1、沈陽建筑大學城市建設學院畢業設計（論文）摘要本智能家居系統設計主要由單片機、GTM900C模塊和傳感器構成。本文用華為生產的GTM900C模塊，借用無線發送和接收、基帶處理等功能，來實現無線數據傳輸和短信收發任務。為給人們提供一個更加舒適、便捷、高效、安全的生活環境，建立一個高效率、低成本的智能家居系統已成為當今的一個熱點問題，近年來，國際上許多大公司都提出相應的解決方案，但至今為止，這一領域的國際標準尚未成熟。針對目前利用公共電話、國際互聯網、有線電視網或者電力網實現的智能家居系統的局限性，本文提出一種基于GSM技術的低成本智能家居系統，將給普通居民家庭生活方式帶來變革。智能家居系統采用電子

2、傳感技術、計算機技術和信息傳輸技術，對用戶提供全方位的服務，同時對住房內情況進行遠程監控和實時管理。它包括家庭內部傳感系統、家庭接入系統及實時管理。關鍵字：GTM900C模塊；單片機；傳感器。ABSTRACTThis system is mainly composed of MCU, GTM900C module and the sensor.In this paper, with Huawei production GTM900C module, borrow the wireless transmission and reception, baseband processing funct

3、ion, to realize wireless data transmission and messaging tasks.For the people to provide a more comfortable, convenient, efficient and safe living environment, to establish a highly efficient, low cost intelligent home furnishing system has become a hot issue, in recent years, many international com

4、panies and puts forward the corresponding solutions, but so far, the field of international standards have not yet mature.In view of the present utilizing public telephone, Internet, cable TV network or power network to realize intelligent home furnishing system limitations, this paper presents a me

5、thod based on GSM technology system of low cost intelligent home furnishing, will give the general household life.Keywords：GTM900c；Single chip microcomputer; sensor.目錄第一章 前言51.1課題研究的背景及意義61.2國內外研究發展現狀7第二章 總體設計82.1系統概述及設計理念82.2系統的總體結構及工作過程82.3系統設計框圖9第三章 硬件模塊設計103.1硬件系統103.2單片機基本概念10 3.2.1凌陽單片機SPCE061

6、A片內構.103.3 GTM900C模塊簡介113.4 GSM模塊的接口與設計12 3.4.1 GTM900C模塊組成及通信電路.13 3.4.2 GTM900C信號連接器和天線接口.13 3.4.3信號連接器.14 3.4.4天線接口.14 3.4.5接口信號.15 3.4.6接口的使用.16 3.4.7 UART接口的功能和特性.17 3.4.8 UART接口的信號定義.18 3.4.9 UATR接口DCE-DTE配線.18 3.5傳感器信號采集設計與分析.19 3.5.1防火災發生傳感器.19 3.5.2可燃氣體泄漏傳感器.19 3.5.3防盜傳感器.19 3.5.4信號采集設計與分析.

7、19 3.6固態繼電器(SSR)簡介.20 3.7 A/D轉換單元硬件設計.20第四章 系統軟件設計234.1單片機主程序設計23 4.1.1 軟件開發環境.20 4.1.2 SPCE061A時鐘電路.20 4.1.3 時鐘系統及定時器.204.2 GTM900C軟件設計244.2.1 AT命令簡介244.2.2 AT命令類型254.2.3 AT命令語法.254.2.4 AT命令說明.26 4.2.5 GTM900C信息發送軟件設計.33 第五章 系統制作與調試.345.1系統制作345.2系統調試34第六章 技術經濟分析36第七章 結論37致謝38參考文獻39附錄1附錄2附錄3基于GTM90

8、0C的家居智能化模塊設計第一章 前言1.1課題研究的背景及意義家居智能化系統的概念起源于上世紀70年代的美國，隨后，傳播到歐洲、日本等國并且得到了很好的發展。在我國，智能家居這一概念推廣較晚，約在90年代末家居智能化系統才得以進入國內，但發展速度驚人，至今已存在相當數量的智能化小區及住宅。所謂智能家居是現代電子技術、自動化技術及通信技術相結合的產物。它能夠自動控制和管理家電設備，對家庭環境的安全進行監控報警，并且能夠為住戶提供安全舒適、高效便利的學習生活及工作環境。家居智能化系統將家庭中各種與信息相關的通信設備、家用電器以及家庭保安裝置通過有線或無線的方式連接起來，并進行集中或異地的監控、管理

