【導(dǎo)讀】GSM作為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)媒介，具有保密性高、可靠性高、抗干擾能力強特。本課題提出基于單片機的遠程開關(guān)控制系統(tǒng)設(shè)計，控制信號可通過手機發(fā)送，單?？刂艷SM模塊接收信息并執(zhí)行相應(yīng)動作。、調(diào)研選型GSM模塊，模塊能夠通過串口與單片機通信；、設(shè)計系統(tǒng)總體工作電路，編寫程序，并做出硬件電路，可調(diào)試通過。閱讀足夠國內(nèi)外文獻加深對對題目的理解和對本內(nèi)容有益成果的充分吸收；寒假期間自己完成對課題相關(guān)知識的準備工作，準備好開題報告；畢設(shè)期間每周至少參加一次小組討論；杜絕對他人成果的全盤抄襲；①寒假前查閱相關(guān)文獻、調(diào)研市場，加深對題目的理解；②2021年第一學期，1-3周，完成課題的調(diào)研、研究方案的制定，完成開題報告；案，實現(xiàn)了單片機可控制gsm模塊實現(xiàn)相關(guān)功能，完成中期檢查；④10-17周，完成整體系統(tǒng)調(diào)試工作，完成論文撰寫；說明：1、本表一式二份，一份由學生裝訂入附件冊，一份教師自留。

　　

【正文】 X232 是一種雙組驅(qū)動器 /接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單 5V電源供電時提供 EIA/TIA232E 電平 ， 當用單片機和PC 機通過串口進行通信 時 ，盡管單片機 具有簡單的 串行通信的功能，但單片機提供的信號電平和 RS232 的標準不一樣，因此要通過 MAX232 這種類似的芯片進行電平轉(zhuǎn)換 [18]。 西安工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 RS232 接口電路原理圖 4 硬件實現(xiàn) 17 4 硬件實現(xiàn) 原理圖和 PCB 圖的制作 電路原理圖，它是電路 的原理 的基本構(gòu)造圖，它詳細的描繪了電路的大致原理 以及相應(yīng) 元件和信號的 布局和 走向，可以說 電路原理圖也就 是簡化了的電路連線結(jié)構(gòu)圖 。 PCB 圖， 其實就 是電路板的映射圖紙，它詳細 的 描繪電路板的走線 以及相關(guān) 元件的位置等。（可以說 PCB 圖就 是電路板的基本結(jié)構(gòu)圖 ）。 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 發(fā)展而來的， 和 以前的 Protel 版本相比， Altium Designer 的功能得到了進一步 豐富和 增強。 Altium Designer 提供的 的自動布線規(guī)則 也 大大 的 提高了布線的 準確率 和成功率 。另外， Altium Designer 還可以 全面支持 FPGA 的 設(shè)計技術(shù)。 Altium Designer 8． 0是 2021 年初推出 的 ， 也就是 Altium Designer Winter 09 版本。 Altium。 Designer 8． 0推出的最初的 目的就是為了支持整個設(shè)計過程，它可以選擇最適當?shù)脑O(shè)計途徑來按用戶指定的方式 進行相應(yīng)的設(shè)計 工作。 Altium Designer 在 構(gòu)建于一整套板級 的 設(shè)計及實現(xiàn)特性上，其中 不僅 包括原理圖設(shè)計、印制電路板 的 設(shè)計、混合信號電路仿真、布局前 /后信號完整性分析、規(guī)則驅(qū)動 PCB 布局與編輯 而且包括了 改進型 的 拓撲自動布線 以及 全部計算機輔助制造 (CAM)的 輸出能力等。 Altium Designer 的 PCB 電路圖設(shè)計系統(tǒng) 的 完全利用了 Windows 平臺的優(yōu)勢，具有改進的穩(wěn)定性、增強的圖形功能和友好的用戶界面。是一款功能強大的專業(yè)電路設(shè)計軟件，因此本文采用該軟件作為電路設(shè)計的工具。 西安工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 Altium Designer 啟動界面圖 原理圖和 PCB 的繪制 原理圖首先是原理圖庫， Schematic Library documents 文件的制作，主要是相關(guān)元器件 ,芯片的原理圖的繪制和定義。這些所有用到的元器件以及芯片的原理圖組成的文件就叫做原理圖庫，例如： 圖 89c52 的原理圖 然后調(diào)用原理圖庫中的元器件以及芯片到原理圖文件即 Schematic 進行布局和連線，進而繪制出電路的原理圖如下（詳細見附錄）： 西安工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 電路原理圖 PCB 庫文件即 PCB library documens 的制作，也就是根據(jù)原理圖庫的各元器件原理圖繪制出對應(yīng)的封裝，這些所有的封裝組成的文件就稱作封裝庫。例如： 圖 封裝示例 89c52 的封裝圖 21222324252627282930313233343536373839402019181716151413121110987654321西安工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 封裝 其實 就是指把硅片上的電路管腳，用 相應(yīng)的 導(dǎo)線接引到外部接頭處，以便于其它器件 相 連接。