摘  要： 選用單片機" title="51單片機" target="_blank">51單片機和GSM遠程通信模塊，設計實現了家用電器遠程控制系統。客戶可利用手機短信，借助移動通信網絡實現對家用電器的開關等遠程控制。該系統具有用戶身份信息和用戶指令自動識別等功能，操作簡單，實用性強，具有廣闊的應用前景。
關鍵詞： 單片機；GSM模塊；遠程控制；手機短信

    隨著電子信息等高新技術的快速發展，大量采用電子技術的電器產品進入大家的生活。人們在從眾多電子產品中得到極大方便的同時，也對其進一步發展提出了更高要求，智能化便是其中之一。家用電器遠程控制的實現，可極大地提高城市生活的品質，其研究和實現非常有意義[1]。
1 系統功能需求分析
    （1）用戶身份識別
    用戶身份識別是保證系統安全必不可少的環節，有電話號碼識別和密碼驗證兩種，本系統中選擇電話號碼識別。電話號碼可以在用戶使用該系統時由單片機直接進行識別，無需用戶進行額外操作，可有效提高控制效率。
    （2）控制指令發送與接收
    控制指令的發送與接收是遠程控制系統中遠程通信的核心內容，有線通信和無線通信均能滿足該功能需求。其中有線通信的通信介質常見的有固定電話網絡和互聯網，但是其使用場所常限于室內，并且需要通信線纜及信號的覆蓋。無線通信則基本不受線纜的限制，特別是移動電話廣泛使用的GSM網絡，基站分布多，信號覆蓋范圍廣，為遠程控制提供了極好的信號支持；另外控制設備（即手機）普及率高，攜帶方便，可隨時隨地進行遠程控制。
    （3）遠程控制終端的識別
    用戶向該系統發送指令的途徑有發送雙音多頻信號和發送短信兩種。發送雙音多頻信號需要進行語音呼叫，且系統需要提供語音提示，引導用戶操作，系統設計上較為復雜。發送短信則方便快捷，系統只需要預設一個數字對應一個家用電器的工作狀態，如“1”和“2”分別對應電燈的開和關，用戶只需發送一條內容為單一數字的短信到GSM模塊，即可實現相應電器的控制。發送短信比語音呼叫的等待時間短，時效性強。另外考慮到運營商的收費問題，發送短信比語音呼叫廉價，故通過短信發送指令的經濟性較高。
    （4）良好的人機對話界面
    考慮到被控對象較多時，為避免錯誤操作，需要提供控制指令提示的功能。方法同樣為語音提示和短信提示兩種。語音提示需要語音模塊提前保存提示內容，然后在用戶需要提示時播放該段語音，但是當被控對象較多時，語音則會很長，實時性較差。短信提示則只需要GSM模塊向用戶手機發送一條短信，然后用戶可以立即獲得所需信息，等待時間短。因此系統選用短信提示。
2 系統構成及工作原理
    系統結構圖如圖1所示。系統利用用戶手機與GSM模塊通過GSM網絡實現遠程無線通信。用戶通過手機向GSM模塊發送數字短信作為控制指令，GSM模塊收到短信后將短信代碼發送到單片機，單片機作為控制器，對短信代碼進行解碼，提取并識別用戶身份以及控制指令，識別后通過I/O口控制繼電器的通斷，從而控制家用電器。

    當用戶需要獲取提示命令時，向GSM模塊發送內容為“0”的短信，單片機接收到GSM模塊發送的代碼以后，對用戶身份和控制指令進行提取和識別，控制GSM模塊向用戶手機發送提示信息。
    （1）用戶手機：向GSM模塊發送控制指令，接收提示短信息，實現遠程通信。
    （2）GSM模塊：接收用戶手機的信號（包括短信和呼叫），并將串行數據發送到單片機；接收單片機發送的AT指令，執行發送短信等操作。
    （3）單片機：接收并處理GSM發送的串行數據，從而執行識別用戶身份、識別用戶指令、控制繼電器開閉等操作；存儲數據，保存提示信息的發送代碼；向GSM模塊發送AT指令。
    （4）繼電器：作為開關電路控制家用電器的通斷。
3 系統硬件的設計
    本系統硬件設計的核心為51單片機和GSM模塊，圍繞這兩部分，硬件設計分為以下幾個方面。
3.1 單片機與GSM模塊通信連接
    GSM模塊與51單片機間的通信為串行通信。GSM模塊的串行數據輸入口為“RXD”，串行數據輸出口為“TXD”。51單片機串行數據傳輸需使用P3口的第二功能，其中P30為串行數據輸入口，P31為串行數據輸出口[2]。
    考慮到電平匹配的問題，采用RS232電平轉換電路。電路連接圖如圖2所示。此電路可以實現GSM模塊與單片機的串行通信，GSM模塊接收到上位機的信號后，便將數據傳送到單片機；單片機通過此電路向GSM模塊發送AT指令。另外，將MAX232芯片的“GSM_TXD”和“GSM_RXD”引腳通過串口線與計算機連接，就可以通過計算機監視串口收發情況，供系統調試使用。

3.2 遠程控制終端的設計
    單片機控制家用電器方法有很多，包括繼電器控制、紅外控制、無線電控制等。這幾種方法中，繼電器控制最為簡單，只需要一個通用I/O口即可控制一個繼電器。單片機通過繼電器控制家用電器，電路圖如圖3所示。

4.2 發送漢字信息
    單片機通過GSM模塊發送漢字短信息為AT指令的應用，簡單步驟如下：（1）發送“AT+CMGF=0”，設置短信模式為PDU，返回“OK”，設置成功；（2）發送“AT+CMGS=<length>”，設置短信息長度，根據信息內容長度確定length取值，返回“>”；（3）寫入短信代碼，格式為PDU格式；（4）發送16進制數“1a”，發送短信；（5）結束[3]。
4.3 系統總流程圖
    系統總流程圖如圖4所示。

5 系統測試
    本設計已經完全實現了硬件和軟件的設計與調試，實現了通過發送短信息對普通家用電器的開/關機操作。系統測試如下：
    短信控制：當發送短信“1”到GSM模塊的手機號時，系統控制的繼電器閉合，與之相連的電燈點亮；當發送短信“2”時，繼電器關斷，電燈隨之熄滅。
    獲取提示信息：當發送短信“0”到GSM模塊的手機號時，系統立即向用戶發送一條提示短信息，簡單明了。
    以上兩個功能相對獨立，相互無影響，用戶可根據實際情況決定是否需要提示。
    系統調試時，GSM模塊串行口收發狀態如圖5所示，用戶成功接收提示信息，如圖6所示。

    系統測試結果表明，該系統運行穩定、可靠，系統可拓展性很強，實際應用中可根據需要添加很多應用對象。同時也可以補充增加紅外控制、無線電控制等終端控制設備，操作也相對簡單，從而控制更多不同原理的家用電器。另外，該系統在工農業領域也有廣泛的應用空間。
參考文獻
[1] 師文慶，張智勇，陳用．基于DTMF與單片機的電話遠程和紅外近程測控系統[J]．電子技術應用，2007，33（7）：81-83．
[2] 張毅剛，彭喜源．MCS-51單片機應用設計[M]．哈爾濱： 哈爾濱工業大學出版社，2007．
[3] 李樹江，李楠．基于GSM的中央空調末端控制器研究[J]．電子技術應用，2009，35（9）：50-53．