基于GSM手機的無線遙控系統

方華超

(安徽工業大學電氣信息學院，安徽馬鞍山243002)

1.引言

無線遙控系統的應用越來越廣泛，傳統的無線電遙控系統由發射機和接收機組成，其作用距離主要取決于發射機的發射功率和接收機的接收靈敏度。操作者必需攜帶發射機，當遙控距離較遠時發射功率就要隨之增大。

目前GSM（全球通）公眾移動通信網技術成熟可靠、覆蓋范圍廣并且使用人數眾多。

以普通GSM手機作為遙控系統的發射機，配以專用的遙控接收機，使用GSM系統中的電路交換模式，可以在GSM網絡覆蓋的區域內可靠地工作。

2.遙控接收機

接收機由微控制器、GSM模塊、DTMF解碼、語音提示、輸出驅動和檢測幾部分組成。（圖1中省略了電源電路和復位電路以及GSM模塊的SIM卡電路）

微控制器選用的是Silicon Lab公司的C8051F020。

其P0.0和P0.1作為串行通信接口與SIM 100的串口相連。通過符合GSM 07.07標準的AT命令來控制SIM 100模塊的工作。

GSM模塊用的是Sim com公司的SIM 100。它是GSM/GPRS雙頻模塊，可工作于900MHz和1800MHz頻段，為語音傳輸、短消息和數據業務提供無線接口。該模塊集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，適合開發一些GSM/GPRS的無線應用產品。

DTMF譯碼用的是Holtek公司的HT9172。SIM 100的音頻輸出與HT9172的音頻輸入采用差分電路相連。DTMF信號經過HT9172譯碼后得到二進制數據從D0～D3送給C8051F020的P3.0～P3.3。當一個有效的DTMF信號被譯出時，HT9172的DV端變為高電平，通知C8051F020讀數據。

當操作者在手機上按下代表設備號或操作碼的按鍵，SIM 100就從音頻端輸出和按鍵號對應的DTMF信號，經過HT9172譯碼，該信號的二進制信息就送到了C8051F020。

語音電路用的是ZY1730，它的音頻輸出經衰減后接到SIM 100的音頻輸入端。工作在微控制器模式（SPI模式），C8051F020通過P0.2、P0.3、P0.4和P3.4四根線與其相連。它可以保存30秒的語音信息并且能靈活地分段存放。預先將所需要的語句、字和詞等聲音信息分段錄在ZY1730的存儲區中，由C8051F020調用音頻信息輸出作為聲音提示。

輸出驅動（包括被控設備的狀態檢測）就是通常所用的常規電路。其中P7.0、P7.1控制的設備是磁保持繼電器。電路如圖2所示。

被控設備的狀態檢測電路分為開關量檢測和模擬量檢測。開關量檢測就是常用的開關量輸入電路。

模擬量檢測利用了C8051F020片內的AD轉換功能，將需要檢測的模擬量經過量程變換和隔離后送到C8051F020的AIN0端口，C8051F020將其結果通過聲音提示遙控操作者。圖3所示是其中一路被控設備的電流檢測電路。

3.編碼

為避免由于誤操作而造成的事故，遙控系統采用二次操作方式。第一次操作是選擇被控對象的設備號，接收機將收到的被控對象的設備號經反向信道傳送給操作者確認。操作者若發現設備號選錯了，可取消重選。若認為正確無誤，第二次才選擇操作碼。接收機根據所收到的操作碼控制被控對象作相應的動作，然后再將被控對象的狀態經由反向信道告知操作者。

操作碼的編碼規則：

遙控系統的功能較為簡單，主要分為接通設備、斷開設備、查看設備的當前狀態（接通、斷開還是異常）。編碼分功能碼和操作碼兩類。

功能碼中接通設備編碼為：20+設備號+＊

斷開設備編碼為：30+設備號+＊

查看設備編碼為：50+設備號+＊

例如：準備接通3號設備，其編碼就是2 0 3＊四個字符。3是設備號，＊是指令結束符。遙控操作時在手機上依次按下這四個鍵。

操作碼分為接通、斷開和取消三種。

9 7＊是接通所選擇的設備

8 6+＊是斷開所選擇的設備

7＊是取消選擇

表1 編碼表

4.操作

遙控操作過程：

(1)第一步：建立鏈路

在普通GSM手機上呼叫SIM 100模塊中SIM卡的號碼。（作為接收機所在的遙控終端的地址碼）

Sim 100模塊接收到該呼叫后從其串行接口向C8051F020輸出以下用ASCII碼字符表示的信息：

RING

+CLIP：“主叫號碼”，129

如果C8051F020收到的主叫號碼與事先存儲的號碼不相符，就發送ATH（CR）命令予以拒絕。

如果主叫號碼與事先存儲的號碼相符，就發送ATA（CR）命令應答。并控制語音電路向主叫方（也就是發射機的操作者）播放提示音，并檢查主叫方（操作者）是否合法。如果操作者不合法，則發ATH（CR）命令掛機收線。如果操作者合法，就提示繼續操作。