9、，保持家庭住宅環境的舒適、協調。與普通的家居相比，智能家居不僅具備傳統的居住功能，提供舒適溫馨，高效安全的高品位生活環境，還將一個被動靜止的居住環境提升為一個有一定智慧協助能力的體貼的生活幫手，進一步優化住戶的生活質量。許多國家先后提出了不同的智能家居方案，例如，早期新加坡模式的智能化家居系統包括：安防報警、可使對講、三表抄送、監控、家居控制、智能布線箱、寬帶網絡接入等。而現今的智能化家居系統擁有更加優越切復雜的配置。例如，網上購物、遠程報警、緊急求助等新功能就是根據現在社會的發展，人們日益暴漲的需求而開發設計的。1.2國內外研究發展現狀1984年，世界上第一幢智能建筑在美國康涅迪格州落成，這

10、棟意義非凡的建筑只是對一座舊式大樓的一定程度的改造而完成的。它只是采用計算機系統對大樓的空調、電梯、照明等設備進行監控，并提供語音通信、電子郵件、情報資料等方面的信息服務。2000年，新加坡有近30個社區的約5000戶家庭采用了這種家庭智能化系統，而美國的安裝住戶高達4萬戶。2003年，網絡化家居的建設帶來了高達4500億美元的市場價值，這其中有3700億美元是智能家電硬件產品的價值，剩余的部分則是軟件和技術支持服務的費用。現在，國外的智能家居系統技術己日趨成熟，預計今年，50%以上的新房將具有一定的“智能型家居”功能。于此同時，由于技術的日益標準化，這些新型智能家居系統將比比爾.蓋茨耗資60

11、00萬美元的高端別墅便宜得多。在智能家居系統研發方面，美國及一些歐洲國家一直處于領先地位。近年來，以美國微軟公司及摩托羅拉公司等為首的一批國外知名企業，先后擠身于智能家居的研發中。例如:微軟公司開發的“夢幻之家”、摩托羅拉公司開發的“居所之門”、IBM公司開發的“家庭主任”等均已日趨成穩得技術強占家居市場。此外，日韓新等國的龍頭企業紛紛致力于家居智能化的開發，對家居市場更是躍躍欲試。目前市場上出現得智能家居控制系統主要有：（1）X-10系統（美國），該系統是利用電力線作為網絡平臺，采用集中控制方式實現。這套系統的功能較為強大，與其它家居控制系統如ABB、C_BUS等比起來更容易接收，使用也相對

12、簡單。因為實現同樣的功能，X-10家居控制系統是利用220v電力線將發射器發出的X-10信號傳送給接收器從而實現智能化的控制，因此采用這套系統不需要額外的布線，這也是這套系統的最大的一個優勢，因為其它系統基本上都需要布低壓線，在墻上或地面開槽、鉆孔，施工難度大、費用高、工期長。但由于缺乏在國內市場推廣的條件且價格昂貴，該系統在國內應用極少。（2）EIB系統（德國），該系統采用預埋總線及中央控制方式實現控制功能。但由于其工程要求復雜嚴苛，并且價格較高，因此一直無法打開國內市場。（3）8X系統（新加坡），該系統采用預處理總線跟集中控制方式來實現功能。它的優點在于利用的產品對系統進行擴展，系統較為成

13、熟，比較適合中國國情。但是由于系統架構、靈活性及產品價格等方面還難以達到要求，所以目前在國內還較少應用。20世紀90年代后期，我國的智能小區日益興起。眾所周知，我國的智能化住宅建設最早起于上海、廣州和深圳等沿海城市，并逐漸向內陸發展。在97香港回歸之際，在建設部“97跨世紀住宅小區案競賽活動”中，上海中皇廣場被建設部科技委員會列為全國首家“智能住宅示范工程”，揭開了全國智能小區發展的序幕。1999年，建設部勘察設計司、建設部住宅產業化辦公室聯合組織實施全國住宅小區智能化技術示范工程，標志著我國住宅小區智能化進入了一個新階段。隨著信息化走進了千家萬戶，由國家經貿委牽頭成立了家庭信息網絡技術委員會

14、，而信息網絡技術體系研究及產品開發已經被列為了國家技術創新的重點專項計劃。據建設部要求，截止今年，我國將有70%以上的家庭擁有Internet入網設備，大中城市中50%的住宅要實現智能化。我國的智能家居相對于國外起步較晚， 尚未形成一定的國家標準。目前，主要采用國外的一些技術產品，但也有一些企業推出了自己的產品，主要有：（1）e家庭（海爾），該系列產品以海爾電腦作為控制中心，各種網絡家電作為終端設備，海爾移動電話作為移動數字控制中心。海爾在技術上同微軟合作，利用微軟的Windows Me技術和海爾的網絡家電，使“e家庭”已具雛形，已推出了網絡洗衣機、網絡冰箱、網絡空調、網絡微波爐等一系列網絡家

