremoteistoachieveausemobilephonetosendtextmessagestocontrol.ItmakesofGTM900Cmodule,STCsinglechipmicrocomputer,relay,AM2303temperatureandberemotelydetectedtemperature,remotelyturnonorturnoffmultipledetailindesignof.ItusesthePDUmodeatthesametime.Softwarerealizationusesmodularmethods,whichusingClanguagetoachieve,arespecificallydescribedinsoftwaredesign.
ThissystembeappliedtomodernintelligentFirstOut)和接收FIFO,支持可编程的数据宽度、可编程的数据停止位、可编程的奇偶校验或者没有校验;
UART接口最大的工作速率为115.2kbps,默认的通信速率为9.6kbps,采用串行异步通信方式,1位起始位,8位数据位,无校验位,1位停止位,支持波特率掉电保存。
(2)SIM卡接口:
可外接1.8V或3.0V的SIM卡,SIM卡接口信号如表3.1所示。
表3.1SIM卡接口信号
序号
信号名
描述
1
SIM-VCC
SIM卡电源
2
SIM-RST
SIM卡复位信号
3
SIM-CLK
SIM卡时钟信号
4
SIM-GND
SIM卡接地信号,与地GND,SIM卡的地信号均相连
6
SIM-DATA
SIM卡数据线
(3)LPG接口:
网络状态指示接口,LPG管脚输出脉冲信号用于控制LED灯,作为网络连接状态。
它不能直接驱动LED,需要配合三极管使用。
通过指示灯闪烁模式的不同,表示不同的网络状态。
LPG接口状态指示如表3.2所示。
表3.2LPG接口状态指示
状态
LPG输出信号
A:
模块启动
持续高电平
B:
深睡眠状态
持续低电平
C:
无SIM卡,未输入PIN码或正在搜索网络
周期1s,高电平输出0.1s
D:
已注册到网络,IDLE状态
周期3s,高电平输出0.1s
E:
GPRS数据传输中
周期0.125s,高电平输出0.1s
F:
呼叫进行中
(4)天线接口:
GTM900C提供的天线接口为GSC射频连接器,外接天线通过电缆连接到该连接器上。
有了射频连接器,模块在接收和发送信息时更稳定,更容易接收到信号。
如果使用较低电源电压(如3.4V)时,天线接口需要匹配,尽量缩短外部电源到模块的连线长度,电源的输入最好要有100U以上的电容。
否则实际输入模块的电压可能小于3.4V,会造成射频指标的恶化甚至模块工作不稳定。
3.2.3AT命令的简介
AT命令即Attention,AT命令集是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制的DTE-DCE接口标准,是从终端设备TE(TerminalEquipment)或数据终端设备DTE(DataTerminalEquipment)向终端适配器TA(TerminalAdapter)或数据电路终端设备DCE(DataCircuitTerminalEquipment)发送的。
通过TA,TE发送AT命令来控制移动台MS(MobileStation)的功能,与GSM网络业务进行交互。
AT指令包括一般命令、呼叫控制命令、网络业务命令、安全性命令、电话本命令、短消息(SMS)命令、补充业务命令、数据命令、串口命令和传真命令。
本设计主要使用短消息命令,对GSM网络中的短消息业务进行操作。
短消息收发规范GSM07.07规定了短消息命令,它由欧洲通信技术委员会发布,包含了对SMS的控制说明。
现在市场上大多数手机都支持GSM07.07规定的AT命令集。
利用GSM手机(MODEM)的串行接口,单片机向手机(MODEM)发送一系列AT指令,就能达到控制手机收发SMS的目的。
所采用的GTM900C无线模块,支持标准的AT命令及增强的AT命令。
使用该命令集可以控制和管理与GSM网络相关的各种业务,如呼叫业务,短消息业务以及各种附加业务。
3.3LCD液晶显示模块
3.3.1LCD12864简介
带中文字库的12864是一种具有4位8位并行、2线或3线串行多种接口方式,内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。
其显示分辨率为128×
64,内置8192个16*16点汉字和128个16*8点ASCII字符集,具有光标显示、画面移位和睡眠模式等多种功能。
利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面。
可以显示8×
4行16×
16点阵的汉字,也可以完成图形显示,具有低电压低功耗等特点。
与同类型的图形点阵液晶显示模块相比,该模块构成的液晶显示方案不论从硬件电路结构,还是显示程序都要简洁得多,且价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。