封裝形式是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片 所使 用的外殼。它不僅 可以 起著安裝、固定、密封、保護芯片及增強電熱性能等方面的作用，而且還通過芯片上的接點用導(dǎo)線連接到封裝外殼的 相應(yīng)的 引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件相連接，從而實現(xiàn)內(nèi)部芯片與外部電路的連接。因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì) 以及外界干擾 對芯片電路的腐蝕 和影響 而造成電氣性能下降 ，或者影響其的相關(guān)功能 。 另外 一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運輸。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)計和制造， 所有封裝也 是至關(guān)重要的。 當原理圖中作用到的所有的元器件和芯片都添加了相應(yīng)的較為合適的封裝后，就可以將原理圖導(dǎo)入生成 PCB，進而根據(jù)原理圖在不違背電氣規(guī)則的前提 下進行合理的布局和布線最終生成 PCB 圖，在 PCB 圖基本布局布線完成后要利用軟件進行自動的電氣規(guī)則的前提下檢測，確定無誤后最終生成 PCB 圖如下（詳細見附錄）： 圖 PCB 背面圖 西安工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 PCB 正面原理圖 單片機系統(tǒng)電路板制作 本著實踐鍛煉 動手能力 和畢設(shè)設(shè)計為以后工作服務(wù)的目的及 由于實驗經(jīng)費和設(shè)備等其他原因，本文電路板雖然繪制了原理圖和 PCB 圖但是電路仍然根據(jù)圖樣由手工進行布局布線和焊接。 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計，單片機最小系統(tǒng)包括電源電路 ,復(fù)位電路 ,振蕩電路等。 為了后期程序的下載以及利用計算機進行軟件調(diào)試工作的方便因此電源采用通用的 USB 接口供電。 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。 硬件電路板完成如下圖： 圖 硬件實物電路正面圖 5 軟件實現(xiàn) 22 5 軟件實現(xiàn) 程序編寫軟件的選用 軟件程序編寫選用 Keil uVision4。 圖 Keil uVision4 工作 界面圖 AT指令的基礎(chǔ) AT 即 Attention,AT 指令一般應(yīng)用于終端設(shè)備與 PC 應(yīng)用之間的連接 和 通信。 AT指令集是從終端設(shè)備（ Terminal Equipment， TE)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ Data Terminal Equipment，DTE)向終端適配器 (Terminal Adapter， TA)或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備 (Data Circuit Terminal Equipment， DCE)發(fā)送的 一種規(guī)范的指令標準。 對 其 所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包大小 都 有 相應(yīng)的 定義：即對于 AT 指令的發(fā)送，除 AT 兩個字符 以 外，最多可以接收 1056 個字符的長度（包括最后的空字符） [19]。 每個 AT 命令行中只能包含一條 AT 指令 ， 對于由終端設(shè)備主動向 PC端報告的 URC指示或者 response 響應(yīng)，也要求一行最多 只能 有一個，不允許上報的一行 命令 中有多條指示或者響應(yīng)。 AT 指令以回車作為結(jié)尾，響應(yīng)或上報以回車 和 換行為結(jié)尾。 AT 指令是以 AT 為 首， 字符結(jié)束的字符串， AT 指令的響應(yīng)數(shù)據(jù)包 含 在 其 中 ，而且 每個指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回。其他的一些非預(yù)期的信息 (如有人撥號進來、線路無信號等 )，模塊 也 將有一些對應(yīng)的信息提示，接收端可做相應(yīng)的處理 [20]。 一些常用的 AT 指令示例： 西安工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 表 簡單 AT 指令示例表 [20] 程序邏輯 1,首先理解單片機程序的主要任務(wù)： 模塊接收客戶發(fā)送的相關(guān)命令信息，并且將接收到的命令信息通過串口通信的方式以 AT 指令的形式傳輸給單片機。 GSM 傳輸來的 AT 指令內(nèi)容進行處理，并且將 AT 指令轉(zhuǎn)換成單片機的命令，從而做出相應(yīng)的處理觸發(fā)繼電器工作從而控制開關(guān)的狀態(tài)。 