15、電。（2）e-home數字家園（清華同方），該智能家居控制系統是專門針對中國家庭設計的，遵循國際技術標準，采用嵌入式軟、硬件技術，提供網絡、網絡節點及末端設備。產品以功能模塊開發為主，基于國外成熟的智能家居標準之上。其智能家居控制系統主要有以下三個部分：A系列：遵循EIB協議的家庭控制產品，適用于中高檔住宅區。B系列：遵循X-10協議的家庭控制產品，適用于中檔住宅區。易家三代：配電箱集中安裝式家庭控制產品。國內各大軟、硬件機構正在積極的研制、開發更為符合市場的智能化家居設備，以解決當前智能化產品實用性差、使用復雜及產品價格昂貴等缺點，而技術創新性也逐步向國際先進水平靠攏，這樣的未來值得期待。第

16、二章總體設計2.1系統概述及設計理念 為給人們提供一個更加舒適、便捷、高效、安全的生活環境，建立一個高效率、低成本的智能家居系統已成為當今的一個熱點問題，近年來，國際上許多大公司都提出相應的解決方案，但至今為止，這一領域的國際標準尚未成熟。針對目前利用公共電話、國際互聯網、有線電視網或者電力網實現的智能家居系統的局限性，本文提出一種基于GSM技術的低成本 智能家居系統，將給普通居民家庭生活方式帶來變革。 智能家居系統采用電子傳感技術、計算機技術和信息傳輸技術，對用戶提供全方位的服務，同時對住房內情況進行遠程監控和實時管理。它包括家庭內部傳感系統、家庭接入系統及實時管理。它包括家庭內部傳感系統、

17、家庭接入系統及智能傳感/執行設備等幾個部分。智能家居系統應具有以下功能：（1）住宅保安監控報警（警情報知）。（2）火警、煙警、有毒氣體泄露報警。（3）閥控功能：有線電視信號、水、煤氣、各類家用電器通/斷控制。（4）室內空氣、溫度、濕度、光線的自動調節功能。（5）聲音報警。（6）GTM900C遠程報警。2.2系統的總體結構及工作過程 智能家居系統由系統主機、系統分機、GTM900C模塊、無線發射收發模塊等部分組成。其中，系統主機通過GTM900C模塊與用戶的手機進行通信。主機與分機通過無線傳輸組成星形拓撲結構。系統主機通過本地無線傳輸網絡同系統分機進行通訊、控制命令傳輸和信息反饋。 該系統正常工

18、作時，首先由主機采集傳感器數據，并且判斷是否發生異常情況，如果發生異常情況則通過GTM900C模塊向用戶發送相應的報警信息，并根據不同的異常情況發出不同聲音報警。如果主機無異常情況，則主機通過無線模塊按順序各向分機發送數據采集命令，分機進行數據采集，將采集結果打包后發送回主機，主機判斷分機節點是否發生異常，并進行相應處理。此外，用戶還可以通過手機發送短信息進行訪問，當用戶接收到報警信息時，可以根據報警的種類向主機發送短信息，對各被控量實現遠程控制，主機提取短信息并譯碼后進行相應的操作。2.3系統設計框圖固態繼電器控制短信息發送GTM900C模塊功率器件A/D 轉換放大整 形放大整 形電壓轉 換

19、執行器件LCD顯示PC機RS232單片機信號分析處理擴展信號可燃氣體傳感器火災煙霧傳感器門窗磁信號圖 2.3系統工作流程第三章 硬件模塊設計3.1硬件系統 本系統的硬件主要分為系統主機與系統分機兩大部分。系統主機硬件，由凌陽單片機SPCE061、傳感器單元電路、固態繼電器控制電路、GTM900C、無線傳輸模塊、語音報警模塊等組成，并由固態繼電器控制具體設備。3.2單片機基本概念 所謂單片機(Single Chip Microcomputer)，是指在一塊芯片中集成有中央處理器(CPU)、存儲器(RAM和ROM)、基本I/O接口以及定時器、計數器等部件，并具有獨立指令系統的智能器件，即在一塊芯片

20、上實現一臺微型計算機的基本功能。特點是：體積小，控制功能強，性價比高等3.2.1凌陽單片機SPCE061A片內結構3.3 GTM900C模塊簡介GTM900C是一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM/GPRS模塊，是GTM900B的升級模塊。內嵌TCP/IP協議模塊，使用簡單，易于集成，它可以在較短的時間內花費較少的成本開發出新的產品。在遠程監控和無線公話以及無線POS終端等領域都有GTM900C無線模塊在發揮作用，GTM900C軟件、硬件兼容GTM900B、TC35i、MC39i，使用TC35i或MC39i的用戶不用作任何更改就可以使用，以降低產品成本。圖 3-5 GTM900C引腳