(2)第二步：

1)接通設備

如果操作者想接通x號設備，就可以在其手機上依次按下2、0、x、＊四個鍵。接收機收到該信息后，經由反向信道用語音向其提示x號設備當前的狀態（接通/斷開/異常）。

如果操作者想選擇的不是x號設備，則可以按下7、＊兩個鍵，將其取消。重新選擇設備號。

如果操作者是想選擇接通該號設備，就可以再按9、7、＊三個鍵，接收機收到后就發出將該號設備接通的指令。然后通過檢測電路把該號設備的狀態（已經接通），經由反向信道用語音告知操作者。

如果檢測電路返回的信息是該號設備沒有接通，接收機則向操作者告知該號設備出現異常，此時接收機的微控制器將調用異常狀態處理程序（按照故障安全導向原則處理）。

2)斷開設備

如果操作者想斷開x號設備，就可以在其手機上依次按下3 0 x＊四個鍵。接收機收到該信息后，經由反向信道用語音向其提示該號設備當前的狀態（接通/斷開/異常）。

如果操作者想選擇的不是該號設備，則按下7、＊兩個鍵，重新選擇設備號。

如果操作者是想選擇斷開該號設備，就可以再按下8、6、＊三個鍵，接收機收到后就發出將該號設備斷開的指令。然后通過檢測電路把該號設備的狀態（已經斷開），經由反向信道告知操作者。

如果檢測電路返回的信息是該號設備沒有斷開，接收機則經由反向信道向操作者告知該號設備出現異常。此時接收機的微控制器將調用異常狀態處理程序（按照故障安全導向原則處理）。

3)查看設備當前狀態

如果操作者想查看x號設備的狀態（接通/斷開/異常），就可以在其手機上依次按下5、0、x、＊四個鍵。接收機將向其提示該號設備當前的狀態（接通/斷開/異常）。

該號設備操作完成之后，可以繼續選擇操作其它號設備。

若操作完畢，選擇掛機，就可以結束本次操作。

5.結束語

遙控系統的重要指標是可靠和及時。由于GSM系統的信道編碼是具有前向糾錯功能的卷積碼，而且本文還采用交織技術和跳頻技術用以提高抗干擾能力，因此只要天線信號強度符合GSM網絡相關標準的要求（語音通話清晰不掉線），在實測試驗中還未發現誤動或拒動現象。從按下發射機（手機）操作碼的＊鍵到遙控接收機對應的開關量輸出端動作，其延時約0.7秒左右，該延時與遙控距離的關系不大，主要是GSM系統本身的原理造成。

遙控系統使用時，操作者距離被控設備較遠，且被控設備一般處于無人值守狀態，一旦有意外情況發生，將很難采取補救措施。所以在選擇遙控設備時要認真仔細地加以評估，尤其是在被控設備突遇停電和供電突然恢復的情況下，以及當遙控系統失效時，所控設備不至于發生嚴重的后果。GSM網絡的可靠性是很高的，即使所在蜂窩小區基站故障，GSM系統也會自動切換到相鄰的基站繼續工作。

導致遙控系統失效的原因，一般是作為發射機的手機電池電力不足，手機故障和丟失。其次是接收機驅動接口的電路故障。

[1] SIM 100(SIM 100-E)用戶手冊V01.01 SIMCOM有限公司.

[2] GSM 07.07：Digital cellular telecommunications(Phase 2+)；AT command set for GSM Mobile Equipment(ME).

[3] HT9172 DTMF Receiver Holtek Semiconductor Inc.http：//www.holtek.com.tw.

[4] C8051F020/1/2/3 ISPFLASH MCU Fam ily（Rev 1.4 2005.2）.Silicon Laboratories Inc.http：//www.silabs.com.

[5] ZY1730使用指南（Rev 1.0）廣州致遠電子有限公司Date：2007/09/03.http：//www.embedcontrol.com.