【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 費(fèi)降到每條數(shù)據(jù)包 元，今后還有更大的優(yōu)惠，因此衛(wèi)星通信不再是一種高不可攀的通信方式，在通信網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)可以揚(yáng)長(zhǎng)避短合理 利用衛(wèi)星通信。 各種信道的比較如表 1 表 1 信道對(duì)比表 通過對(duì)上述各種通信方式的分析比較 ， 所以本人首選了 GSM 短信息傳輸作為通信方式。 三、方案論證 整機(jī)框圖 本 設(shè)計(jì) 主要由單片機(jī)系統(tǒng)、 TC35i 模塊、液晶顯示模塊、熱釋電紅外傳感器及繼電器等部分組成。 整機(jī)組成框圖如 圖 2 所示。 特點(diǎn) 公網(wǎng) 專網(wǎng) PSTN GSM/GPRS 超短波 衛(wèi)星 建設(shè)費(fèi)用 一般 低 高 高 通信費(fèi)用 一般 低 無 一般 運(yùn)行維護(hù) 運(yùn)行商維護(hù) 運(yùn)行商維護(hù) 建設(shè)方維護(hù) 運(yùn)行商維護(hù) 防雷要求 很高 低 高 高 圖 2 整體框圖 長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 原理簡(jiǎn)介 本 論 文設(shè)計(jì)的 基于 GSM模塊的家庭智能控制系統(tǒng)主要組成部分為單片機(jī)系統(tǒng)與 TC35i 模塊。 主要原理是 單片機(jī)采用 AT 指令控制 TC35i 進(jìn)行短消息收發(fā) ，通過 GSM 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與用戶交互。 完整電路原理圖見附錄 主要模塊介紹 單片機(jī) 介紹 (AT89S55) AT89S55 作為普通 51 單片機(jī)已與廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品中，其接口簡(jiǎn)單，方便使用，且功能強(qiáng)大， 容量 20K 足夠 滿足本系統(tǒng)需求， 因此本系統(tǒng)采用 AT89S55單片機(jī)作為主控制芯片。 1)AT89S55的主要性能 與 MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 20K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 個(gè)可編程 I/O口線 三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源 全雙工 UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時(shí)器 單片機(jī)系統(tǒng) 圖 3 系統(tǒng)構(gòu)成原理圖 GSM 網(wǎng)絡(luò) 用戶手機(jī) TC35i模塊 家電 長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)符 2) AT89S55 的功能特性描述 AT89S55是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 20K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用 Atmel公司高密度 非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S55為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S55具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 20k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32位 I/O口線，看門狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S55可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟 件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 TC35i 模塊介紹 TC35i是 Siemens公司推出的新一代無線通信 GSM模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù) (Short Message Service)和傳真。模塊的工作電壓為 － ，可以工作在 900MHz和 1800MHz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為 2W（ 900M）和 1W（ 1800M）。模塊有 AT命令集接口，支持文本和 PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及 ， ， 。此外，該模塊還具有電話簿功能、多方通話，漫游檢測(cè)功能，常用工作模式有省電模式、 IDLE、 TALK等模式。通過獨(dú)特的 40引腳的 ZIF連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號(hào)、及控制信號(hào)的雙向傳輸。