基于GTM900C的家用电器监控

编号： 毕业设计阐明书题 目： 基于GTM900C的家用 电器监控 学 院： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 农继仟 学 号： 指引教师： 赵学军 职 称： 高档工程师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 年 5 月 20 日摘 要GSM(Global System For Mobile Communication)就是众所周知的全球移动通信系统，它是目前应用最广泛的移动电话原则，在移动通信领域中是比较成熟、完善的一种系统。它的重要优势在于顾客可以从更高的数字语音质量和低费用的短消息服务SMS（Short Message Service）之间做出选择。短消息服务作为GSM网络的基本服务之一，受到越来越多系统营运商和开发商的注重，多种基于短消息服务的应用也随之蓬勃发展起来。例如，手机的普及，特别是流行的手机短信，使得运用GSM网络的短消息服务实现远程家用电器控制成为也许。本文重要以华为GTM900C模块为核心，GSM网络为信息传播平台，设计一种通过手机短信进行远程家用电器监控系统。本次设计的任务是实现一种家用电器监控系统，顾客可以通过手机发送短信对家用电器（如空调、电热水器、电饭锅等）进行远程ON/OFF控制。它由GTM900C模块、STC单片机、继电器、温湿度传感器AM2303构成。可以远程检测温度、湿度等室内环境参数，也可以远程控制多种家用电器的电源。硬件电路设计部分将对GTM900C模块、STC单片机、液晶显示模块、温湿度传感器及外围电路进行具体的阐明。短消息遵循GSM系统原则的AT指令集，这里着重简介与本课题有关的AT指令，同步采用了SMS中的PDU模式。软件采用模块化措施，通过C语言来实现，具体将在软件设计部分进行描述。本系统具有体积小、可靠性强、成本低等特点，可以应用于现代智能家居中，以便、快捷，家居安全性高。核心字：GSM ；SMS；GTM900C模块；单片机；家用电器；远程控制AbstractGSM (Global System For Mobile Communication) is the global system for mobile communications. As everyone knows, it is the most widely used mobile phone standards and it will be a system which is more mature and perfect in the future in the field of mobile communications. Its main advantages are users can make a choice between higher digital voice quality and low cost of the short message service of the SMS (Short Message Service). Short message service is used to be one of the basic services of GSM network. More and more system operators and developers are paying attention to this application. All kinds of methods which based on the short message service applications are also vigorous developed. For example, the popularity of mobile phone, especially the popularity of mobile phone message, which makes use of GSM network short message service to realize the remote control of household appliances becoming possible. This article mainly uses Huawei GTM900C module as the core, with GSM network as the information transmission platform, design a remote household monitoring system through mobile phone short message.The task of this design is to achieve a household electrical appliances control system, users can use mobile phone to send text messages to control household appliances, such as air-conditioner, electric water heaters, rice cookers and so on. It makes of GTM900C module, STC single chip microcomputer, relay, AM2303 temperature and humidity