摘 要： 設(shè)計(jì)了一種通過(guò)手機(jī)短信來(lái)遠(yuǎn)程控制家用電器的系統(tǒng)，采用嵌入式LPC1114為系統(tǒng)的中央控制器，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信模塊SIM900B實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。對(duì)家用電器設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸采用短距離無(wú)線傳輸模塊CC1101，以減少布線的煩惱。
關(guān)鍵詞： LPC1114； SIM900B； CC1101； 家用電器
隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，越來(lái)越多的家用電器進(jìn)入了尋常百姓的家庭生活，給大家?guī)?lái)了很多的方便和享受，但現(xiàn)在許多的電器的控制還不夠智能化，不夠人性化。傳統(tǒng)的家用電器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般是通過(guò)電話與家中網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制家電，需要另加一臺(tái)電腦并保持長(zhǎng)期開(kāi)機(jī)，浪費(fèi)電能，而且一旦停電后再來(lái)電，不能自行啟動(dòng)，從而就不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。本文提出了利用手機(jī)短信對(duì)家用電器(如電飯煲、空調(diào)、天然氣灶臺(tái)等)的遠(yuǎn)程控制,采用鋰電池供電，對(duì)家用電器不進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時(shí)，系統(tǒng)處于深度睡眠狀態(tài)，非常省電，但一旦開(kāi)始遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)馬上進(jìn)入工作狀態(tài)。
1 設(shè)計(jì)思路
目前家用電器遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)方式主要有撥打家里固定電話和PC控制兩種方式[1]。撥打家里固定電話操作步驟較多、且占用電話資源；而PC控制家電需要一直連接網(wǎng)絡(luò)，浪費(fèi)了資源。現(xiàn)在GSM數(shù)字通信平臺(tái)中的短消息平臺(tái)具有通信成本低、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、使用方便快捷等優(yōu)點(diǎn)[2]。如何通過(guò)短信來(lái)控制家用電器，是值得深入研究的問(wèn)題，已成為人們的迫切需要。因此，本文提出了利用GPRS的短信功能來(lái)控制家用電器的開(kāi)關(guān)從而進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的方法。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)思路，系統(tǒng)對(duì)家用電器狀態(tài)的采集采用了開(kāi)放式頻率低于1 GHz的RF電路，對(duì)人體沒(méi)有傷害，無(wú)線數(shù)據(jù)采集完全免費(fèi)，對(duì)短距離通信穩(wěn)定性高。數(shù)據(jù)經(jīng)采集后發(fā)射給微處理器，由微處理器把信息傳給GPRS，再通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)傳給用戶手機(jī)，用戶就會(huì)知道家里的電器情況；或者反過(guò)來(lái)用手機(jī)發(fā)消息通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)傳給GPRS，GPRS把信息給微處理器，由微處理器控制家用電器的開(kāi)關(guān)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
3 硬件設(shè)計(jì)
3.1微處理器
系統(tǒng)采用恩智浦公司推出的基于Cotex-M0內(nèi)核的LPC1114處理器作為嵌入式系統(tǒng)的核心。 LPC1114是一個(gè)32位的低功耗單片機(jī)，供電電壓低(1.8 V~3.6 V)， 內(nèi)部自帶有12 MHz的RC振蕩器，并且在其上電(或復(fù)位)時(shí)默認(rèn)使用片內(nèi)的RC為主時(shí)鐘源[3]。不過(guò)內(nèi)部RC振蕩器的精度不高(一般為1%)，一般在要求較高時(shí)還是要使用外部晶振來(lái)運(yùn)行。內(nèi)部集成8 KB的片內(nèi)RAM和32 KB的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器[4]。其速度快(0.9 DMIPS/MHz)、低功耗、功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉的特點(diǎn)充分滿足了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。
3.2 GPRS通信模塊
為了實(shí)現(xiàn)用戶能夠用手機(jī)/電話遠(yuǎn)程控制家用電器的開(kāi)關(guān)，利用了GPRS模塊的短信及語(yǔ)音等功能。GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱，是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的一種新型的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，具有實(shí)時(shí)在線、按量計(jì)費(fèi)、高速傳輸、自如切換、快捷登錄等優(yōu)點(diǎn)[5]。特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。這一特點(diǎn)正適合家用電器的遠(yuǎn)程控制。
