СИСТЕМА УМНОГО ДОМА РАЗРАБОТАННАЯ
НА ОСНОВЕ GSM
Реферат: В этой статье представлен способ управления
умным домом на базе GSM(Глобальная Система Мобильной Связи) короткими сообщениями,
с помощью мобильного телефона. AT-команды и структура системы подробно проиллюстрированы.
Представлена аппаратная система, включающая STC89C51 и TC35i. Кроме того,
наконец, приводятся некоторые другие потенциальные области применения и
направление развития в будущем.
Ключевые слова: GSM, Умный дом, STC89C51, Беспроводная
связь.
1.
Введение
Поскольку преобладающая тенденция IOT (Internet of Things),
глобально распространенно, умный дом находит свое отражение в тренде. Все
методы управления и связи смешаны в эту область: GSM, WIFI, CAN, Bluetooth, ZigBee. Все они
пытаются решить эти проблемы в этом умном мире [2]. Среди этих решений GSM
имеет видную позицию, поскольку мобильный телефон является всеобъемлющей
коммуникативной устройством в современном обществе.
GSM - это своего рода цифровая сеть мобильной связи.
В последние годы он быстро развивается. Служба коротких сообщений - важная
бизнес-сеть на базе GSM. Его простая и эффективная производительность, а также
относительно низкая стоимость захватывает клиентов. Более того, техническая возможность для многих типов
удаленного мониторинга делает его самым удобным и приветливым способом
управления умным домом, поскольку люди могут следить за своим домом в любое
время в любом месте. В этой статье я
представлю вам замечательную умного дома на базе GSM и объясню реализацию
программного и аппаратного обеспечения.
2.
Системная
инфраструктура
Система
управления GSM содержит коммуникационную часть, центр управления и объект,
подлежащий управлению. На рисунке 1 представлена блок-схема системы. В этой
системе модуль GSM играет роль связи. STC89C516RD+ выполняет задачу центра управления. Реле-модуль,
подключенный к бытовым приборам, является объектом контроля. На модуле имеется
несколько каналов реле. Каждый подключается к другому бытовому устройству.
Модуль GSM со смарт-картой отвечает за прием текстовых
сообщений из сети GSM и передачу короткого
сообщения от местного микроконтроллера (STC89C516RD +) в сеть GSM. Он также
получает сообщения от мобильного телефона пользователя и отправляет
соответствующую команду в центр управления STC89C516RD +. Контроллер
анализирует команду и открывает или закрывает реле предполагаемого канала,
чтобы открыть или закрыть соответствующий прибор. После этого центр управления указывает, что модуль
GSM отправляет сообщение обратной связи на терминал пользователя.
3.
АТ команды
Микроконтроллер взаимодействует
с модулем GSM через AT (Attention Commands)
[4]. Набор команд AT - это стандарт интерфейса между TE (терминальное
оборудование) и TA (терминальный адаптер), а также между DTE (терминальное
оборудование для передачи данных) и DCE (терминальное оборудование для передачи
данных). В начале 1990-х годов набор команд AT используется только при работе с
модемом. С серией эволюций, AT-команды добавлены в стандарт GSM07.05. До сих
пор большинство модулей GSM поддерживают этот стандарт.
3.1 Синтаксис основных АТ команд
Каждая AT
команда должна начинаться с «AT» или «at» и
заканчиваться на <CR>. Четыре вида синтаксиса показаны в таблице 1.
Рисунок 1.
Блок-схема мобильной системы управления.
3.2 Основные АТ команды
AT команды,
используемые в этой системе дистанционного управления, показаны в Таблице 2.
[5]
4.
Аппаратная
структура
На рисунок 2
изображена система управления мобильным телефоном. Как показано на рисунке, в
системе есть две платы и GSM-модуль. Плата выше - это модуль реле, а ниже -
плата центра управления с STC89C516RD +. Модуль GSM подключается к центральной
плате через пару портов UART контроллера STC89C516RD +. На рисунке 3
представлена аппаратная структура системы.