基本特性:
(1)低电源电压(VDD:
+3.0~+5.5V)
(2)显示分辨率:
128×
64点(3)内置汉字字库,提供8192个16×
16点阵汉字(4)内置128个16×
8点阵字符(5)2MHZ时钟频率
(6)显示方式:
STN、半透、正显
(7)驱动方式:
132DUTY,15BIAS(8)视角方向:
6点(9)背光方式:
侧部高亮白色LED,功耗仅为普通LED的15~110(10)通信方式:
串行、并口可选(11)内置DC-DC转换电路,无需外加负压(12)无需片选信号,简化软件设计(13)工作温度:
0℃~+55℃,存储温度:
-20℃~+60℃。
3.3.2LCD显示原理
从液晶显示器的结构来看,无论是笔记本电脑还是桌面系统,采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。
LCD由两块玻璃板构成,厚约1mm,其间由包含有液晶(LC)材料的5μm均匀间隔隔开。
因为液晶材料本身并不发光,所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管,而在液晶显示屏背面有一块背光板(或称匀光板)和反光膜,背光板是由荧光物质组成且可以发射光线,其作用主要是提供均匀的背光源。
LCD12864显示电路如图3.4所示。
图3.4LCD显示电路图
LCD12864内部寄存器及相关功能:
(1)指令寄存器IR
IR是用于寄存指令码,与数据寄存器数据相对应。
当DI=0时,在E信号下降沿的作用下,指令码写入IR。
(2)数据寄存器DR
DR是用于寄存数据,与指令寄存器寄存指令相对应。
当DI=1时,在下降沿的作用下,图形显示数据写入DR或在E信号高电平作用下由DR读到DB7-DB0数据总线。
DR和DDRAM之间的数据传输是模块内部自动执行的。
(3)忙标志BF
BF标志提供内部工作情况:
BF=1表示模块在内部操作,此时模块不接受外部指令和数据;
BF=0时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据。
(4)显示控制触发器DFF
此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制:
DFF=1为开显示(DISPLAYON),DDRAM的内容就显示在屏幕上;
DFF=0为关显示(DISPLAYOFF)。
DFF的状态是由指令DISPLAYONOFF和RST信号控制的。
(5)XY地址计数器
XY地址计数器是一个9位计数器。
高3位是X地址计数器,低6位为Y地址计数器,XY地址计数器实际上是作为DDRAM的地址指针,X地址计数器为DDRAM的页指针,Y地址计数器为DDRAM的Y地址指针。
X地址计数器是没有记数功能的,只能用指令设置。
Y地址计数器具有循环记数功能,各显示数据写入后,Y地址自动加1,Y地址指针从0到63。
(6)显示数据RAM(DDRAM)
DDRAM是存储图形显示数据的:
数据为1表示显示选择,数据为0表示显示非选择。
DDRAM与地址和显示位置的关系见DDRAM地址表。
(7)Z地址计数器
Z地址计数器是一个6位计数器,此计数器具备循环记数功能,它是用于显示行扫描同步。
当一行扫描完成,此地址计数器自动加1,指向下一行扫描数据,RST复位后Z地址计数器为0。
Z地址计数器可以用指令DISPLAYSTARTLINE预置。
因此,显示屏幕的起始行就由此指令控制,即DDRAM的数据从哪一行开始显示在屏幕的第一行。
此模块的DDRAM共64行,屏幕可循环滚动显示64行。
通过LCD12864,我们可以在屏幕上看到温、湿度的变化和各连接电器的工作状态(O代表ON,N代表OFF)。
LCD管脚功能如表3.3所示。
表3.3LCD管脚功能表
引脚号
引脚名称
电平
引脚功能描述
VSS
电源地
11
DB4
HL
三态数据线
VDD
3.0-5V
电源正
12
DB5
V0
-
对比度(亮度)调节
13
DB6
RS(CS)
RS=“H”,表示DB7~DB0为显示数据;
RS=“L”,表示DB7~DB0为显示指令数据
14
DB7
5
RW(SID)
RW=“H”,E=“H”,数据被读到DB7~DB0;
RW=“L”,E=“H→L”,DB7~DB0的数据被写到IR或DR
15
PSB
H:
8位或4位并口方式L:
串口方式
E(SCLK)
使能信号
16
NC
空脚
7
DB0
17
RESET
复位端,低电平有效
8
DB1
18
VOUT
LCD驱动电压输出端
9
DB2
19
A
背光源正端
10
DB3
20
K
背光源负端
3.4MAX232串口下载电路
RS-232C标准是美国EIA(电子工业协会)与BELL公司一起研发的通信协议,它于1969年公布。
它是最广泛使用的串行通信标准,用于包括PC机在内的多种设备中。
由于RS-232C是在TTL电路出现之前研制的,所以它的电平不是+5V接地。
