【正文】 .......................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。未來的家居會(huì)是什么樣的？是夏日下班途中只要一個(gè)按鍵就開啟家里的空調(diào)，是冬日的晚上在溫暖的被窩里輕輕一點(diǎn)便能關(guān)閉臥室的燈光？??科技的發(fā)展便捷了人們的生活，而智能家居的到來便是推動(dòng)智能便捷生活的推動(dòng)劑。 伴隨互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日趨成熟和普及，建立在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸出現(xiàn)在人們的視野，而基于物聯(lián)網(wǎng)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行可靠、穩(wěn)定、便捷的控制便成了關(guān)鍵。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及相關(guān)應(yīng)用 進(jìn)入 21 世紀(jì)以來 ,尤其以數(shù)字化技術(shù)為代表取得了非常迅猛的發(fā)展 ,伴隨 inter 網(wǎng)絡(luò)向普通家庭生活不斷延伸和擴(kuò)展 ,消費(fèi)類電子、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)終端、通訊一體化的趨勢日趨明顯 ,也給傳統(tǒng)的開關(guān)行業(yè)帶來了新的革命 ,遠(yuǎn)程控制開關(guān)悄然進(jìn)入到人們的生活中，遠(yuǎn)程開關(guān)具體指的是用戶可以使用遠(yuǎn)程終端設(shè)備 (例如手機(jī)、個(gè)人電腦等 )對(duì)連接在網(wǎng)絡(luò)上的開關(guān)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程開關(guān)不但可以互聯(lián)組成遠(yuǎn)程開關(guān)網(wǎng)絡(luò) ,同時(shí)又能與外部互聯(lián)網(wǎng)連接，用戶可以方便的通過電腦、手機(jī)等遠(yuǎn)程終端操控連接的遠(yuǎn)程開關(guān)設(shè)備。 最常見的是智能家居，即家里的智能電器都可以利用手中的智能終端如智能手機(jī)或者平板電腦等來統(tǒng)一方便快捷的甚至是遠(yuǎn)程的操作技術(shù)便呼之欲出。隨后不久海爾又推出了海爾短信寶 ,用戶可以通過發(fā)送手機(jī)短信就可以遠(yuǎn)程控制家里的諸多電器 ,打破了以往數(shù)字家庭，智能家電只能在家中控制家電的局面，與此同時(shí) ,以聯(lián)想為首的一些國內(nèi)知名企業(yè)也都加快了研發(fā)和開拓這一領(lǐng)域的步伐 ,相繼推出自己的一些相關(guān)產(chǎn)品。 單片機(jī)作為微型數(shù)據(jù)處理控制中心，不僅具有一定的高效節(jié)能等特點(diǎn)，更具有高度的靈活性和操作簡單易于使用等特點(diǎn)，擁有功能較為豐富 I/O 口，可以方便的與其他設(shè)備間建立友好簡單協(xié)議通信。 本文主要研究工作 本課題研究的主要內(nèi)容：基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程開關(guān)控制系統(tǒng)，其主要任務(wù)是設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程開關(guān)控制系統(tǒng)，此遠(yuǎn)程開關(guān)控制系統(tǒng)可以通過現(xiàn)有的手機(jī)發(fā)送實(shí)施的相關(guān)的控制信息，在單片機(jī)控制下的 GSM 模塊在接收到信息后，串口輸出給單片機(jī)，由單片機(jī)根據(jù)控制信息控制相關(guān)的開關(guān)的工作狀態(tài)，當(dāng)工作狀態(tài)作出相應(yīng)的響應(yīng)后，單片機(jī)控制 GSM 模塊將控制的結(jié)果同樣以短信息的形式發(fā)送反饋到用戶手機(jī)。 單片機(jī)控制模塊主要負(fù)責(zé)識(shí)別 GSM 模塊接收到的數(shù)據(jù)指令并且由根據(jù)指令控制開關(guān)電路執(zhí)行開、關(guān)動(dòng)作，動(dòng)作完成后再命令 GSM 模塊以短信的形式將動(dòng)作結(jié)果反饋發(fā)送給用戶。 方案論證 利用 GSM 接收和發(fā)送數(shù)據(jù)有三種方案可行： 方案一：利用 GSM 提供的數(shù)據(jù)服務(wù)即 GPRS，也就是數(shù)據(jù)流量服務(wù)。 由于 GSM 模塊接受電話時(shí)只能是表示一種狀態(tài)，如果要對(duì)聽話內(nèi)容進(jìn)行語音分析，或者語音數(shù)據(jù)進(jìn)行提取處理難度較大，而且由于聲音數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖д娴仍?，可能?huì)影響語音命令的準(zhǔn)確性。 