通過 ZIF連接器及 50Ω天線連接器，可分別連接 SIM卡支架和天線。 TC35i模塊主要由 GSM基帶處理器、 GSM射頻模塊、供電模塊 (ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口 六部分組成。作為 TC35i的核心，基帶處理器主要處理 GSM終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持 FR、 HR和 EFR語音信道編碼。 TC35i模塊的正常運(yùn)行需要相應(yīng)的外圍電路與其配合。 TC35i共有 40個(gè)引腳，通過 ZIF連接器分別與電源電路、啟動(dòng)與關(guān)機(jī)電路、數(shù)據(jù)通信電路、語音通信電長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 路、 SIM卡電路、指示燈電路等連接。 TC35i主要特性與技術(shù)指標(biāo)如下 ： ①頻段為雙頻 GSM900MHz和 GSMl800MHz(phase 2/2+)；②支持?jǐn)?shù)據(jù)、 語音、短消息和傳真；③高集成度 (36mm)；④質(zhì)量為 9g；⑤電源電壓為單一電壓 ~；⑥可選波特率 300bps~115kbps，動(dòng)波特率 ~115kbps；⑦電流消耗 ——休眠狀態(tài)為 ，空閑狀態(tài)為 25mA，發(fā)射狀態(tài)為 300mA(平均 )，；⑧溫度范圍 ——正常操作 20℃ ~ +55℃ ，存放 30℃ ~ +85℃ ；⑨ SIM電壓為 3V/。 TC35i有 40個(gè)引腳，通過一個(gè) ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座 )連接器引出。這 40個(gè)引腳可以劃分為 5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入 /輸出、 SIM卡、音頻接口和控制。第 1~14腳為電源部分： 1~5為電源電壓輸入端 Vbatt+， 6~10為電源地 GND，1 12為充電引腳， 13為對(duì)外輸出電壓 (共外電路使用 )， 14為 ACCUTEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。 24~29為 SIM卡引腳，分別為 CCIN、 CCRST、 CCIO、 CCCLK、CCVCC和 CCGND。 33~40為語音接口，用來接電話手柄。 1 31和 32腳為控制部分： 15為點(diǎn)火線 IGT(Ignition)，當(dāng) TC35i通電后必須給 IGT一個(gè)大于 100ms低電平，模塊才啟動(dòng)； 30為 RTC backup， 31為 Power down， 32為 SYNC。 16~23為數(shù)據(jù)輸入 /輸出，分別為 DSR0、 RING0、 RxD0、 TxD0、 CTS0、 RTS0、 DTR0和 DCD0。 TC35i的數(shù)據(jù)輸入 /輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合 ITUT RS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)： 8位數(shù)據(jù)位和 1位停止位，無校驗(yàn)位，波特率在 300bps~115kbps之間可選，硬件握手信號(hào)用 RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF， CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的 AT命令集。 LCM12864 模塊介紹 LCM12864液晶顯示模塊是 12864點(diǎn)陣的 帶字庫 漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個(gè)中文漢字（ 16X16 點(diǎn)陣）、 128 個(gè)字符（ 8X16點(diǎn)陣）及 64X256 點(diǎn)陣顯示 RAM（ GDRAM）?？膳c CPU 直接接口，提供兩種界面來連接微處理機(jī)： 8位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。 長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 外形尺寸 ITEM NOMINAL DIMEN UNIT 模塊體積 93 78 mm 視域 mm 行列點(diǎn)陣數(shù) 128 64 dots 邏輯工作電壓 (VDD)： ～ 電源地 (GND)： 0V 工作溫度 (Ta)： 0～ 60℃ (常溫 ) / 20～ 75℃（寬溫） 外部連接圖 如圖： 熱釋電紅外傳感器 熱釋電紅外傳感器通過目標(biāo)與背景的溫差來探測(cè)目標(biāo)，其工作原理是利用熱釋電效應(yīng)，即在鈦酸鋇一類晶體的上、下表面設(shè)置電極，在上表面覆以黑色膜，若有紅外線間歇地照射，其表面溫度上升△ T，其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化， 引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產(chǎn)生電壓△ U。常用的熱釋電紅外線光敏元件的材料有陶瓷氧化物和壓電晶體，如鈦酸鋇、鉭酸鋰、硫酸三甘肽及鈦鉛酸鉛等。 