Таблица 1. Синтаксис основных AT-команд.
|
Тип инструкции |
Синтаксис команды |
Описание инструкции |
|
Тестирование команды |
AT+CXXX=? |
Проверка
статуса реализации команды и вернуть параметры и диапазон параметров. |
|
Чтение команды |
AT+CXXX? |
Возврат
текущего значения параметров. |
|
Запись команды |
AT+CXXX=<...> |
Задает
определяемое пользователем значение параметров. |
|
Исполнение команды |
AT+CXXX |
Исполнить
команду. |
Таблица 2. Общие AT команды.
|
AT+CMGD |
Удалить
SMS-сообщение |
|
AT+CMGF |
Выбор
формата SMS-сообщений |
|
AT+CMGR |
Чтение
SMS-сообщения |
|
AT+CMGS |
Отправить
SMS-сообщение |
|
AT+CNMI |
Индикация
новых SMS-сообщений |
Модуль TC35I
обменивается данными с пользовательским терминалом через сеть GSM. STC89C516RD
+ передает данные с помощью модуля TC35I через порт RXD- и TXD-порт. Он
управляет релейным модулем через порты ввода-вывода. Каждый порт соответствует
реле, и каждое реле соединяет бытовой прибор.
На рисунке 4
показана схема модуля GSM и микроконтроллера. Рисунок 5 - это печатная плата
основной платы системы, разработанная Altium Designer.
Рисунок 2.
Изображение системы управления мобильным телефоном.
Рисунок 3.
Аппаратная структура системы.
Рисунок 4. Схема
модуля GSM и микроконтроллера.
Рисунок 5. Печатная
плата основной платы системы
Центральная
часть системы состоит из модуля GSM и микроконтроллера. Мы используем модем
TC35I SIEMENS в качестве модуля GSM. Модуль TC35I может работать на частотах
EGSM900 и GSMl800 и может передавать звук, данные, сообщения и факс. Его
рабочее напряжение может достигать 8 В - 30 В, за
исключением периода передачи данных, когда рабочее напряжение составляет 5,6 В
- 30 В, и когда оно поддерживает GSMphase2/2+ и инструкции AT команд [5]. Кроме
того, имеет SIM-карту, интерфейс RS-232 и другой стандартный промышленный
интерфейс.
Мы принимаем
STC89C516RD+ ETC в качестве микроконтроллера, напряжение, сверхмалого энергопотребления,
63Kбайта FLASH пямяти, 1280 байтов ОЗУ, сторожевой
таймер, двухскоростного, более низкого EMI, таймер, ISP, IAP и асинхронный
интерфейс последовательной связи UART. Микроконтроллер
установил значение портов ввода/вывода в соответствии с принятыми короткими
сообщениями, чтобы управлять состоянием реле.
5. Программное обеспечение
Системное
программное обеспечение имеет два функциональных компонента: отправка и прием SMS (Short
Message Service) и разбор и исполнение SMS. Функция отправки и приема завершается GSM модулем,
который в основном отвечает за прием команд дистанционного управления и
возвращает статус и данные системы терминалам дистанционного управления; секция
управления завершается микроконтроллером, который будет анализировать принятые
команды GSM, чтобы управлять соответствующими периферийными устройствами.
TC35I взаимодействует
с STC89C516RD+ через последовательный порт. На рисунке 6 показана основная
блок-схема алгоритма управления на микроконтроллере.
Программа
скомпилирована в среде KEIL uVision3 на основе набора AT команд. Процесс:
Шаг 1:
Инициализируйте последовательный порт, в основном для работы регистров
последовательного порта в среде сборки KEIL, включая регистр таймера, регистр
скорости передачи, регистр приема последовательного порта и конфигурацию флага
прерываний. Целью является подготовка к передаче данных между модулем GSM и
последовательным портом.
Рисунок 6.
Блок-схема программы на микроконтроллере
Шаг 2:
Инициализация модуля GSM. Импульс низкого уровня должен быть подан на контакт
IGT. Не менее 100 мс должен быть импульс низкого
уровня для запуска модуля. Время падения сигнал меньше 1 мс.