21、圖主要支持的功能及參數：（1） GSM/GPRS Phase 2/2+（2） GSM 03.40短信業務（3） GPRS CLASS 10數據業務（4） 支持Group3, Class2傳真業務（5） 電路交換業務(9.6kbps, 14.4kbps)（6） 分組交換數據業務(85.6kbps)（7） FR/HR/EFR/AMR 語音編碼（8） 呼叫轉移、等待、保持、呼叫前轉（9） 多方通話、來電顯示、可選鈴聲（10） 40pin zip連接器（11） 紅外串口接口（12） SIM 3.0V和1.8V接口（13） 2路模擬音頻輸入輸出接口（14） 電源輸入接口和充電管理（15） ADC輸入（1

22、6） 全雙工串行接口，TTL電平（17） 支持GSM07.05，GSM07.07（18） TCP/IP擴展AT指令集工作頻段：EGSM900/GSM1800雙頻（19） 發射功率：EGSM900 Class4(2W)；GSM1800 Class1(1W)（20） 工作溫度：-30°C+75°C（21） 存儲溫度： -50°C+85°C（22） 工作電壓：3.34.7V（23） 功耗電流： 關機：40uA； 待機：4mA； 語音：240mA； GPRS class 10(平均)：400m AGTM900C采用模塊化設計，集成度高，采用40PIN ZIF連接

23、器，使用簡單，方便。GTM900-C 的接口包括：UART 接口；USB接口；SIM卡接口；RTC Backup接口；Audio接口；LPG接口。本設計僅使用UART 接口、SIM卡接口、天線接口。3.4 GSM模塊的接口與設計3.4.1 GTM900C模塊組成及通信電路華為GTM900C無線模塊是一款雙頻段GSM/GPRS無線模塊。它支持標準的AT命令及增強AT命令，提供豐富的語音和數據業務等功能，是高速數據傳輸等各種應用的理想解決方案。GTM900-C 在Terminal 型固定臺、Phone 型固定臺、車載臺、公用電話、電力無線抄表業務、遠程信息服務臺等方面被廣泛的應用。GTM900C工

24、作在EGSM900/GSM1800雙頻段，最大發射功率為2W，模塊接收靈敏度<-106dBm，工作電壓為3.4V4.7V，平均待機電流為3.5mA。通過UART接口與外部CPU通信，主要實現無線發送和接收、基帶處理、音頻處理等功能。鍵盤、LCD等外部設備由外部CPU進行處理。外接CPU主要完成對SLIC芯片的配置以及電源管理、串口通信等功能，其余的功能均由GTM900C來完成。3.4.2 GTM900C 信號連接器和天線接口 GTM900-C 的信號連接器和天線接口，包括： 信號連接器接口； 天線接口。3.4.3信號連接器 GTM900-C的信號連接器是一個40 Pin 的ZIF 連接器

25、，引腳間距為0.5mm，線距0.5mm，結構為單排彎式表貼型，帶電纜鎖緊機構，型號是Hirose 的FH12-40S-0.5SH。連接器外形如圖2-3 所示。圖2-3 連接器外形3.4.4天線接口 GTM900-C 提供的天線接口為GSC 射頻連接器，外接天線通過電纜連接到該連接器上。該連接器是由HRS 公司提供的，器件編碼是U.FL-R-SMT-1(10)，具體的圖形和尺寸如圖2-4 所示。圖2-4 天線接口連接器尺寸圖（單位：mm）3.4.5接口信號表2-7 信號連接器接口功能表序號信號名稱I/O接口電平功能備注1VBATI3.44.7V電源建議典型值：3.8V2VBATI3VBATI4V

26、BATI5VBATI6GND-地7GND-8GND-9GND-10GND-11USB_D+I/O僅用于模塊調測,設計時懸空12USB_D-I/O僅用于模塊調測,設計時懸空13VBUSI僅用于模塊調測, 設計時懸空。注意：此管腳與GTM900-A/B 存在差異，不能兼容，GTM900-A/B為VDD 信號，用于模塊正常啟動指示信號。14ADCI01.75V模擬數字采樣最高輸入電壓15PWONI-開/關機控制信號低電平有效16UART_DSR0O2.85V(±0.1)數據準備就緒-17UART_RI0O2.85(±0.1)振鈴指示-18UART_RXD0O2.85V(±