根據(jù)方案三可初步確定程序流程如下： 圖 系統(tǒng)程序流程 簡 圖 開始 GSM 相關(guān)設(shè)置等待信息 單片機(jī)數(shù)據(jù)處理 開關(guān)電路動(dòng)作響應(yīng) 反饋數(shù)據(jù)處理 3 硬件基礎(chǔ) 6 3 硬件基礎(chǔ) 單片機(jī)簡介 單片機(jī)（ Microcontrollers）又 被 稱 為 單片微控制器 , 是 一種 采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 和 多種 的I/O 口 以及 中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等功能（ 當(dāng)然還 可能包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制相關(guān) 電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等 外圍擴(kuò)展 電路 等 ）集成到一塊 獨(dú)立的 硅片上構(gòu)成的一個(gè) 小但是系統(tǒng) 完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 。 單片機(jī)經(jīng)過了第 3 代的發(fā)展，現(xiàn)在正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，現(xiàn)代的單片機(jī)產(chǎn)品不但 CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引腳的功能更多，而且實(shí)現(xiàn)了低電壓、低功耗的市場需求。因此，單片機(jī) 知識(shí) 的學(xué)習(xí)、 以及與其相關(guān) 開發(fā)與應(yīng)用 知識(shí)的學(xué)習(xí)對(duì)一個(gè)人工科人來說顯得尤為重要 。 同時(shí) 很多公司都推出 了基于 51 系列的兼容機(jī)型 單片機(jī)產(chǎn)品 ， 在隨 后很長的一段時(shí)間內(nèi)占有大量市場。 RAM： 主要是用來 存放可以讀寫的 相關(guān) 數(shù)據(jù)， 比 如 說 運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及 一些相關(guān)的需要 顯示的數(shù)據(jù) 等。 T/C： 主要是 兩個(gè)定時(shí) /記數(shù)器，既可以 通過程序選擇用于工作在 定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式 。 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 的 CMOS8 位微控制器， 它 使用的是 經(jīng)典 的 MCS51 內(nèi)核，具有 8K 的 系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 除此以外 ， STC89C52 還 可以 工作于低功耗模式， 低功耗模式其實(shí)就是空閑模式和掉電模式，它可以 通過兩種軟件 程序 選擇空閑 模式 和掉電模式。 從 20 世紀(jì) 20 年代開始移動(dòng)通信技術(shù)得到了一些初步的發(fā)展，在 20 世紀(jì) 40 年代后進(jìn)入了建設(shè)公用移動(dòng)通信系統(tǒng)階段。 我國于 20 世紀(jì) 90 年代初開始引進(jìn)采用這項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在此之前我國一直使用的是蜂窩模擬移動(dòng)技術(shù)，也就是第一代 GSM 技術(shù)（自 2021 年 12 月 31 日我國關(guān)閉了此模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)）。 GSM 模塊具有發(fā)送 和接收 SMS 短信，語音通話， GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)然?GSM 網(wǎng)絡(luò)的 進(jìn)行通信所 具有的一些 基本功能 [8]。有 一 些 GSM 模塊具有 “ 開放內(nèi)置平臺(tái) ” 功能， 這樣 可以讓客戶將自己的 一些 程序嵌入到模塊內(nèi)的軟件平臺(tái)中。 GSM 模塊根據(jù)提供的數(shù)據(jù)傳輸速率又可以分為 GPRS 模塊、 EDGE 模塊、 3G模塊和純短信模塊。 GPRS 的傳輸速率從 56K 到 114Kbps 不等，理論速度最高 可以 達(dá) 到171K， 但是 實(shí)際測試的下傳速度在 25K左右。 GPRS 模塊， 其實(shí)它就 是 一種 具有 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸功能的 GSM 模塊。 GPRS 模塊區(qū)別于傳統(tǒng)的純短信模塊，兩者都是 GSM 模塊，但是短信模塊只能收發(fā)短信和語音通訊，而 GPRS 模塊還具有 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸功能。