它使用负逻辑,其低电平“0”在+3~+15V之间;
高电平“1”在-15~-3V之间,-3~+3V间无定义,最高能承受+25V的信号电平。
这与TTL和CMOS电平是不兼容的,不能直接和TTL电平直接相连。
而单片机的串行口电平为TTL电平,PC机的串行口是RS-232控制电平,二者电平不一致,所以在串行通信时必须进行电平转换,加上适当的接口电路,否则将会烧毁TTL电路。
本文采用MAX232设计电平转换电路。
MAX232是最常用的线路驱动器之一,它是MAXIM公司生产的低功耗、单电源双RS232发送接收器,芯片内部含有一个电容性电压发生器,可把输入的+5V电源变换成为RS232所需的±
10V电压,所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5V电源即可。
它主要由三部分组成:
电压倍增器、RS-232接收器、RS-232发送器。
采用16引脚的双列直插式封装,引脚如图3.5所示。
图3.5MAX232引脚图
RS-232C标准总线为25根,但这个25针的串口一般用于打印机中,所以本设计使用目前较为常见的9针串口(DB9)如图3.6所示,实际通讯距离较近时,可以用电缆线直接连接标准RS232接口。
其引脚功能如表3.4所示。
图3.6串口引脚图
电路在设计时,采用3线制(RXD,TXD,GND)软握手方式。
即将PC机和单片机的“发送数据线(TXD)”与“接收数据线(RXD)”交叉连接,二者的地线(GND)直接相连,其它信号线均不用,握手信号采用软件方法产生。
这样既可以实现预定的目标,又可以简化电路设计、节约成本。
表3.4引脚功能说明
功能说明
缩写
载波检测
DCD
接收数据端
RXD
发送数据端
TXD
数据终端准备好
DTR
信号地
SG
数据准备就绪
DSR
请求发送
RTS
清除发送
CTS
振铃指示
RI
采用MAX232设计的串口下载电路如图3.7所示。
图3.7串口下载电路
3.5按键电路
按键电路主要由12个按键组成的4X3矩阵,修改号码时,用来表示0~9和A、B键。
在总开关打开的前提下,也可以手动按某个按键来控制相应的家用电器。
按键电路与单片机的P2口相连。
电路设计如图3.8所示。
图3.8按键电路
S1、S4、S7、S10分别表示0、9、B、A;
S2、S5、S8、S11分别表示1、2、3、4;
S3、S6、S9、S12分别表示5、6、7、8。
按键1~8分别控制8个继电器动作,系统可以控制8路家用电器。
按键0也控制一个继电器,它是整个系统的总开关。
修改主人号码时,按A键显示主人号码,按B键修改号码,改好后,按A键返回;
按B键为短信控制说明:
发送打开电器X,如发送打开电器1,电器1将打开;
关闭电器1,电器1将关闭;
发送打开所有电器,电器将全部打开;
关闭所有电器,电器将全部关闭;
发送返回所有信息,将接收温、湿度信息及各家电的工作状态。
3.6电源电路
电源电路设计是为了防止突然停电或外部电路故障时,为系统提供备用电源接口以保证系统能正常工作。
由于执行机构的耗电电流比较大,所以提供的备用电源为4节1.2V的充电电池,每节电池充满电为1.37V。
电源电路如图3.9所示。
图3.9电源电路
外部电路正常供电时,电流流经二极管D10、D11,它们用来防止电流倒流,为系统提供稳定工作电压;
当外部电路出现故障或停电时,备用电源能使系统保持正常工作。
3.7执行机构
继电器一般都能反映一定输入变量(如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等)的感应机构(输入部分);
有的能对被控电路实现“通”,“断”控制的执行机构(输出部分);
在继电器的输入部分和输出部分之间,还有对输入量进行耦合隔离、功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构(驱动部分)。
它是具有隔离功能的自动开关元件,广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中,是最重要的控制元件之一。
本设计选用SRD-05VDC-SL-C继电器,它的线圈电压为5V,线圈电阻为70-80Ω,开关容量10A,吸合电流为43-46mA,释放电流15-18mA,输出电压范围宽为20-220V,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。
SRD系列继电器类似于单刀双掷开关,具有三个触点,中间为动触点,上下各一个静触点。
工作原理是:
线圈不通电时,动触点和其中一个静触点断开与另一个闭合,即为常开、常闭触点;
线圈通电后,动触点就移动,使常开触点闭合,常闭触点断开,达到转换目的。
它在电路中起着安全保护、以弱控强、转换电路等作用。
由于单片机的灌电流仅为20mA,不足以驱动继电器,同时为了提高其驱动能力和抗干扰能力,系统增加了驱动电路,它是由三极管Q和电阻R组成的放大电路;