長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 熱釋電紅外傳感器內(nèi)部由光學(xué)濾鏡、場(chǎng)效應(yīng)管、紅外感應(yīng)源 (熱釋電元件 )、偏置電阻、 EMI 電容等元器件組成 。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4 所示： 光學(xué)濾鏡的主要作用是只允許波長(zhǎng)在 10μ m左右的紅外線 (人體發(fā)出的紅外線波長(zhǎng) )通過，而將燈光、太陽光及其他輻射濾掉，以抑制外界的干擾。紅外感應(yīng)源通常由兩個(gè)串聯(lián)或者并聯(lián)的熱釋電元件組成，這兩個(gè)熱釋電元件的電極相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋電元 件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生的熱釋電效應(yīng)相互抵消，輸出信號(hào)接近為零。一旦有人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，由于角度不同，兩片熱釋電元件接收到的熱量不同，熱釋電能量也不同，不能完全抵消，經(jīng)處理后輸出控制信號(hào)。 硬件電路設(shè)計(jì)分析 電源及啟動(dòng)電路 電源電路分為充電電池和穩(wěn)壓電源模塊兩部分：充電電池主要為整個(gè)系統(tǒng)提供 ，同時(shí)產(chǎn)生 MAX3238所需要的高電平； TI公司的三端電源模塊 UA7806將外部＋ 12V直流電源轉(zhuǎn)換為＋ 6V，連到 ZIF連接器的 1 12引腳，在充電模式下，為 TC35i提供＋ 6V、 500mA的充電電壓。 啟動(dòng)電路由開漏極三極管和上電復(fù)位電路組成。模塊上電 10ms后 (電池電壓須大于 3V)，為使之正常工作，必須在 15腳 (/IGT)加時(shí)長(zhǎng)至少為 100ms的低電平信號(hào)，且該信號(hào)下降沿時(shí)間小于 1ms。啟動(dòng)后， 15腳的信號(hào)應(yīng)保持高電平。 數(shù)據(jù)通信電路 數(shù)據(jù)通信電路主要完成短消息收發(fā)、與 PC機(jī)通信、軟件流控制等功能。 TC35i的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合 ITUT RS232接口電路標(biāo)準(zhǔn)，工作在 CMOS電平 ()。數(shù)據(jù)接口 配置為 8位數(shù)據(jù)位、 1位停止位、無校驗(yàn)位，可以在 300bps～115kbps的波特率下運(yùn)行，支持的自動(dòng)波特率為 ～ 115kbps（ ）。 TC35i模塊還支持 RTS0/CTS0的硬件握手和 XON/XOFF的軟件流控制。 數(shù)據(jù)通信電路以 TI公司的 MAX3238芯片為核心，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信圖 4 熱釋電紅外傳感器 長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 功能。 TI公司的 MAX3238芯片供電電壓為 3～ ，符合 TIA/EIA232F 和 ITU 。具有獨(dú)特的 177。15KV人體靜電保護(hù)措施，兼容 5V邏輯輸入，內(nèi)含 3路接收、 5路發(fā)送串行通信接口，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 250kbps。該芯片的最大特點(diǎn)是，在串行口無數(shù)據(jù)輸入的情況下，可以靈活的進(jìn)行電源管理，即當(dāng) FORCEON(13腳 )為低電平、 /FORCEOFF(14腳 )為高電平時(shí)， AutoPowerdown Plus功能有效。在正常運(yùn)行模式下，約 30秒時(shí)間 內(nèi)若芯片在接收和發(fā)送引腳沒有檢測(cè)到有效信號(hào)，將自動(dòng)進(jìn)入 Powerdown模式，此時(shí)耗電 1uA。如果 FORCEON和 /FORCEOFF引腳均為高電平，那么 AutoPowerdown Plus功能失效。在 AutoPowerdown Plus功能有效的時(shí)，如果檢測(cè)到接收或發(fā)送引腳有信號(hào)輸入，該芯片自動(dòng)被激活，轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。如果任一接收通道的輸入電壓高于 ，或者位于 ～ 30uS，則 /INVALID(15腳 )引腳為高電平 (數(shù)據(jù)有效 )。如果所有接收通 道的輸入 電壓位于 ～ 30uS ，則/INVALID(15腳 )引腳為低電平 (數(shù)據(jù)無效 )。 該芯片的以上特性，滿足了 TC35i作為移動(dòng)終端的 3路接收、 5路發(fā)送電路連接要求。在 MAX3238與 ZIF連接器相應(yīng)引腳 連接時(shí)，要注意發(fā)送、接收引腳連接正確。 MAX3238還需要連接 4個(gè) ，才能完成電平轉(zhuǎn)換功能。 TC35i模塊通過 RS232接口各引腳輸出的信號(hào)有 RxD0、 CTS0、 DSR0、 DCD0、 RING0，輸入的信號(hào)為 TxD0、 RTS0、 DTR0。 由于 TC35i的接口電路使用了 9針串口的全部引腳，使 TC35i可以獲得 DTR0、DSR0、 DCD0和 RING0控制信號(hào)。