同時(shí)基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，但由于多數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū) 載流子濃度，可以不考慮這個(gè)電流，因此可以認(rèn)為發(fā)射結(jié)主要是電子流 ； (3) 然后 基區(qū)中電子的擴(kuò)散與復(fù)合 ， 電子進(jìn)入基區(qū)后，先在靠近發(fā)射結(jié)的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區(qū)中向集電結(jié)擴(kuò)散，被集電結(jié)電場拉入集電區(qū)形成集電極電流 Ic。 DTP_RD+系列一體化的短信報(bào)警智能終端 iDTU（ GPRS數(shù)傳模塊 )）； (4) 移動(dòng)基站光纖通信設(shè)備遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測 ； (5) 八通道輸入輸出系列短信無線測控終端 等。這都使它成為在聲音和數(shù)據(jù)通訊上通用的一個(gè) GSM/GPRS 雙頻終端產(chǎn)品 [12]。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 繼電器和三極管基礎(chǔ) 繼 電器（ relay）是一種電控制器件，當(dāng)輸入量 即 激勵(lì)的變化達(dá)到 某 規(guī)定 要求時(shí)，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種 器件 。 圖 3. 1 常見繼電器示例圖 三極管 （ Triode） ，全稱 是 半導(dǎo)體三極管，也稱 為 雙極型晶體管、晶體三極管 等 ，是一種 以 電流控制電流的半導(dǎo)體器件 ， 其作 它的 用是把微弱 電 信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào)， 另外 也 可以 用作無觸點(diǎn)開關(guān) 等 。 三極管的放大原理，首先是 發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子 ， 電源 Ub 經(jīng)過電阻 Rb加在發(fā)射結(jié)上，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子 (自由電子）不斷地越過發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū)，形成發(fā)射極電流 Ie。 最后 集電區(qū)收集電子 ， 由于集電結(jié)外加反向電壓很大，這個(gè)反向電壓產(chǎn)生的電場力將阻止集電區(qū)電子向基區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)將擴(kuò)散到集電結(jié)附近的電子拉入集電區(qū)從而形成集電極主電流 I。 由于單片機(jī)的正向驅(qū)動(dòng)能力相當(dāng)有限 ,輸出電流只能達(dá)到幾百 uA[15],而 NPN型三極管屬于正向驅(qū)動(dòng)型，即使采用放大倍數(shù)較大 500 倍的三極管放大后，發(fā)射極電流也不能達(dá)到驅(qū)動(dòng)繼電器正常工作的目的，因此，不得不進(jìn)行二級(jí)放大，然而二級(jí)放大后電路就會(huì)變得復(fù)雜而且相應(yīng)的穩(wěn)定性就會(huì)受到影響，考慮到 PNP 型三極管可以利用單片機(jī)的強(qiáng)大的灌電流實(shí)現(xiàn)負(fù)向驅(qū)動(dòng)，采用即使 100 倍的三極管也可以輕松利用普通 I/O 口實(shí)現(xiàn)繼電器驅(qū)動(dòng)。當(dāng) 單片機(jī) I/O 口 輸入為 高電平即 +VCC 時(shí)，三極管截止，繼電器線圈無電流流過，則繼電器 斷開 （ OFF）；相反 的 ，當(dāng)輸入為 0V即單片機(jī) I/O 口 輸入為 低電平 時(shí)，三極管飽和，繼電器 的 線圈有相當(dāng)?shù)碾娏?通 過，則繼電器 就會(huì) 吸合（ ON）。盡管比按字節(jié)（ byte）的并行通信 要 慢 很多 ，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用另一根線接收數(shù)據(jù)。由于串口通信是異步的， 因此 端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù) ， 其他線用于握手，但不是必須的。指的是信號(hào)被調(diào)制以后在單位時(shí)間內(nèi)的變化， 也就是 單位時(shí)間內(nèi)載波參數(shù)變化的次數(shù)， 比如 每秒鐘傳送 1 個(gè)字符，而每個(gè)字符格式包含 10 位（ 1 個(gè)起始位， 1 個(gè)停止位， 8 個(gè)數(shù)據(jù)位），這時(shí)的波特率為 240Bd，比特率為 10 位 *1 個(gè) /秒 =10bps。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的 串口 通信，典型的例子就是 GPIB設(shè)備 （講話、聽話控制器） 的通信。比如 說 ，標(biāo)準(zhǔn)的 ASCII 碼是 0～ 127（ 7 位）。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取 以及設(shè)置 ，術(shù)語 “ 包 ” 指任何通信的情況。因 此停止位不僅僅是表示傳輸 過程 的結(jié)束，并且 還 提供 給 計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì)。