sensor. It can be remotely detected temperature, humidity and other environmental parameter. Also it can remotely turn on or turn off multiple household appliances. The GTM900C module, STC single chip microcomputer, liquid crystal display module, temperature and humidity sensor and a peripheral circuit will be described in detail in design of hardware circuit.Short message service follows the AT command set by GSM standard. This paper introduces the subjects which relate to the AT instruction. It uses the PDU mode at the same time. Software realization uses modular methods, which using C language to achieve, are specifically described in software design.This system has advantages of small volume, high reliability and low cost. It can be applied to modern intelligent home furnishing. It is convenient, fast and with high security.Key words：GSM;SMS;GTM900Cmodule; single chip microcomputer; household appliances; remote control目 录引言11 远程家电控制的概述11.1 远程家电控制的前景及重要性11.2 远程家电控制的发呈现状21.3 系统设计内容与规定21.3.1设计内容21.3.2设计规定22 系统设计的总体构造32.1 系统的构造框图及原理32.1.1系统的构造框图32.1.2系统的工作原理33 硬件电路的设计43.1 单片机控制模块43.1.1STC12C5A32S2简介43.1.2STC12C5A32S2电路图53.2 GTM900C无线模块63.2.1GTM900C的简介63.2.2各接口功能特性73.2.3AT命令的简介83.3 LCD液晶显示模块93.3.1LCD12864简介93.3.2LCD显示原理93.4 MAX232串口下载电路113.5 按键电路133.6 电源电路143.7 执行机构153.8 温湿度传感器164 SMS的简介174.1 GSM系统174.2 短消息业务174.2.1短消息业务的简介174.2.2短消息的分类184.2.3短消息的体系构造184.2.4短消息的编码方式194.3 有关的AT指令205 软件的设计与调试225.1 软件的简介225.1.1编译软件225.1.2下载软件225.2 程序设计235.2.1主程序流程图235.2.2子程序流程图及程序255.3 系统调试345.3.1硬件调试345.3.2软件调试345.3.3综合调试成果356 结论36谢 辞38参照文献39附 录140附 录242引言近年来，短消息服务(SMS)作为GSM的一种增值业务，随着GSM网络覆盖范畴不断扩大，得到了迅速发展。它具有传播速度快，费用低，不占用语音通信通道等长处，在远程智能控制系统中得到了广泛应用。通过手机短信远程控制家用电器系统克服了电话远程控制家电系统电话费用高，控制时间长等缺陷，挣脱了电话线的束缚，减少了使用成本，具有良好的可扩展性和实用价值。目前已经受到越来越多的系统营运商和开发商的注重，多种以GSM网络为无限传播网络，基于短消息服务的应用在迅速发展起来。如无线数据的双向传送、无线远程检测和控制等。运用GSM短消息服务进行无线通信具有双向数据传播功能，性能稳定，为远程数据的传送和监控设备的通信提供了一种强大的支持平台。通信技术在不断发展，手机顾客也在不断增多，手机作为一种贴身的物品，可开发的潜力是无限的。因此，通过手机短信远程控制家电成为近期家电行业的主流，国内外各人们电行业也会相继推出有关产品。1 远程家电控制的概述1.1 远程家电控制的前景及重要性随着人们生活水平的日益提高及现代信息技术的不断发展，人们对自身的居住环境以及生活的舒服性、安全性，有了更高的规定。家居环境的舒服、安全波及到诸多方面，我们可以归纳为：家庭内抄表、对讲及家庭防盗报警、家居远程监控、室内环境参数监测、远程家电控制等。对于一般所说的家居智能化建设，就是通过既有的技术手段，实现以上的多种实际需求。目前，随着数字化技术的发展，模拟的电、水表基本实现了数字化，只要解决信息采集的问题，就可以实现远程抄表；对讲及家庭防盗报警在诸多社区中都可以看到；至于家居远程监控和室内环境监测，在某些有条件的顾客家中可以见到；但真正影响到生活舒服性的变革是远程家电控制。21世纪是高速变革的信息时代，计算机技术、通信技术和互联网技术的发展推动了人类文明的发展，给人们的生活带来了前所未有的变化。同步随着现代家庭中家用电器设备的增多和通讯线路的发展，运用既有的通讯设备和线路对家用电器进行远程监控，已经成为将来家居发展的趋势。