После запуска контакт IGT должен оставаться на высоком уровне. Все сдвиги и
поддержание уровня управляются программным обеспечением.
Шаг 3:
Убедитесь, что модуль GSM успешно инициализирован. Если нет, проверьте
аппаратное соединение и наличие ошибок в программе. Если успешно, то модуль GSM
может быть соединен с микроконтроллером. После ввода основного цикла микроконтроллер
ожидает сообщений. Если появится сообщение, микроконтроллер должно получить
сообщение и подтвердить, было ли сообщение получено полностью, пока не будет
получено все сообщение.
Шаг 4: Разбор
сообщения команды. При успешном разборе микроконтроллер отправит
соответствующие управляющие команды соответствующему устройству. Если не
удалось выполнить разбор, микроконтроллер вернет сообщение об ошибке в модуль GSM.
Шаг 5. Верните
результат разбора и управления в квалифицированный пользовательский терминал
сообщением по обратной связи.
Шаг 6: Программа
переходит к следующему шагу цикла и ждет следующего сообщения.
6.
Тестирование
программного обеспечения и обсуждение результатов
Квалифицированный
мобильный телефон может удаленно отправлять текстовые сообщения, чтобы
контролировать рабочее состояние бытовой техники. Когда мы редактируем
сообщение «open1» и отправляем на номер SIM-карты модуля GSM, загорается
индикатор на channel1. Затем мы
получаем сообщение обратной связи от системы, обозначающее “Light
1 opened!”. Когда мы отправим в систему сообщение
«close1», свет погаснет, и на мобильный телефон по обратной связи будет
отправлено сообщение. Если мы используем другие команды (предписанные в
программе), такие как «open2», «open3» ..., будет открыто другое устройство. Таким
образом, мы реализуем функцию управления бытовой техникой в любом месте сети
GSM.
7.
Выводы и
перспективы
Данная система обеспечивает дистанционное управление
на базе GSM с низкой стоимостью аппаратного обеспечения и низким потреблением. Проект
не только хорошее решение для умного дома, но также имеет смысл в управлении
промышленностью и в других областях. Хотя
это простое решение, которое указывает на технологическую тенденцию умного
мира. В наших будущих исследованиях в систему будет добавлено больше
технологий. Например, сенсорный модуль, который может собирать такие параметры,
как температура и влажность как ссылки для соответствующего управления
устройством.
Благодаря быстрой разработке аппаратного и
программного обеспечения для мобильных телефонов внедрение программного
обеспечения для доступа в мобильный телефон будет возможным, поскольку
мобильный телефон имеет тенденцию быть похожим на мини-компьютер. В ближайшем
будущем мы сможем контролировать и управлять бытовой техникой с помощью
мультимедийного прикладного программного обеспечения на мобильном телефоне. Там
будут видео-, звуковые или текстовые сообщения, взаимодействующие с
устройствами умного дома [1]. Перспектива системы управления мобильным
телефоном не вызывает сомнений.
8. Признание
Данная работа частично финансировалась Program of Beijing
Key Lab for
Sensor по гранту №KF2011 1077205.
Ссылки
[1] Neil Gershenfeld, Raffi Krikorian, Danny Cohen, “The Internet of Things,” Scientific
American, Vol. 91, 2004, pp. 76-81. doi:10.1038/scientificamerican1004-76
[2] J. Yick, B. Mukherjee and D. Ghosal,
“Wireless Sensor Network Survey,” Computer Networks, Vol. 52, 2008, pp.
2297-2230. doi:10.1016/j.comnet.2008.04.002
[3] Q. W. Sun
and Z. Yu, “An SMS Alarm Processing Scheme in GSM,” Journal of Fuzhou
University (Natural Science), Vol. 36, 2008.
[4] E. Zhou, “A
Remote Measurement and Control System based on GSM-SMS,” Sci/Tech
Information Development & Economy, Vol. 11, No. 5, 2001.
[5] Siemens
Cellular Engine, TC35i Terminal Datasheet, TC35i_ATC_V02. 07,
2007.