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【摘 要】为了简洁、高效的实现对家居环境的监控，在手机短消息和蓝牙功能的基础之上，应用无线数据的传输与识别，从而实现手机对家居环境的远近程监控。系统采用AVR单片机作为数据处理中心，通过AT指令来控制TC35i短信模块发送和接收短信指令，利用CC1101无线数传模块和蓝牙进行近程数据传输。设计了各模块的接口电路以及单片机发送、接收和识别中文短信的具体程序。经实验证明，该系统具有良好的人机交互界面，数据传输正确，能够方便地实现对家居环境的监控。
【关键词】GSM网络 远程监控 TC35i 单片机 蓝牙
一、引言
简洁、高效的监控家居环境是很多监控系统追求的目标，如果能够通过随身携带的手机解决这个问题，这将会带来很大的便利。本文在短消息服务的基础上，提出了一种基于手机GSM网络和蓝牙功能的远近程监控系统。单片机发送AT指令控制短信模块TC35i收发短信的同时，也识别其传回中文命令的Unicode代码，以短信的方式实现远程监控。近程是在蓝牙数传的基础上，通过手机蓝牙软件给控制中心发送数据。
利用信号采集和用电器端通过CC1101模块与单片机通讯，分别实现多对一和多对一网络传输。因此，该方案可以方便实现多点监测与控制，无需布线且成本低，有较高的推广价值。
二、系统结构设计与原理
系统主要由5大主体部分，分别为：电源模块、主控模块、信号采集及控制终端、显示模块和短消息模块。系统结构如图1所示。
系统的控制芯片选用ATMEL公司推出的ATmega128单片机。它是是一款基于RISC的低功耗8位高性能单片机，芯片了集成128K字节的在线可编程Flash。在该系统中，单片机的双串口分别与TC35i和蓝牙模块进行数据通信。向TC35i模块发送不同的AT指令，可以实现不同的功能，如发送、接收、删除和读取短消息等。同时，单片机还负责对TC35i传输来的信息进行识别判断，进而通过SPI接口控制NOKIA5110液晶显示状态信息。
信号采集及控制终端：各种检测传感器和控制单元是模块化工作的，独立运行，并单独配备独立的无线发射及接收模块。近距离信号的发送及接收是采用市售的315MHz无线模块，通过PT2262/PT2272芯片进行编解码。在对瓦斯信号进行采集时，模块会在瓦斯浓度达到爆炸极限之前发送报警信息。
三、系统硬件设计
（一）TC35i外围接口电路设计
TC35i有40个引脚，通过ZIF（Zero Insertion Force，零阻力插座）连接器与外部连接。如图2所示，这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频和控制接口。引脚1～5为电压输入端，通过测试，选取4.2V较为稳定。6～10为电源地GND。 24～29为SIM卡引脚。33～40为语音接口，用来连接语音模块。15为点火线IGT（Ignition），在TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平脉冲，模块才启动。31为Power down关机引脚。32为模块状态指示引脚SYNC，当LED熄灭时，表明TC35处于关闭或睡眠状态；当LED为600ms亮/600ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35i正在进行网络登录；当LED为75ms亮/3s熄时，表明TC35i已登录进网络，处于持机状态。
（二）电源模块设计
该系统分别需要4.2V、5.0V、12V电源供电，为方便应用，选用可调节电压的开关型降压稳压器LM2596—ADJ。电压的调节只需改变R2的阻值。电路如图3所示，输入电压需要在12V～40V范围内，输出电压可由如下公式算出
（三）短距离无线控制模块及信息采集设计
1.控制终端。在单片机通过PT2262发射控制信号后，每一个终端里的PT2272/M4都会收到信息，其地址码经过两次比较核对后，相应的数据脚会输出高电平。因此，不同接收端根据不同的地址位和数据位来进行单独控制。PT2272/M4不带自锁，校核成功后，输出引脚输出的是一个脉冲。经过由D触发器转换的触发器后，将实现输出翻转功能即。
2.单片机控制系统。单片机将从TC35i接收到的信息进行存储与识别，而后向PT2262发送信息，实现控制信息的传输。同时，单片机还会检测控制端的PT2272是否接收到报警终端传送来的警报信息。若检测到，ATmega16会通过TC35i向目标手机发送信息，同时会向PT2262发送控制信息，进行响应控制。
四、系统软件设计
程序主要由四大模块组成：初始化模块、监控模块、短信发送和接收模块。初始化是对系统进行必要的设置，监控模块是对传 感器和串口传回来的信息进行识别和控制，短信收发模块是采用标准的AT指令，来完成中文短信的收发工作。程序使用C语言来编写，代码可移植性好，效率高。程序结构图如图4所示。
（一）初始化模块。系统的初始化包过3部分，控制器ATmega16的初始化（引脚、串口等初始化）、液晶NOKIA 5110初始化和短信模块TC35i初始化。系统通电后，应该先启动TC35i（轻触ON键），在TC35i已登录进网络后，ATmega16才能启动，同时进入初始化程序。ATmega16向TC35i发送初始化AT指令，进行相应的设置。
