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【摘 要 】随着人们对家电需求的增高,家电智能化已经成为未来家电的发展方向,而基于G的远程家电控制相对于通过英特网和固定的远程控制有明显优点.本文重点从硬件设计和软件设计两方面介绍了基于G的远程家电控制系统的设计.
【关 键 词 】远程控制；家电；G；设计
1 前言
随着社会的发展和物质生活条件的改善和提高,人们对于各方面的需求都在增高,这也表现在对家电的需求方面.传统的家电需要用户在现场对家电进行开关、调节等操作,现代家电更加注重生活品质,在健康、安全、便捷等方面都有更高的要求.自上世纪90年代以后,数字化技术取得迅猛的发展,网络技术和通信技术逐渐运用到家电行业中,实现家电的远程控制.现有的家电远程控制主要是通过英特网和固定网两种方式,它们在控制中都存在不足,前者必须在能上网的前提下才能实现控制,后者通过固定远程控制又存在被剪线的隐患,因此在简洁、灵活、性价比方面不能满足需求.
相对于之前讲的两种方式,通过G（Global System for Mobi le Communication）短信息数字通信平台进行家电远程无线控制有明显优势.目前,G数字蜂窝移动通信网已覆盖全国,网络能力强,通信成本低,通过G网络的短消息S（Short Message Service）进行无线通信性能稳定,本文所介绍的家电远程控制系统就是基于G开发的.
2 系统简介
基于G的家电远程控制系统由G模块、微机处理系统、固态继电器以及用户手机等组成.用户通过手机发送短消息控制信息,由G模块接收信息向微处理器发送指令,嵌入式微处理器进行解码,并向继电器输出高低电平以控制家电电源.动作完毕后,将短信从手机中删除,以备接收新命令.
3 控制系统硬件设计
3.1 G模块设计
国内使用的G模块主要有西门子的TC35系列、WCOM的WM02系列、中兴的ZXGMl8系列等,这些模块用法差别不大.本设计采用西门子的TC35i.其中西门子的TC35系列模块性价比很高,且有国内无线电设备入网证,TC35i与TC35功能上可兼容,设计紧凑,产品体积小,传输数据安全、快速,接口协议公开,方便应用开发.
TC35i模块从功能上看,由G基带处理器、G射频部分、电源ASIC C（Application Specific Integrated circuit）、Flash四部分组成.G基带处理器是核心,它控制着模块内各种信号的传输、转换和放大等处理过程.G射频部分是一个单片机收发器,完成对射频信号的接收和发送等处理.电源ASIC部分使用现行电压调节器把外部输入电压进行稳压处理后供G基带处理器、G射频部分以及模块外其他电路使用.Flash用于存储用户信息、本及其他信息.
3.2 嵌入式系统设计
嵌入式系统是起主要作用的主控单元,它通过串口连接G通信模块,获取G通信模块的数据,对信息进行解码并输出控制信号.
对系统数据处理能力和实时性要求不高的系统,可选择单片机,例如ATMEL公司的Atmegal6.单片机R内核有丰富的指令集和32个通用工作寄存器.所有寄存器都直接与算逻单元（ALU）相连接,一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器,代码效率高.Atmegal6以Atmel高密度非易失性存储器技术生产,ISPFlash允许程序存储器通过ISP串行接口,或者通用编程器进行编程,也可以通过运行于R内核之中的引导程序进行编程.引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区（Application Flash Memory）.ATmegal6具有包括C语言编译器、宏汇编、程序调试器／软件仿真器、仿真器及评估板的一整套的编程与系统开发工具.
也可采用PHILIPS公司生产的LPC2131芯片,此芯片较单片机而言运算速度快、稳定性高、便于升级、性价比较高,但还需要电源电路、复位电路、时钟电路、JTAG接口及串口电平转换电路.
3.3 固态继电器
固态继电器是本控制系统的执行机构,它接收微机处理系统输出的高低电平信号吸合或断开,实现家电电源的通断.继电器输入口直接与单片机或嵌入式系统电路的I／O口相连,驱动三极管实现继电器开合.可选用LR32053型固态继电器,它采用固体半导体元件组装而成,具有无触点、开关速度快、工作频率高寿命长、噪声低等优点.
4 控制系统软件设计
家电远程控制系统工作场合为家庭,只需要完成数据采集、处理、控制,采用较为简单便捷的嵌入式系统即可完成工作,无需功能强大的台式机.对家电的远程控制,数据运算量不大,处理要求不高,可选择基于单片机的实现方式,成本低,易于实现.下文以单片机为实现方式,对远程家电控制系统软件进行设计.
嵌入式系统的软件设计有前后台系统模式和引入操作系统之后的多种模式.前后台系统模式是通过写一个无限循环的主程序,查询每个事件发生和任务的运行条件,从而处理事件或者执行任务.前台程序是系统的中断响应,中断调入表示事件发生,从而运行中断子程序对中断的简单处理,同时记录事件发生的标志,由后台程序处理.引入式操作系统根据实时性分为硬实时操作系统和软实时操作系统,这种系统实时性好,但是占用ROM和RAM多.
因为本系统选用单片机的RAM达不到嵌入式操作系统的需求,且系统任务相对简单,采用前后台系统模式.根据工作原理、电路设计及G模块的控制进行软件开发,采用C语言和UltraEdit编辑源程序.
4.1 前台软件
前台系统是主程序,后台系统是所有的中断服务程序.主程序按照“启动一I／O初始化一变量初始化一TC35i初始化一处理来自TC35i的数据”的流程.其中i／o初始化包括并口设这、串口设置、定时器设置,变量初始化是清空缓冲区和继电器状态确定,TC35i初始化包括检测TC35i是否就绪、设置短消息工作参数和从SIM卡中读取短信中心,处理来自TC35i的数据即提取短信内容并根据短信中的命令进行操作.
4.2 单片机部分串口数据接收和短信部分PDU格式编解码
单片机用中断方式配合定时器完成串口数据的接收.定时器的工作频率与晶振频率有关,晶振频率越大,工作频率也越大.用定时器来判断数据是否结束,定时器中断时间为10ms,“串口接收中断——数据存入缓冲区并复位定时器——返回,定时器中断——缓冲区置为只读并复位定时器”,没接收并存储一个字符,就复位一次定时器,在10ms之内若没有接收字符,则定时器中断且缓冲区置为只读,判断数据包结束,停止接收.
PDU编码、解码分别用于接收、阅读短信和编制、发送短信.在短信部分的PDU解码首先要将短消息PDU串中所有的数据项分离开,再根据短信的编码方式,解码为ASCII码,再转换为UCS2码,才能进行后面的处理.返回信息采用Unicode编码,先将相关的命令短信Unicode编码保存,返回信息时直接从FLASH中提取汉字Unicode编码,打包为TC35i可识别格式.
5 总结
基于G的远程家电控制系统克服了通过英特网和固定网两种方式实现的远程家电控制系统的缺点,以现有的传统家电改进成为远程控制家电成本低,有运行费用低、易于实现、方便种灵活、工作稳定可靠的突出优点,可广泛应用于未来生产和传统家电的改造中,符合家电智能化的发展方向.同时,由于基于系统的通用性强,G网络提供的数据通信平台覆盖面广、费用低,G的远程控制系统可运用于更加广阔的领域.