27、;0.1)GTM900 模塊AT 命令串口發送信號（對端設備接收）用于GTM900-C 模塊的AT 命令，TTL 電平19UART_TXD0I2.85V(±0.1)GTM900 模塊AT 命令串行接收信號（對端設備發送）用于GTM900-C 模塊的AT 命令，TTL 電平20UART_CTS0O2.85V(±0.1)清除發送GTM900-C上PIN 腳定義為輸出信號21UART_RTS0I2.85V(±0.1)請求發送GTM900-C上PIN 腳定義為輸入信號22UART_DTR0I2.85V(±0.1)數據設備準備就緒-23UART_DCD0O2.85

28、V(±0.1)載波檢測-24SIM_CDI2.85V(±0.1)SIM 卡在位信號目前軟件尚不支持, 設計時懸空25SIM_RSTO2.85V(±0.1)SIM 卡復位信號-26SIM_DATAI/O2.85V(±0.1)SIM 卡數據傳輸接口-27SIM_CLKO2.85V(±0.1)SIM 卡時鐘信號-28SIM_VCCO2.85V(±0.1)SIM 卡電源-29SIM_GND-SIM 卡地與通常的工作地：GND信號連接同時要求與SIM卡的GND信號連接30VbackupI/O3.0V備用電池電源信號參考后面章節的推薦設計31RS

29、TI2.85V(±0.1)復位信號低電平有效，對模塊復位32LPGO2.85V(±0.1)指示燈狀態控制信號-33AUXO+O-第二路音頻輸出信號-34AUXO-O-第二路音頻輸出信號-35EAR+O-第一路音頻輸出信號-36EAR-O-第一路音頻輸出信號-37MIC+-第一路音頻輸入信號第一路音頻單端輸入正，內部已經帶直流偏置38MIC-第一路音頻輸入信號第39AUXI+-第二路音頻輸入信號第二路音頻單端輸入正，內部已經帶直流偏置40AUXI-第二路音頻輸入信號第二路音頻單端輸入負，內部已經帶直流偏置3.4.6接口的使用 GTM900-C 各接口的使用，包括：UART 接

30、口；USB接口；SIM卡接口；RTC Backup接口；Audio接口；LPG接口。3.4.7 UART 接口的功能特性 UART 接口與外界進行串行通信，支持3.00V 電平輸入和輸出。UART 接口的信號除了RXD0、TXD0 是高電平有效之外，其余所有信號均為低電平有效。UART 接口有512 byte 的發送FIFO（First In First Out）和接收FIFO，支持可編程的數據寬度、可編程的數據停止位、可編程的奇/偶校驗或者沒有校驗。UART 接口工作的最大速率為115.2kbit/s，默認支持9600bit/s 的速率，支持波特率掉電保存。3.4.8 UART 接口信號定義

31、UART 接口信號定義如表2-8所示.表2-8 UART 接口信號定義序號信號名描述特性方向23UART_DCD0載波檢測數據鏈路已連接DCE-DTE17UART_RI0振鈴指示通知DTE 有遠程呼叫DCE-DTE21UART_RTS0請求發送DTE通知DCE 請求發送DTE-DCE19UART_TXD0發送數據DTE 發送數據DTE-DCE16UART_DSR0數據設備就緒DCE 準備就緒DCE-DTE22UART_DTR0數據終端就緒DTE 準備就緒DTE-DCE20UART_CTS0清除發送CE 已切換到接收模式DCE-DTE18UART_RXD0接收數據DTE 接收串行數據DCE-DT

32、E6GND地-3.4.9 UART接口DCE-DTE 配線 圖3.4.9 DCE-DTE 的連接關系3.5傳感器信號采集設計與分析3.5.1防火災發生傳感器火災煙霧傳感器是一種在消防管理、安全防范系統中常用的報警器材，它工作可靠、體積小巧，并且把無線發射和火災煙霧傳感器有機地結合，使得安裝、使用非常方便煙其背后有專用的卡口可以方便地固定在墻體或者天花板上使用時通過設置在廚房的感溫探測器和設置在客廳、臥室等的感煙探測器，監視各個房間內有無火災的發生。如有火災發生控制器發出聲光和短信報警信號，通知家人及小區物業管理部門。家庭控制器還可以根據有人在家或無人在家的情況，調節感溫探測器和感煙探測器的靈敏

33、度。3.5.2可燃氣體泄漏傳感器通過設置在廚房的可燃氣體探測器，監視燃氣管道、灶具有無燃氣泄漏。如有燃氣泄漏家庭控制器發出聲光報警信號，并聯動關閉燃氣管道上的電磁閥，同時短信通知家人及小區物業管理部門。這里采用TP-2高溫型一氧化碳傳感器報警器需在一氧化碳濃度達到設定制值時系統應啟動報警。3.5.3防盜傳感器防盜報警的防護區域分成兩部分，即住宅周界防護和住宅內區域防護。住宅周界防護是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關，在對外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測器；住宅內區域防護是指在主要通道、重要的房間內安裝被動紅外探測器或被動紅外微波雙技術探測器。當家中有人時，住宅周界防護的防盜報警設備(門磁開關、