智能化家居系统的浮现使得人们可以通过手机或电脑在任何时候、任何地点对家中的多种电器（空调、电热水器、电饭锅、电灯等）进行远程控制。例如，在下班途中可以预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、让电饭锅煮饭。等回到家后，室内温、湿度已经调好，热水已经烧好，饭也煮熟了。顾客出差或旅游时，可以控制居室内的电灯、电视，导致有人在家的假象来提高家居的安全性。同步如果顾客忘掉关家用电器时，可以远程将它们关掉以免导致不必要的挥霍。这一过程的实现只需要点一下鼠标，打一种电话或发一条短消息，是如此的以便、快捷。1.2 远程家电控制的发呈现状如今，随着国内房地产的兴起，社区中各式各样的家用电器设备也随之增多。通信技术的发展，使得运用既有的通讯设备对家用电器进行控制成为将来家居智能化研究的课题，这方面技术在不断的更新和改善，也将会日趋成熟。或许在将来，远程家电控制系统将会得到普及。作为智能化家居的重要构成部分，远程家电控制将会有更广泛的应用前景。而家庭网络作为远程家电控制的广义概念，将家用电器与电子产品按照某种通信合同通过GSM系统连接起来，顾客通过手机短信来控制所有被连接电器的运营。在智能化家庭网络的发展过程中，美国始终处在世界领先水平。近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国际出名公司，先后跻身于智能家庭网络的研究及开发中，如微软开发的“梦幻之家”、IBM公司开发的“家庭主任”及摩托罗拉公司开发的“居所之门”。3COM始终向顾客宣传家庭网络这一概念，并研发出家用无线网关等网络产品。国内的某些老式家电公司如海尔、创维、TCL、科隆、海信等也开始进入智能化家居市场。如科隆集团的“智能网络家居系统”，海信的“智能家居控制系统”等，实现了家电产品智能化、信息化、网络化、个性化。将来几年，国内的智能化家居市场将会迅速崛起。1.3 系统设计内容与规定1.3.1设计内容本次设计重要针对家居环境中的家用电器进行监控，以华为GTM900C模块为核心，GSM网络为信息传播平台，设计一种基于GTM900C的家用电器监控系统。顾客在外使用手机通过GSM网络向家中GTM900C模块发送短信，模块接受到相应的指令后，通过UART与单片机进行通信，进而使单片机控制相应的继电器来完毕家用电器的ON/OFF控制。当顾客发送完指令后，单片机将会查询各连接家用电器的状况（灯或其她家用电器与否已打开），并将信息通过GTM900C模块反馈回给顾客，给家庭顾客发明一种智能、安全舒服的生活环境。因此本次设计应实现的功能：（1）通过手机发送短信可以远程控制家用电器；（2）可以远程检测温度、湿度等室内环境参数；（3）可以远程对多种家用电器进行电源的启动和关闭。1.3.2设计规定（1）通过手机短信，远程读取室内环境参数，温度测量范畴-50150度，湿度测量范畴0100%；（2）远程控制家用电器的工作状态，实现对8路家用电器的开和关进行控制；（3）支持2个主人号码，且通过键盘可以修改该手机号码；（4）提供备用电源接口，以保证停电时系统能正常工作。2 系统设计的总体构造2.1 系统的构造框图及原理2.1.1系统的构造框图本系统重要由GTM900C无线模块、STC单片机控制模块、继电器SRD、温湿度传感器AM2303、LCD12864、按键及备用电源构成。设计的家用电器远程控制装置，它可以监控被连接的家用电器的工作状态，检测温、湿度等室内环境参数。其最重要功能是通过手机发送短信来控制相应的家电，实现对家电的远程控制。远程家电控制系统的构造框图如图2.1所示：控制模块（单片机）控制模块（单片机）温湿度传感器GTM900C模块顾客手机远程控制家用电器开关状态GSM 网络备用电源接口键盘单片机下载线PC机继电器LCD显示屏图2.1 远程家电控制系统的构造框图2.1.2系统的工作原理在系统中，单片机作为主控单元起着核心作用，重要用来启动GTM900C模块、检测模块的在线状况、三极管的输出电平和温湿度的数据传送。它通过P12、P13口与GTM900C模块进行通信，涉及传送指令和传播数据，通过相应的AT指令对模块进行初始化和通信数据的发送接受。系统上电后来，一方面由单片机相应的I/O口启动GTM900C模块，然后通过指令检测SIM卡的状态，若SIM卡安装对的，则模块返回指令，再由单片机控制GTM900C完毕模块初始化。当有新的短消息达到时，GTM900C模块向单片机发送指令后，单片机读取短信内容，并对其进行解码。根据解析出的短信内容控制I/O口输出的高下电平，通过三极管放大来控制相应继电器动作，完毕对家用电器的启动和关闭控制，并在LCD上显示各连接电器的开关状态。温湿度的检测则由温湿度传感器AM2303来完毕，它内部由一种电容式感湿元件和DS18B20测温元件构成，并与一种高性能8位单片机相连。采用单总线方式与单片机的P32口进行通信，系统中的数据互换、控制均匀单总线完毕，它将测得的室内环境参数通过液晶显示屏显示出来。3 硬件电路的设计3.1 单片机控制模块3.1.1STC12C5A32S2简介STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容老式8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S，即25万次/秒)对电机控制，强干扰场合。