當(dāng)然沒有校驗(yàn)位也 同樣 是可以的。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。 在實(shí)際應(yīng)用中利用軟件程序進(jìn)行串口通信的基本設(shè)置和通信設(shè)置如圖 : 圖 串口通信程序邏輯示意圖 串口 也 是計(jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議。 串口簡介 目前市場上應(yīng)用最廣泛的主流的串口標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種： RS232（ ANSI/EIA232 標(biāo)準(zhǔn)）是 IBMPC 及其兼容機(jī)上的串行連接標(biāo)準(zhǔn)。 RS232 串口通信最遠(yuǎn)距離是 50 英尺。在 一些 工業(yè)環(huán)境中 具有較好 的抗噪性和更遠(yuǎn)的傳輸距離是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。 RS485 是 RS422 的超集，因此所有的 RS422 設(shè)備可以被 RS485 控制 ， RS485 可以用超過 4000 英尺的線進(jìn)行串行通行 [17]。 MAX232 是一種雙組驅(qū)動(dòng)器 /接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單 5V電源供電時(shí)提供 EIA/TIA232E 電平 ， 當(dāng)用單片機(jī)和PC 機(jī)通過串口進(jìn)行通信 時(shí) ，盡管單片機(jī) 具有簡單的 串行通信的功能，但單片機(jī)提供的信號(hào)電平和 RS232 的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，因此要通過 MAX232 這種類似的芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換 [18]。 Altium Designer 基礎(chǔ) Altium Designer 是 Altium 公司最新 推出的 產(chǎn)品， Altium Designer 它是 在 Protel 的基礎(chǔ)上升級(jí) 發(fā)展而來的， 和 以前的 Protel 版本相比， Altium Designer 的功能得到了進(jìn)一步 豐富和 增強(qiáng)。 Altium。是一款功能強(qiáng)大的專業(yè)電路設(shè)計(jì)軟件，因此本文采用該軟件作為電路設(shè)計(jì)的工具。封裝形式是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片 所使 用的外殼。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之 相 連接的 PCB(印制電路板 )的設(shè)計(jì)和制造， 所有封裝也 是至關(guān)重要的。 為了匹配 GSM 模塊串口通信 9600 的波特率因此晶振選用 較為合適。 對(duì) 其 所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包大小 都 有 相應(yīng)的 定義：即對(duì)于 AT 指令的發(fā)送，除 AT 兩個(gè)字符 以 外，最多可以接收 1056 個(gè)字符的長度（包括最后的空字符） [19]。其他的一些非預(yù)期的信息 (如有人撥號(hào)進(jìn)來、線路無信號(hào)等 )，模塊 也 將有一些對(duì)應(yīng)的信息提示，接收端可做相應(yīng)的處理 [20]。 2,然后根據(jù)程序任務(wù)確定程序邏輯流程圖： ，包括串口初始化 ,中斷的使能，波特率設(shè)置（設(shè)置與 GSM 默認(rèn)的 9600 一致保證單片機(jī)和 GSM 建立統(tǒng)一的通信協(xié)議。單片機(jī)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)均由中斷來完成。 AT 回車 握手 OK AT+CNMI=1, 2 短信提醒設(shè)置 OK AT+CLCC 來電提醒 OK +CMTI：“ SM”，4 ATD18710491521 撥打電話 AT+CMGR=X 回車 讀取第 X 條短信 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 行處理，并且將處理結(jié)果由單片機(jī)控制 GSM 模塊反饋發(fā)送給用戶。 然后是定時(shí)器模式選擇，定時(shí)器 1 為模式 2,8 位自動(dòng)重裝。 短信提示設(shè)置，短信提醒設(shè)置，主要是為了當(dāng) GSM 模塊接收到短信息后，會(huì)自動(dòng)通過串口輸出給單片機(jī)，將短信息的內(nèi)容暫時(shí)保存到單片機(jī)內(nèi)的 RAM. ，處理相關(guān)命令和發(fā)送反饋短信息的主要程序： 首先檢測是否有受到短信息 然后判斷短信息內(nèi)容。如圖： 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)調(diào)試圖 ，由于串口接口在 PCB 板子上不容易固定，因此沒有固定，用 232 接口線連接 PC，嘗試向單片機(jī)下載程序