二极管D构成泄放回路,用于系统断电时迅速将继电器的自感电动势迅速拉低,起到保护作用。
作为本系统的执行机构,其接口电路如图3.10所示。
图3.10继电器电路
上图中有9个继电器,从左到右有8个,分别用于控制8路家用电器。
最上端一个R01为执行机构的总开关,只有总开关打开,其他家用电器才能打开。
没人在家时,可以将总开关关闭,以避免无人在家时因线路故障造成的不良后果,提高家居系统安全性。
3.8温湿度传感器
AM2303数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。
它采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。
内部含有一个电容式感湿元件和DS18B20
高精度测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。
因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
每个AM2303传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。
校准系数以程序的形式储存在单片机中,传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。
它含标准单总线串行接口,使系统集成变得简易快捷。
超小的体积、极低的功耗、长期的稳定性,信号传输距离可达20米以上,使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择,其引脚标号如表3.5所示。
表3.5AM2303引脚
引脚
符号
注释
3.5-5.5VDC
DATA
单总线串行数据
空脚悬空
GND
接地,电源负极
AM2303温度测量范围-40~125℃,测温精度±
0.2℃,分辨率为0.1℃;
湿度测量范围0~100%RH,测湿精度±
2%RH,分辨率为0.1%RH。
它采用简化的单总线方式进行通信。
单总线即只有一根数据线,系统中的数据交换,控制均由单总线完成。
设备(主机或从机)通过一个漏极开路或三态端口连接至该数据线,以允许设备在不发送数据时释放总线,而让其他设备使用总线;
单总线通常需要外接一个约为5.1k的上拉电阻,这样,当总线闲置时,其状态为高电平。
由于它们是主从结构,只有主机呼叫从机时,从机才能应答。
因此主机访问器件都必须严格遵循单总线序列,如果出现序列混乱,器件将不响应主机。
特点:
体积小巧,超低能耗,相对温度和湿度测量,数字输出,精确校准,超长的信号传输距离,可靠且长期稳定,成本低,可以完全互换,三线制数字接口,无需额外元件。
应用范围:
暖通空调、除湿器、测试及检测设备、消费品、汽车、自动控制、数据记录器、家电、湿度调节器、医疗、气象站及其他相关湿度检测控制等。
4SMS的简介
4.1GSM系统
GSM俗称全球通,是一种起源于欧洲的移动通信技术标准,是第二代移动通信技术。
其研发的目的是让全球各地可以共同使用一个移动通信网络标准,让用户用一部手机就能行遍全球。
它能够在低服务成本、低端条件下提供较高的通信质量,是远程无线数据传输系统比较好的一种传输方式。
就其业务而言,GSM是一个能够提供多种业务的移动综合业务数字网ISDN(IntegratedServiceDigitalNetwork)。
本课题主要实现对家用电器的远程监控,具有信息传输量小、对传输速度要求不高和通信要求简单可靠的特点。
使用GSM的短消息服务功能不需要考虑信道的可靠性等因素,就可以很好的满足本设计中对家电监控的功能要求。
GSM系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。
它的覆盖范围广,布线成本低,是我国目前主要使用的蜂窝数字移动通信系统,也是目前唯一具有最大搜索范围和通信可靠性的无线通信网。
GSM蜂窝数字移动通信系统已遍布全国各地,目前已经覆盖全国98%以上的城市和广大农村地区。
GSM系统能提供语音功能,数据传输服务(提供给固定用户和ISDN用户的大部分业务,包括分组交换资料网所提供的服务)和短消息服务。
GSM系统主要由移动交换子系统MSS、基站子系统BSS、移动台MS三大部分组成,它具有其他通信方式所不可比拟的优越性。
其特点如下:
(1)由于GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游,具有网络能力强、网络容量大等特点。
用户无需另外组网,在提高网络覆盖范围的同时,为用户节省了昂贵的建网费用和维护费用;
(2)GSM网络对用户的数量没有限制,具有手机号码资源丰富的特点。
克服了传统专网通信系统投资成本大,维护费用高,并且网络覆盖范围和用户数量有限的缺陷;
(3)使用GSM网络可以使系统的安装量大大降低,有效的缩短系统建设周期,同时,由于免去了通信系统的维护,使得系统的维护量也大
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