信號(hào) RING0用來向蜂窩設(shè)備指示接收到Unsolicited Result Code (URC)。通過 AT指令，可以設(shè)置 TC35的不同 運(yùn)行模式。 語音通信電路 由于 TC35i 的 GSM 基帶處理器內(nèi)集成了音頻濾波、 ADC、 DAC、語音合成等部分，所以模塊語音接口的外圍電路連接相對(duì)簡(jiǎn)單。 TC35i 有兩個(gè)語音接口，每個(gè)接口均有模擬麥克輸入和模擬耳機(jī)輸出。為了適合不同的外設(shè)，模塊共有 6種語音模式，可通過指令 AT^SNFS 選擇。第一個(gè)語音接口的默認(rèn)配置為 Votronic ，語音模式為 1(默認(rèn) )、 5，其中模式 1 參數(shù)固定。第二個(gè)語音接口為頭戴式耳機(jī)和麥克設(shè)置，語音模式為 6。 長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 為了防止從麥克風(fēng) 和耳機(jī)導(dǎo)線引入高頻干擾，影響 TC35i 的正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)電路時(shí)，在麥克風(fēng)、耳機(jī)、以及手持聽筒的插孔處都接有電感。此外，考慮到靜電保護(hù)的因素，所有語音信號(hào)輸入端都通過電容與 GND 耦合。 SIM 卡電路 基帶處理器集成了一個(gè)與 ISO78163 IC Card 標(biāo)準(zhǔn)兼容的 SIM 接口。為了適合外部的 SIM 接口，該接口連接到主接口 (ZIF 連接器 )。在 為 SIM卡預(yù)留 5 個(gè)引腳的基礎(chǔ)上， TC35i 在 ZIF 連接器上為 SIM卡接口預(yù)留了 6 個(gè)引腳，所添加的 CCIN 引腳用來檢測(cè) SIM 卡支架中是否插有 SIM 卡 。當(dāng)插入 SIM 卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作狀態(tài)。但是目前移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商所提供的SIM 卡均無 CCIN 引腳，所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)將引腳 CCIN 與 CCVCC 相連。 在設(shè)計(jì)中為 SIM 卡布線時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)值得引起注意問題：如果將 SIM 卡的第四腳 CCGND 直接與印刷電路板的 GND 相連，不作任何信號(hào)的隔離保護(hù)，則通話時(shí)音量很小。考慮到設(shè)計(jì)中的電磁兼容和靜電保護(hù)等因素，為了達(dá)到最佳的通話效果，采用在 SIM 支架下，即印刷電路板的頂層敷設(shè)一層銅隔離網(wǎng)，該層敷銅與 SIM 卡的 CCGND 引腳相連， CCGND 和電路板的 GND 之間 通過兩個(gè)并聯(lián)的電容和電感耦合。此舉為 SIM 卡構(gòu)成了一個(gè)隔離地，屏蔽了其他信號(hào)線對(duì) SIM 卡的干擾。再進(jìn)行語音通話時(shí)，話音清晰。 軟件設(shè)計(jì) AT 指令集 GSM 模塊通過 AT 命令與單片機(jī)通信。所有的 AT 命令 (除了重復(fù)命令 A/以外 )都由 AT 開頭，除了發(fā)送短消息最后是以 Ctrl+Z結(jié)束外，其余的都是以回車符 CR結(jié)束的。響應(yīng)形式都是 CRLFresponseCRLF。表 2 列出了AT 命令的語法規(guī)則。 表 2 AT 命令的語法規(guī)則 測(cè)試命令 AT+CXXX=? 模塊返回由相應(yīng)寫命令或內(nèi)部處理設(shè)置的參數(shù)和值范 圍列表 讀命令 AT+CXXX? 模塊返回當(dāng)前設(shè)置的參數(shù)或參數(shù)值 寫命令 AT+CXXX=?? 模塊返回用戶定義的參數(shù)值 執(zhí)行命令 AT+CXXX 讀取在 GSM內(nèi)部處理器的不變參數(shù) 長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 (1)設(shè)置單片機(jī)和 GSM 模塊的通信波特率 AT+IPR=rateCR, CR是回車符號(hào)。指令正確則模塊返回 CRLFOKCRLF， CRLF是回車換行符號(hào)。參數(shù) rate 可以是 300， 600， 1200， 2400， 4800， 9600， 19200， 38400，57600， 115200。其中 300 至 115200 表示固定波特率的數(shù)值；當(dāng)通信波特率超過1200 時(shí)，可設(shè)為 0，表示自適應(yīng)波特率，模塊根據(jù)單片機(jī)的串口數(shù)據(jù)的波特率調(diào)整本身與之相同。本設(shè)計(jì)中參數(shù) rate 設(shè)為 0，單片機(jī)的串口的波特率為 9600b/s。 (2)設(shè)置短消息中心號(hào)碼 AT+CSCA=+8613800577500(溫州短消息中心 )CR，設(shè)置正確則模塊返回 CRLFOKCRLF。短消息中心號(hào)碼可能會(huì)因不同手機(jī)或不同區(qū)域而不同。如果讀取短消息服務(wù)中心則使用命令 AT 十