（二）监控模块。通过循环，不停地对PA口和串口进行检测。若检测到报警信号，则程序转向控制信号和报警短信的发送。若没有检测到，则对寄存器内存储的串口信号进行匹配检验，包过AT返回指令，目标号码和Unicode代码检测。
（三）短信发送模块。本系统支持中文短信的发送和识别。单片机发送的每一条AT指令都必须以回车符结尾，即以ASCII码0DH结束。发送中文短信顺序为：（1）PDU模式设置：发送AT+CMGF=0（2）PDU长度设置：例如发送AT+CMGS=023（具体值应视代码长度而定）（3）接收端号码设定：例如发送0011000D91685161129407F4000800其中，5161129407F4是由号码15162149704加F的奇偶位对调得到的，实际可自由设定。（4）发送中文信息的Unicode代码：例如“室内煤气过多”的代码是5BA4518571646C148FC7591A（5）发送换行符：0x1A（Ctrl+Z的ASCII码）（6）发送回车符：0x0D（回车符的ASCII码）
（四）短消息接收模块。ATmega16发送“AT+CNMI= 2，1，0，0，1”在进行新消息提示设置，在TC35i接收到短消息后，它会向单片机發送信息并存储在数组RsBuf[300]里。程序定义pass=strstr（RsBuf， "+CMTI"），通过if（pass！=NULL）的真假判断是否接收到一条短信。若接收到，则提取Unicode代码与设定值进行匹配判断，近而做出响应。
五、结语
本系统在短消息传输技术的基础上，综合了短消息的控制与报警，可以有效实现对矿山开采环境、家用电器等的远程监控。近距离又采用无线传输，方便实现多点监测与控制，给控制者带来一定的便利。因此该系统具有实际推广和应用价值。
参考文献：
[1] Y. Zhang， C. Ma， B.Xue， and B.G. Wu， “System Development for Wireless Date Sampling and Transmission of Forestry Based on GSM Short Message Service，”Journal of Central South Forestry University， vol. 29， pp. 157-161，October 2009.
[2] 马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践，北京：北京航空航天大学出版社，2007.
[3] 谢刚.德国西门子工业GSM模块TC35i[[EB/OL]].
[4] 袁易君，甘辉.基于AVR煤矿风机多点温度检测仪的研究[J].煤矿机械，2008（7）：113-115.
[5] 王潇，王凤英.基于ZigBee和GPRS的无线网络煤矿安全监测系统.煤矿机械，2010（3）：241-243.
[6] 高玉良.电路与模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2008.
作者简介：
刘诗雨，女，本科生，现就读于中国矿业大学机电工程学院 机械电子专业。
【关键词】GSM网络 远程监控 TC35i 单片机 蓝牙
一、引言
简洁、高效的监控家居环境是很多监控系统追求的目标，如果能够通过随身携带的手机解决这个问题，这将会带来很大的便利。本文在短消息服务的基础上，提出了一种基于手机GSM网络和蓝牙功能的远近程监控系统。单片机发送AT指令控制短信模块TC35i收发短信的同时，也识别其传回中文命令的Unicode代码，以短信的方式实现远程监控。近程是在蓝牙数传的基础上，通过手机蓝牙软件给控制中心发送数据。
利用信号采集和用电器端通过CC1101模块与单片机通讯，分别实现多对一和多对一网络传输。因此，该方案可以方便实现多点监测与控制，无需布线且成本低，有较高的推广价值。
二、系统结构设计与原理
系统主要由5大主体部分，分别为：电源模块、主控模块、信号采集及控制终端、显示模块和短消息模块。系统结构如图1所示。
系统的控制芯片选用ATMEL公司推出的ATmega128单片机。它是是一款基于RISC的低功耗8位高性能单片机，芯片了集成128K字节的在线可编程Flash。在该系统中，单片机的双串口分别与TC35i和蓝牙模块进行数据通信。向TC35i模块发送不同的AT指令，可以实现不同的功能，如发送、接收、删除和读取短消息等。同时，单片机还负责对TC35i传输来的信息进行识别判断，进而通过SPI接口控制NOKIA5110液晶显示状态信息。
信号采集及控制终端：各种检测传感器和控制单元是模块化工作的，独立运行，并单独配备独立的无线发射及接收模块。近距离信号的发送及接收是采用市售的315MHz无线模块，通过PT2262/PT2272芯片进行编解码。在对瓦斯信号进行采集时，模块会在瓦斯浓度达到爆炸极限之前发送报警信息。
三、系统硬件设计
（一）TC35i外围接口电路设计
TC35i有40个引脚，通过ZIF（Zero Insertion Force，零阻力插座）连接器与外部连接。如图2所示，这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频和控制接口。引脚1～5为电压输入端，通过测试，选取4.2V较为稳定。6～10为电源地GND。 24～29为SIM卡引脚。33～40为语音接口，用来连接语音模块。15为点火线IGT（Ignition），在TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平脉冲，模块才启动。31为Power down关机引脚。32为模块状态指示引脚SYNC，当LED熄灭时，表明TC35处于关闭或睡眠状态；当LED为600ms亮/600ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35i正在进行网络登录；当LED为75ms亮/3s熄时，表明TC35i已登录进网络，处于持机状态。
