基于GSM遠程控制系統的設計

趙鑫洋 楊春 黨珂 薛爭爭 周維

摘要：該設計是一種利用短信對遠程監控設備進行控制的設計。通過這種短信服務來控制遠程監控設備的方式，不僅可以用在智能家電上，還能對遠程監控設備（如家庭里的門鎖、家用電器、報警裝置等）進行智能控制或采集信息交流，最終實現短信遠程控制家電。

關鍵詞：GSM;短信控制;MSP430

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）17-0288-04

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 緒論

1.1題目來源

隨著住宅智能化的發展，越來越多的家庭選擇使用智能家居，智能家居是物聯網的體現，與普通家居相比，它不僅具有傳統的居住功能，而且容易更方便更高效地生活。但其昂貴的開支使許多家庭望而止步。因此為了使智能家居更普遍，更平民化，需要選擇其他方式使得昂貴的費用減少。短信業務SMS作為GSM的一種基本業務，因其鮮明的技術特點得到廣泛應用，短信解決了很多生活中煩瑣的問題，方便了人們的生活。SMS是用于在GSM系統中提供的終端之間發送和接收文本信息的應用服務，用戶無須設置另一個網絡，節省了部分昂貴的網絡建設成本和網絡維護成本。此外，GSM還具有其自身的數據傳輸功能，為遠程數據的傳送和監控設備的通信提供了一個強大的支撐平臺，因此短消息是更方便，更廉價的。

1.2研究的目的和意義

現場嵌入式系統收集到的信息，會通過SMS的服務中心將信息以文本或數字等方式傳送到無線監控中心，完成采集信息——傳送信息至監控中心——分析信息、處理事件、遠程監測——記錄信息的過程。

通過這種短信服務來控制遠程監控設備的方式，不僅可以解決智能家電上存在的問題，還能對遠程監控設備（如家庭里的門鎖、家用電器、報警裝置等）進行智能控制或信息采集與交換，最終實現短信遠程控制家電。

2 總體方案與論證

2.1 設計方案

本設計是一種利用短信對遠程監控設備進行控制的設計。

系統的開發基于短消息，自動控制，計算機，數字通信以及加密等技術，SMS是實現手機遠程控制的基本方法，通過特定的SMS控制中心，為遠程監控設備提供數字化服務。

本設計的系統可以控制GSM模塊信息收集并且可以控制遠程設備信息，完成這些功能需要利用一個MCU。GSM模塊從20世紀90年代中期投入使用以來，已經有一百多個國家使用，此模塊在單個電路板上集成了GSM射頻芯片，基帶處理芯片，存儲器，功放器件等，具有獨立的操作系統，射頻處理，基帶處理等功能。

短信是一種存儲及轉發的服務，短信不是直接從發送人到接收人，而是通過服務中心進行轉發。如果接收人關機，則消息會在其開機時發送。

整個系統由四大部分組成：GSM模塊、控制模塊、電源模塊和外圍模塊，因此選擇模塊化設計可以使設計更加方便。系統的整體方案框圖如圖1：

2.2 無線通信模塊

在實際生活中，無線通信模塊應用廣泛，在各種領域都發揮了其本身的作用，如遙測，小型無線網絡，無線抄表，門禁系統等。

簡單、方便使用、價格低廉是設計此系統的前提，而GPRS模塊需要另外組網，操作起來十分不便，因此不選擇GPRS模塊。在查找資料后發現有兩種選擇，TC35模塊與TC35i模塊，兩種模塊都是西門子公司生產的，但性能不同，TC35i的性能雖然更好，但是較貴，而TC35足以滿足此系統的要求，因此選擇TC35模塊。

2.3 控制模塊的選擇

本設計的核心是控制模塊，該模塊需要控制短消息的收發，功耗，頻率等。在查找對比各類單片機后，選擇了MSP430F149這一型號的單片機。該單片機是超低功耗的16位微控制器，且電壓低，可以快速蘇醒。

MSP430F149單片機開發板具有自己的A/D轉換器、顯示器和溫度傳感器模塊，由于本身具備這些模塊，所以在使用時更加方便。

最終本設計采用MSP430F149微控制器開發板作為系統的控制核心。

2.4 電源模塊的選擇

電源的選擇需要讓電壓滿足MCU與TC35模塊的要求，7805穩壓芯片足夠滿足，且7805非常常見，所以省略其電路圖，不過多贅述。

2.5 系統總體框架

此系統主要是利用MSP430來控制無線模塊，從而完成遠程通信。系統讀取無線模塊收到的短信內容，進而控制外部繼電器。

圖2所示為系統遠程端系統框圖：

系統遠端的任務極為重要，由MSP430的MCU控制，收集外部設備的信息，并且存儲數據，中間利用TC35進行通信，各個部分各司其職，完成系統的正常運行。圖3所示為系統終端系統框圖：