（1）增强型8051CPU，1T单时钟/机器周期，指令代码完全兼容老式8051；（2）工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V - 3.5V（5V单片机）；STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V - 2.2V（3V单片机）；（3）工作频率范畴：035MHz，相称于一般8051的0420MHz；（4）顾客应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字节；（5）片上集成1280字节RAM；（6）通用I/O口（36/40/44个）复位后为：准双向口/弱上拉（一般8051老式I/O口）可设立成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA；（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）：无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载顾客程序，数秒即可完毕一片；（8）有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)；（9）看门狗；（10）内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M如下时，复位脚可直接1K电阻到地）；（11）外部掉电检测电路:在P4.6口有一种低压门槛比较器5V单片机为1.33V，误差为5%；3.3V单片机为1.31V，误差为3%；（12）时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为5%到10%以内)顾客在下载顾客程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟。常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz17MHz ；3.3V单片机为：8MHz12MHz精度规定不高时，可选择使用内部时钟，但由于有制造误差和温漂，以实际测试为准；（13）共4个16位定期器：两个与老式8051兼容的定期器/计数器，16位定期器T0和T1，没有定期器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定期器；（14）3个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟，独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟；（15）外部中断I/O口7路，老式的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3(可通过寄存器设立到P4.2)，CCP1/P1.4(也可通过寄存器设立到P4.3)；（16）PWM（2路）/PCA（可编程计数器阵列2路）：可用来当2路D/A使用，可用来实现2个定期器，也可用来实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同步支持)；（17）A/D转换，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)；（18）通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可以用定期器或PCA软件，也可以用定期器或PCA软件实现多串口；（19）STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设立到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设立到P4.3)；（20）工作温度范畴：-40 +85(工业级)/0 75(商业级)；（21）封装：LQFP-48，LQFP-44，PDIP-40，PLCC-44，QFN-40。I/O口不够时，可用2到3根一般I/O口线外接74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口，还可用A/D做按键扫描来节省I/O口或用双CPU，三线通信，还多了个串口。3.1.2STC12C5A32S2电路图单片机系统提供单片机工作的基本电路，重要由STC单片机、复位电路、晶振电路构成。单片机作为控制模块，在系统中起着核心作用。本系统采用的STC12C5A32S2单片机内置有32K的FLASH程序存储器，尚有EEPROM 存储器，可以将修改的号码存储在EEPROM里，掉电可保存，无需外加存储器件。在P0、P2、P3口外接上拉电阻以增强其驱动能力，驱动大电流时，不容易烧坏。单片机控制电路如图3.1所示。复位电路：在工作之前，单片机有个复位过程。只要在单片机的RST引脚加上不少于两个机器周期的高电平即可使单片机进行复位。为了达到这个规定，需要在外部设计复位电路。在此我们参照使用手册上的接法，加入手动复位功能。电路采用电阻、电容串联构成，结合电容电压不能突变的性质由图可知，系统一上电，RST脚将会浮现高电平，并且高电平持续的时间由RC的取值来定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就可复位，因此，合适的选择RC的值就可以保证可靠的复位。