34、玻璃破碎探測器)設防，住宅內區域防護的防盜報警設備(紅外探測器或被動紅外微波雙技術探測器)撤防。當家人出門后，住宅周界防護的防盜報警設備(門磁開關、玻璃破碎探測器)和住宅內區域防護的防盜報警設備(被動紅外探測器或被動紅外微波雙技術探測器)均設防。當有非法侵入時，家庭控制器發出聲光報警信號，并短信通知家人及小區物業管理部門。另外，通過程序可設定報警裝置的等級和報警器的靈敏度。3.5.4信號采集設計與分析傳感器是將外界信息轉換成電信號的裝置，其中的電信號包括數字信號和模擬信號，數字信號可以通過電氣隔離直接送給單片機或微型計算機進行處理，模擬信號則利用數據采集系統將多路被測量值轉換成數字量，再經過單

35、片機或微型計算機進行數據處理，實現實時測控。3.6固態繼電器(SSR)簡介繼電器是本系統的執行機構，本系統選用D4810型固態繼電器，固態繼電器(SSR)與機電繼電器相比，是一種沒有機械運動，不含運動零件的繼電器，但它具有與機電繼電器本質上相同的功能。SSR是一種全部由固態電子元件組成的無觸點開關元件，他利用電子元器件的點，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場效應管，單項可控硅和雙向可控硅等器件的開關特性，來達到無觸點，無火花地接通和斷開被控電路。 固態繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。安輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路

36、和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負邏輯控制和反相等功能。固態繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時，通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應管。固態繼電器有壽命長、可靠性高、靈敏度高、控制功率小、電磁兼容性好、 快速轉換、電磁干擾小的優點。D4810型繼電器輸入電流為5-40mA，電壓330V，額定輸出電流10A，輸出電壓范圍寬為20-220V，滿足項目的要求。3.7 A/D轉換單元硬件設計A/D轉換模塊是系

37、統中較為重要的一部分，由于涉及到模擬部分，A/D轉換器的結構較為復雜。圖3-20 ADC0804引腳圖以下是ADC0804管腳及功能的介紹：/CS 芯片選擇信號。/RD 外部讀取轉換結果的控制輸出信號。/RD為高電平時，DB0DB7處于高阻抗：/RD為低電平時，數據才會輸出。/WR 用來啟動轉換的控制輸入，相當于ADC的轉換開始（/CS=0時），當/WR由高電平變為低電平時，轉換器被清除；當/WR回到高電平時，轉換正式開始。CLK IN，CLK R 時鐘輸入或接振蕩元件（R，C）頻率約限制在100kHZ1460kHZ，如果使用RC電路則其振蕩頻率為1/（1.1RC）。/INTR 中斷請求信號輸

38、出,低地平動作。VIN(+) VIN(-) 差動模擬電壓輸入。輸入單端正電壓時,VIN(-)接地；而差動輸入時,直接加入VIN(+) VIN(-)。AGND,DGND 模擬信號以及數字信號的接地。VREF 輔助參考電壓。DB0DB7 8位的數字輸出。VCC 電源供應以及作為電路的參考電壓。設計滿偏電壓為5V，則VREF輔助參考電壓為5V/2=2.5V，在10%的誤差范圍內，無需過分苛刻參考電壓的電壓源，由于系統中DC5V供電，采用兩只相同阻值電阻分壓，便能近似得到2.5V的參考電壓。系統中使用10K電阻與150pF電容組成RC振蕩電路，根據技術手冊計算公式： （3-1）其振蕩頻率約為606kH

39、z，滿足芯片要求。另外，以阻抗型液位傳感器為模型，液位傳感器阻值變化與液位的高度是成正比的，因此需要將電阻值轉換為電壓值匹配A/D轉換器。常用的阻抗-電壓轉換法如歐姆法。由于被測阻抗兩端電壓正比于被測電阻，可把被測阻抗轉換為電壓測量。即 （3-2）式中，是轉化電壓，恒定電流，為被測電阻，為比例系數。因此，液位高度的變化同樣正比于輸入電壓，故而A/D轉換器輸出的數據正比于液位高度。為了簡化設計調試過程，使用系統內部5V電壓作為模擬輸入，VIN(-)直接接地，通過接入傳感器分壓將阻抗轉換為電壓信號，接入電位器可實現模擬輸入。根據以上參數分析，設計電路如圖3-7：圖3-7 A/D轉換單元電路圖第四章