3 系統硬件模塊設計

電源模塊，串口模塊，采集控制模塊，GSM模塊，串行存儲器模塊和單片機模塊共同組成了硬件系統。

3.1 電源及復位電路的設計

3.1.1 MSP430電源模塊的設計

3.1.2 TC35的電源模塊

3.1.3復位電路

3.2串口通信模塊設計

3.3 GSM模塊接口設計

3.4 串行存儲器的設計

3.5采集系統模塊設計

3.6外部繼電器控制模塊設計

3.7單片機模塊設計

4 系統軟件設計

系統軟件由兩部分組成，前臺和后臺，前臺程序是主程序，后臺是所有中斷服務程序。通過軟件控制實現裝置的遠程報警和開啟功能，程序主要由三部分組成：啟動和初始化，報警監控，遠程開啟和控制，由于篇幅過長，本文不再贅述。

5 短消息收發測試

5.1普通測試

普通測試說明：

為了使數據更有說明性，選擇了一個比較有對比性的時間段。從2018年10月1日開始進行了為期10天的測試，每天在不同時間段（早中晚），向同一號碼分別發送15條短消息，每天共45條短信，最后統計接收到短消息的數量，通過成功率來分析項目的可行性。

測試結果：在這期間，一共發送了450條短消息，而實際收到425條，成功率為94.4%。

測試分析：在試驗期間，發現在這10天中，成功率最高的是在10月7日之后，也就是收假期，最糟糕的是在10月1日這幾天，說明在這期間，SMS服務的使用頻率較高，所以容易失敗。

5.2特殊測試

特殊測試分為兼容性測試和可靠性測試兩種。

兼容性測試說明：系統向兩種卡號（移動卡、聯通卡）發送短消息，然后測試接收到的信息數量，以確定系統的兼容性。

測試結果：移動卡進行通信時成功率較高，而聯通稍差。

測試分析：由于在實驗開發測試時，使用的都是移動公司的卡號，所以可能設計的性能更符合移動卡，而聯通卡成功率一般，可能是因為各運營商相互不兼容，以后會在這些方面加以改進。

可靠性測試說明：短時間向同一個卡號發送大量信息，測試接收到的短信數量，以此驗證該系統的可靠性。

平臺在短時間內向一個號碼發送大量短消息，測試接收到的短消息的數量，以此驗證該短信平臺的可靠性。

測試結果：頻率越高，成功率越低，只要操作不是太頻繁（不要快過兩秒發送一條短信）是可以正常使用的。

測試分析：根據測試數據可知，本平臺的可靠性比較好，可以滿足實際需求。

6 總結

本設計花費了大約一年，經過這一年的設計及改進，最后成功實現了預期功能。

本文給出了設計的整體框架，還給出了電子硬件的選擇，由于篇幅有限，因此沒有過多描述軟件程序，但整個平臺最終完成了總部與分部兩部分，實現了GSM模塊與總部的通信。

最終的系統由總部和分部兩部分組成，總部能接受分部的短消息命令，也能控制被控制對象的狀態，也能控制分部，最終成功實現了利用短信控制的“家電控制”。

最終發現，將GSM短消息方式應用于控制系統是貼合實際的，這種方式有很多的優點，比如操作簡單，通俗易懂，只需要輸入命令即可控制家電，并且費用低廉，因此該系統的廣泛應用指日可待。

參考文獻

[1] 陳赫，趙丹梅.基于單片機的智能家居遠程控制系統的設計與實現[J].電子技術與軟件工程，2018，144（22）：253.

[2] 馮驥.單片機遠程控制方案及基于互聯網的實現方法[J].電子技術與軟件工程，2018，141（19）：260.

[3] 卜敏玥，陸廣平.基于單片機的遠程溫度監控系統設計[J].電子世界，2018，544（10）：139-140.

[4] 劉瑞妮.基于Wi-Fi和單片機的教學樓智能照明系統的設計[J].電子設計工程，2018，26（05）：133-136.

[5] 廖清楊，曾慶煌，沙伊帆，等.智能家居微信遠程控制系統的設計[J].信息與電腦（理論版），2018（7）：125-126.

【通聯編輯：朱寶貴】