（二）电源模块设计
该系统分别需要4.2V、5.0V、12V电源供电，为方便应用，选用可调节电压的开关型降压稳压器LM2596—ADJ。电压的调节只需改变R2的阻值。电路如图3所示，输入电压需要在12V～40V范围内，输出电压可由如下公式算出
（三）短距离无线控制模块及信息采集设计
1.控制终端。在单片机通过PT2262发射控制信号后，每一个终端里的PT2272/M4都会收到信息，其地址码经过两次比较核对后，相应的数据脚会输出高电平。因此，不同接收端根据不同的地址位和数据位来进行单独控制。PT2272/M4不带自锁，校核成功后，输出引脚输出的是一个脉冲。经过由D触发器转换的触发器后，将实现输出翻转功能即。
2.单片机控制系统。单片机将从TC35i接收到的信息进行存储与识别，而后向PT2262发送信息，实现控制信息的传输。同时，单片机还会检测控制端的PT2272是否接收到报警终端传送来的警报信息。若检测到，ATmega16会通过TC35i向目标手机发送信息，同时会向PT2262发送控制信息，进行响应控制。
四、系统软件设计
程序主要由四大模块组成：初始化模块、监控模块、短信发送和接收模块。初始化是对系统进行必要的设置，监控模块是对传 感器和串口传回来的信息进行识别和控制，短信收发模块是采用标准的AT指令，来完成中文短信的收发工作。程序使用C语言来编写，代码可移植性好，效率高。程序结构图如图4所示。
（一）初始化模块。系统的初始化包过3部分，控制器ATmega16的初始化（引脚、串口等初始化）、液晶NOKIA 5110初始化和短信模块TC35i初始化。系统通电后，应该先启动TC35i（轻触ON键），在TC35i已登录进网络后，ATmega16才能启动，同时进入初始化程序。ATmega16向TC35i发送初始化AT指令，进行相应的设置。
（二）监控模块。通过循环，不停地对PA口和串口进行检测。若检测到报警信号，则程序转向控制信号和报警短信的发送。若没有检测到，则对寄存器内存储的串口信号进行匹配检验，包过AT返回指令，目标号码和Unicode代码检测。
（三）短信发送模块。本系统支持中文短信的发送和识别。单片机发送的每一条AT指令都必须以回车符结尾，即以ASCII码0DH结束。发送中文短信顺序为：（1）PDU模式设置：发送AT+CMGF=0（2）PDU长度设置：例如发送AT+CMGS=023（具体值应视代码长度而定）（3）接收端号码设定：例如发送0011000D91685161129407F4000800其中，5161129407F4是由号码15162149704加F的奇偶位对调得到的，实际可自由设定。（4）发送中文信息的Unicode代码：例如“室内煤气过多”的代码是5BA4518571646C148FC7591A（5）发送换行符：0x1A（Ctrl+Z的ASCII码）（6）发送回车符：0x0D（回车符的ASCII码）
（四）短消息接收模块。ATmega16发送“AT+CNMI= 2，1，0，0，1”在进行新消息提示设置，在TC35i接收到短消息后，它会向单片机發送信息并存储在数组RsBuf[300]里。程序定义pass=strstr（RsBuf， "+CMTI"），通过if（pass！=NULL）的真假判断是否接收到一条短信。若接收到，则提取Unicode代码与设定值进行匹配判断，近而做出响应。
五、结语
本系统在短消息传输技术的基础上，综合了短消息的控制与报警，可以有效实现对矿山开采环境、家用电器等的远程监控。近距离又采用无线传输，方便实现多点监测与控制，给控制者带来一定的便利。因此该系统具有实际推广和应用价值。
参考文献：
[1] Y. Zhang， C. Ma， B.Xue， and B.G. Wu， “System Development for Wireless Date Sampling and Transmission of Forestry Based on GSM Short Message Service，”Journal of Central South Forestry University， vol. 29， pp. 157-161，October 2009.
[2] 马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践，北京：北京航空航天大学出版社，2007.
[3] 谢刚.德国西门子工业GSM模块TC35i[[EB/OL]].
[4] 袁易君，甘辉.基于AVR煤矿风机多点温度检测仪的研究[J].煤矿机械，2008（7）：113-115.
[5] 王潇，王凤英.基于ZigBee和GPRS的无线网络煤矿安全监测系统.煤矿机械，2010（3）：241-243.
[6] 高玉良.电路与模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2008.
作者简介：
刘诗雨，女，本科生，现就读于中国矿业大学机电工程学院 机械电子专业。