40、 系統軟件設計4.1單片機主程序設計主機上電復位后進行初始化，然后不斷地對GSM模塊進行掃描查詢。當查詢到GSM 模塊接收到用戶發送的短信時，便對短信進行處理，提取相關信息，然后通過紅外模塊相分機發送相應的命令數據。接著就在一定時間（可根據用戶需要調整，這里設為60s）內等待分機的回復信息。當接收到回復信息或規定時間內沒有接收到分機的回復信息，主機都返回到掃描查詢狀態。主機主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1 主程序流程圖分機上電復位后進行初始化，然后等待接收主機發送的命令信息。接收到命令信息后，從中提取地址和數據信息，若為本分機地址，則對數據進行處理并作出響應，同時向主機發送確定信息；若非本

41、分機地址，則返回，繼續等待主機發送的命令信息。分機主程序流程圖如圖4-1（b）所示。4.1.1 軟件開發環境 集成開發環境（也稱IDE），它除了具備上面的三個功能外還可以組織多個程序文件形成一個系統開發的項目，這樣更有利于一些大型系統的開發和各功能模塊的模塊化，同時它還結合SPCE061A單片機的硬件提供各類在線調試窗口，使調試程序變得更加直觀和簡單，除此之外，它還提供一些軟件模擬SPCE061A單片機仿真的功能，在沒有硬件的情況下也可以完成一些簡單程序的調試。 4.1.1 SPCE061A時鐘電路SPCE061A時鐘電路采用晶體振蕩器。圖4.1.1為SPCE061A時鐘電路的接線圖。外接晶振

42、采用32768Hz。 圖4.1.14.1.2 SPCE061A的定時器/計數器（1）兩個16位的定時/計數器：TimerA和TimerB （2）定時器溢出信號觸發IRQ/FIQ中斷（3）定時器溢出信號觸發ADC或鎖存DAC數據（4）遞增計數方式（5）自動重載定時器/計數器初始值（6）輸出4位可調脈寬比PWM信號（7）溢出頻率/2的方波輸出（8）多種時鐘源輸入4.2 GTM900C軟件設計4.2.1 AT命令簡介AT命令(ATCommands) 9 10：AT 即Attention，AT指令集是從終端設備(Terminal Equipment，TE)或數據終端設備(Data Terminal E

43、quipment，DTE)向終端適配器(Terminal Adapter， TA)或數據電路終端設備(Data Circuit Terminal Equipment，DCE)發送的。通過TA，TE發送AT指令來控制移動臺(Mobile Station，MS)的功能，與GSM 網絡業務進行交互。用戶可以通過AT指令進行呼叫、短信、電話本、數據業務、傳真等方面的控制。90年代初，AT指令僅被用于Modem操作。沒有控制移動電話文本消息的先例，只開發了一種叫SMS BlockMode的協議，通過終端設備(TE)或電腦來完全控制。由Hayes公司發明，現在已成為事實上的標準并被所有調制解調器制造商采用

44、的一個調制解調器命令語言。每條命令以字母"AT"開頭，因而得名。AT后跟字母和數字表明具體的功能。 SMS。幾年后，主要的移動電話生產廠商諾基亞、愛立信、摩托羅拉和HP共同為GSM研制了一整套AT指令，其中就包括對SMS的控制。AT指令在此基礎上演化并被加入GSM0705標準以及現在的GSM0707標準，完全標準化和比較健全的標準。如：對SMS的控制共有3種實現途徑：最初的BlockMode；基于AT指令的TextMode；基于AT指令的PDUMode。到現在PDUMode已經取代BlockMode，后者逐漸淡出。GSM模塊與計算機之間的通信協議是一些AT指令集，AT指令是

45、以AT作首，字符結束的字符串，AT指令的響應數據包在中。每個指令執行成功與否都有相應的返回。其他的一些非預期的信息(如有人撥號進來、線路無信號等)，模塊將有對應的一些信息提示，接收端可做相應的處理。本手冊中的 GSM 模塊包括移動設備 ME（Mobile Equipment）、移動臺 MS（MobileStation）、終端適配器 TA（Terminal Adapter）、數據通信設備 DCE（Data CommunicationEquipment）和傳真 DCE（包括傳真 Modem 和傳真板）。通過串口發送AT命令，即可使用GSM模塊。串行線對端的應用設備包括終端設備TE（Terminal