GPRS模塊采用SIMCOM公司的SIM900B模塊。該模塊是屬于B2B類型的四頻GSM/GPRS模塊，采用了非常強(qiáng)大的AMR926EJ-S單芯片處理器，可完全兼容于SIM300/340和SIM340E。其性能穩(wěn)定，外觀小巧，性價(jià)比高，工作頻率為850/900/1 800/1 900 MHz，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸[6]。SIM900B的電路連接如圖2所示。
3.3 無(wú)線傳輸模塊
家用電器開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)信息采用的是基于TI公司CC1101的無(wú)線傳輸電路。這是一款低于1 GHz高性能射頻收發(fā)器，功耗極低，工作電壓為1.9 V～3.6 V，在待機(jī)模式下電流僅為200 nA，工作時(shí)的電流也只有10 mA左右，另外還具有卓越的數(shù)據(jù)包處理能力、通信質(zhì)量?jī)?yōu)、穩(wěn)定性好等特性[7]。在發(fā)送時(shí)，只需簡(jiǎn)單設(shè)置寄存器，然后按照前導(dǎo)碼、同步字、FIFO數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、地址(如果接收端開(kāi)啟了地址過(guò)濾)以及FIFO數(shù)據(jù)的先后順序進(jìn)行發(fā)送即可；接收時(shí)，器件會(huì)自動(dòng)偵測(cè)前導(dǎo)碼、同步字、地址信息。在家用電器的遠(yuǎn)程控制中可讓系統(tǒng)一直處于接收狀態(tài)，只有出現(xiàn)意外的情況(如溫度過(guò)高、天然氣泄漏、煙霧濃度高等)時(shí)，利用中斷來(lái)執(zhí)行發(fā)送指令。
3.4 溫度采集及煙霧濃度監(jiān)測(cè)模塊
溫度采集采用的是DALLAS(達(dá)拉斯)公司生產(chǎn)的DS18B20。其體積小，硬件簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)，精度能達(dá)到土0.025℃，但軟件稍復(fù)雜[8]，不過(guò)對(duì)家用電器的溫度采集、處理和分析還是很容易實(shí)現(xiàn)的。
對(duì)煙霧濃度的檢測(cè)采用的是MQ2氣體傳感器，可以用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置。其對(duì)環(huán)境液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、煙霧等較敏感，在沒(méi)有這些氣體影響或者氣體濃度未超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，數(shù)字接口輸出高電平[9]，模擬接口輸出電壓基本為0 V；當(dāng)氣體影響超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，數(shù)字接口輸出低電平，模擬接口輸出的電壓會(huì)隨著氣體的影響逐漸增大。當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)報(bào)警信息到設(shè)定好的手機(jī)上，這樣就可對(duì)家中的煙霧、溫度、天然氣進(jìn)行很好的監(jiān)測(cè)，以防止意外的發(fā)生。系統(tǒng)的硬件電路圖如圖3所示。
4 軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，軟件設(shè)計(jì)主要包括中央控制器和無(wú)線數(shù)據(jù)采集兩部分。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸主要完成家用電器數(shù)據(jù)的采集和傳輸；中央控制器主要把無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過(guò)SIM900B發(fā)送到手機(jī)或把手機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)傳給CC1101，以達(dá)到對(duì)家用電器的控制。
4.1 中央控制器
主控芯片選用國(guó)內(nèi)使用非常廣泛的MDK-ARM做為L(zhǎng)PC1114的開(kāi)發(fā)工具，MDK-ARM的界面與keil的界面差不多，使用起來(lái)非常方便。系統(tǒng)的軟件控制框圖如圖4所示。
用戶在遠(yuǎn)程手持設(shè)備發(fā)送指令，由LPC1114讀取并判斷信息，通過(guò)CC1101發(fā)送控制指令并接收反饋信息。
4.2 無(wú)線數(shù)據(jù)采集
無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊CC1101采用TI提供的SmartRF Studio軟件進(jìn)行配置。這個(gè)軟件是由Chipcon公司提供的一個(gè)射頻仿真軟件，可以對(duì)CC1101寄存器的配置進(jìn)行設(shè)置，還能對(duì)RF參數(shù)進(jìn)行仿真，操作簡(jiǎn)單，使用方便。
以LPC1114為主控芯片，以SIM900B為GPRS模塊,以CC1101為家用電器無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊，設(shè)計(jì)了一種以短信來(lái)遠(yuǎn)程控制家用電器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)成本低,易安裝,穩(wěn)定性強(qiáng),使用方便,安全可靠，易于推廣。
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