AT 指令后傳輸給 GSM 短信模塊 , 由 GSM 短信模塊將反饋信息發(fā)送到遠方用戶 ,從而實現(xiàn)遠程信息傳輸控制開關(guān)的目的。 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 默認的 9600 一致保證單片機和 GSM 建立統(tǒng)一的通信協(xié)議。 GSM 模塊進行初始化，這是為了保證 GSM 能夠正常的工作并確認 GSM 和單片機之間通信正常 [22]。為了讓程序更加簡短高效，這里也同時會進行一些短信功能的相關(guān)設(shè)置，主要是為接收和發(fā)送短信做準備。 ，該程序不僅要處理由 GSM 接收的經(jīng)出串口傳輸過來的短信息，并且單片機在根據(jù)短信的息內(nèi)容做出判斷，當判斷結(jié)果和相應(yīng)程序吻合后單片機則開始進行相應(yīng)處理，處理完成后單片機再通過串口控制 GSM 模塊同樣以短信的方式向用戶發(fā)送相應(yīng)的處理結(jié)果反饋給用戶。單片機接收和發(fā)送數(shù)據(jù)均由中斷來完成。 概括來說，當 GSM 模塊接收到短信命令時，會自動串口輸出到單片機，單片機進ASCI 碼指令 指令功能 GSM 模塊應(yīng)答 AT+CGMM 獲得模塊標識。這個命令用來得到支持的頻帶（ GSM900， DCS1800 或 PCS1900）。當模塊有多頻帶時，回應(yīng)可能是不同頻帶的結(jié)合。 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)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 行處理，并且將處理結(jié)果由單片機控制 GSM 模塊反饋發(fā)送給用戶。 程序邏輯框圖如圖 所示。 圖 主程序流程圖 程序編寫 根據(jù)程序流程圖來具體根據(jù)需要編寫相應(yīng)主要功能性的程序代碼（雙斜杠即“ //”后面的內(nèi)容為程序注釋）： 這里只做程序相關(guān)功能簡單的講解，具體程序見附件 C。 ： YSN YSY YSYSN N N open1 GSM 模塊 和單片機模塊初始化 TC35”+CMTI” P1^1=0 System error P1^0=0 open2off1off2P1^0=1 P1^1=1 反 饋信息 清除緩存 西安工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 首先是 UART[23]模式選擇，選擇為為模式 1， 8 位數(shù)據(jù)，允許接收。 然后是定時器模式選擇，定時器 1 為模式 2,8 位自動重裝。 最后是中斷使能，并且打開定時器。 模塊進行初始化設(shè)置和相關(guān)短信功能的初步設(shè)置： 首先是回顯設(shè)置，關(guān)閉回顯后，收到的短信息只顯示短信息內(nèi)容，而不顯示系統(tǒng)的相關(guān)信息，這樣更方便信息的讀取，分析和處理。 網(wǎng)絡(luò)注冊，主要是為了確定 SIM 卡獲得 GSM 網(wǎng)絡(luò)認可，可以利用 GSM 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)相關(guān)的通信功能。 短信提示設(shè)置，短信提醒設(shè)置，主要是為了當 GSM 模塊接收到短信息后，會自動通過串口輸出給單片機，將短信息的內(nèi)容暫時保存到單片機內(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。 最后根據(jù)短信息內(nèi)容作出相應(yīng)的處理，并且發(fā)送短信息給用戶， 匯報處理結(jié)果。 6 系統(tǒng)調(diào)試 26 6 系統(tǒng)調(diào)試 本文硬件主要有三部分，單片機最小系統(tǒng)電路，串口通信電路 ,繼電器驅(qū)動電路。 ，焊接完成后利用一端是 USB另一端為分散引腳的杜邦線，利用此連接線連接單片機各對應(yīng)引腳連和 PC 后，嘗試利用 PC 向單片機下載程序看是否可以正常下載。如圖： 圖 單片機最小系統(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，嘗試向單片機下載程序。當單片機和 PC 建立正常通信時，由單片機向 PC 端發(fā)送數(shù)據(jù)，利用 PC 端串口調(diào)試助手類工具，觀察單片機和 PC 通信是否正常，當單片機接收數(shù)據(jù)時紅色 LED 點亮，當單片機向外發(fā)送程數(shù)據(jù)時綠色了點亮即為正常。 圖 6. 2 單片機串口調(diào)試圖 ，當單片機最小系統(tǒng)以及串口都正常的情況下就可以進行最后的一部分硬件調(diào)試工作，即繼電器驅(qū)動電路的調(diào)。兩個繼電器分別接的是單片機的P1^0 口和 P1^1 口，編寫簡單程序，置 P1^0 和 P1^1 兩個 I/O 口為低電平，即 P1^0=0，P1^1=0，單片機下載程序完成后，如果繼電器連接控制的 LED 燈被點亮，并且同時可西安工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 27