46、 Equipment）、數據終端設備DTE（Data Terminal Equipment）或其他應用設備。這些終端或應用設備可能運行在嵌入式系統里。系統結構圖如圖 4-5所示。圖 4-5 系統結構4.2.2 AT命令類型本節主要介紹 AT 命令及其相關信息的總體情況，詳細信息請參考 ITU-TRecommendation V.25ter 14。本論文中的所有命令行必須以“AT”或“at”為前綴，以<CR>結尾。一般來講，AT命令包括四種類型，如表 4-5所示。表4-5 AT 命令類型類型說明實例設置命令該命令用于設置用戶自定義的參數值。AT+CXXX=<.>測試命令該

47、命令用于查詢設置命令或內部程序設置的參數及其取值范圍。AT+CXXX=?查詢命令該命令用于返回參數的當前值。AT+CXXX?執行命令該命令用于讀出受GSM模塊內部程序控制的不可變參數。AT+CXXX4.2.3 AT 命令語法方括號中的值為缺省值。l選配參數和必配參數必須按照規定的順序排列，各參數間必須用逗號隔開。舉例：AT+CPWD=<fac>,<oldpwd>,<newpwd>該命令用于為設備鎖定+CLCK 命令所定義的設備鎖定功能設置新的密碼。l如果某參數是字符串（比如：<number>），該字符串必須放在雙引號中。例如：“12345”. “

48、cmnet”。雙引號中的各項符號可看作是字符串。l命令的可選子參數或 TA 返回結果的可選部分位于方括號中。l不使用雙引號時，字符串中各字符間的空格可忽略不計。l實際使用中，<>,不必輸入。l所有 AT 命令本身不區分大小寫，但其參數對大小寫敏感。由于AT命令十分豐富，所以本論文只討論關于使用GTM900C收發短息部分的AT命令。4.2.4 AT命令說明消息接收和讀出命令給TE指示新消息：AT+CNMI當 TE 處于在用狀態時（如：DTR 信號處于“ON”狀態），使用設置命令，可設置新消息如何從網絡側發送到 TE。若 TE 

49、;處于待用狀態（如：DTR 信號處于“OFF”狀態），消息接收流程應該按照 GSM 03.38 的規定。若 DTR 信號不可用或信號狀態被忽略（V.25ter 命令：&D0），可使用+CNMA 確認流程確保短消息的可靠傳輸?！斑x擇消息服務”命令+CSMS 應該用來檢測 ME 是否支持接收 SM 和 CBM，并決定直接發送到 TE 的消息是否需要確認（請參考+CNMA 命令）。表4.2-4 AT+CNMI 操作命令語法舉

50、例：TE 指示新消息AT+CNMI=2,1NOTE：將短信存儲到 ME 或 SIM 卡后，再給出新短信指示OK+CMTI: "SM",1NOTE：顯示新短信指示AT+CNMI=2,2NOTE：收到短信，直接給出短信內容OK+CMT: "8613902288001","07/04/19,22:36:19+32",145,4,0,0,"8613912345500",145,4TEST查詢消息：AT+CMGL使用設置命令，可將查詢優選消息存儲器<

51、mem1>中，狀態值為<stat>的消息顯示在 TE中。若該消息處于“已接收未讀”狀態，則將其狀態變為“已接收已讀”。舉例：查詢所有消息AT+CMGF=1NOTE：設置短信為文本方式OKAT+CMGL="ALL"NOTE：列舉當前存儲單元中的所有短信+CMGL: 1,"REC READ","8613902288001","07/04/19,22:34:09+32",145,4TEST+CMGL: 2,"REC UNREAD",&

52、quot;8613902288001","07/04/19,22:38:44+32",145,10TEST AGAINOK讀出消息：AT+CMGR使用設置命令，可將消息存儲器<mem1>中，索引為<index>的消息返回到 TE。若該消息處于“已接收未讀”狀態，則將其狀態變為“已接收已讀”。舉例：讀取不同存儲單元中的短信表4.2.4  參數的詳細說明AT+CPMS="SM","SM","SM"NOTE：設置短信存儲單元為 SIM&#

53、160;卡舉例：讀取不同存儲單元中的短信AT+CPMS="SM","SM","SM"NOTE：設置短信存儲單元為 SIM 卡+CPMS:1,10,1,10,1,10OKAT+CMGR=1NOTE：讀取 SM 中的第一條短信+CMGR: "REC UNREAD","8613902288001","07/04/19,22:43:52+32",145,4,0,0,"8613912345500",145,

54、10TEST IN SMOKAT+CPMS="ME","ME","ME"NOTE：設置短信存儲單元為 ME+CPMS: 1,25,1,25,1,25OKAT+CMGR=1NOTE：讀取 ME 中的第一條短信+CMGR: "REC UNREAD","8613902288001","07/04/19,22:43:12+32",145,4,0,0,"8613912345500",145,10TEST