晶振电路：作为单片机的时钟基准，XTAL1内部时钟电路反向放大器输入端，外接晶振的一种引脚，当直接使用外部时钟源时，此引脚是外部时钟源的输入端；XTAL2内部时钟电路反向放大器输出端，外接晶振另一端，当直接使用外部时钟源时，此引脚可悬空，此时XTAL2事实上是将XTAL1输入的时钟进行输出。参照使用手册，选用外部石英晶振，晶振频率为12MHZ，起振小电容为47pf。图3.1 单片机控制电路图3.2 GTM900C无线模块3.2.1GTM900C的简介GTM900C模块是华为公司最新推出的一款两频段GSM/GPRS无线模块，工作频段为EGSM900/GSM1800MHZ。它支持原则的AT命令及增强的AT命令，提供丰富的语音和数据业务功能，是高速数据传播等多种应用的抱负解决方案。GTM900C使用AT命令集，通过UART接口与单片机进行通信，重要实现无线发送和接受、基带解决、音频解决等功能。键盘、LCD等外部设备由单片机进行控制。该模块可以实现无线数据传播和短信收发任务。其工作电流规定：空闲状态下最大值为3.8mA，通话状态为250 mA，GPRS数据传播状态为350mA，关机状态为50uA。在应用中，GTM900C模块是作为DCE（Data circuit-terminating equipment）设备来使用，但为了以便客户进行DCE-DTE的连接，因此在信号命令上都是以DTE（Data terminal equipment）信号定义方式提供。GTM900C的逻辑框图如图3.2所示：音频解决单元串口解决单元电源管理单元数字基带解决单元CPU中央解决单元程序和数据存储单元AD/DA转换单元模拟基带解决单元SIM卡解决单元射频天线开关单元射频收发单元射频功率放大单元图3.2 GTM900C的逻辑框图GTM900C的重要功能：GSM/GPRS Phase 2/2+、GSM 03.40短信业务、GPRS CLASS 10数据业务、支持Group3，Class2传真业务、电路互换业务(9.6kbps，14.4kbps)、分组互换数据业务(85.6kbps)、FR/HR/EFR/AMR 语音编码、呼喊转移、等待、保持、呼喊前转和多方通话、来电显示、可选铃声等。其电路如图3.3所示。图3.3 GTM900C模块电路图GTM900C的重要应用：GTM900C模块在Terminal型固定台、Phone型固定台、车载台、共用电话、电力无线抄表业务、远程信息服务台等方面被广泛应用。3.2.2各接口功能特性（1）UART接口：在本设计中，GTM900C通过UART与单片机进行数据通信，UART的TXD、RXD分别接单片机的P12、P13口，此外两个引脚分别接电源正、电源负。其接口功能特性为：UART 接口与外界进行串行通信，支持3.00V 电平输入和输出；接口信号除了RXD、TXD是高电平有效之外，其他所有信号均为低电平有效；UART接口有512 byte的发送 FIFO（First In First Out）和接受 FIFO，支持可编程的数据宽度、可编程的数据停止位、可编程的奇/偶校验或者没有校验；UART 接口最大的工作速率为115.2kbps，默认的通信速率为9.6kbps，采用串行异步通信方式，1位起始位，8位数据位，无校验位，1位停止位，支持波特率掉电保存。（2）SIM卡接口：可外接1.8V或3.0V的SIM卡，SIM卡接口信号如表3.1所示。表3.1 SIM卡接口信号序号信号名描述1SIM-VCCSIM卡电源2SIM-RSTSIM卡复位信号3SIM-CLKSIM卡时钟信号4SIM-GNDSIM卡接地信号，与地GND，SIM卡的地信号均相连6SIM-DATASIM卡数据线（3）LPG接口：网络状态批示接口，LPG管脚输出脉冲信号用于控制LED灯，作为网络连接状态。它不能直接驱动LED，需要配合三极管使用。通过批示灯闪烁模式的不同，表达不同的网络状态。LPG接口状态批示如表3.2所示。表3.2 LPG接口状态批示状态LPG输出信号A：模块启动持续高电平B：深睡眠状态持续低电平C：无SIM卡，未输入PIN码或正在搜索网络周期1s，高电平输出0.1sD：已注册到网络，IDLE状态周期3s，高电平输出0.1sE：GPRS数据传播中周期0.125s，高电平输出0.1sF：呼喊进行中持续高电平（4）天线接口：GTM900C提供的天线接口为GSC射频连接器，外接天线通过电缆连接到该连接器上。有了射频连接器，模块在接受和发送信息时更稳定，更容易接受到信号。如果使用较低电源电压（如3.4V）时，天线接口需要匹配，尽量缩短外部电源到模块的连线长度，电源的输入最佳要有100U以上的电容。否则实际输入模块的电压也许不不小于3.4V，会导致射频指标的恶化甚至模块工作不稳定。3.2.3AT命令的简介AT命令即Attention，AT命令集是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制的DTE-DCE接口原则，是从终端设备TE（Terminal Equipment）或数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment）向终端适配器TA（Terminal Adapter）或数据电路终端设备DCE(Data Circuit Terminal Equipment)发送的。通过TA，TE发送AT命令来控制移动台MS(Mobile Station)的功能，与GSM 网络业务进行交互。AT指令涉及一般命令、呼喊控制命令、网络业务命令、安全性命令、电话本命令、短消息（SMS）命令、补充业务命令、数据命令、串口命令和传真命令。本设计重要使用短消息命令，对GSM网络中的短消息业务进行操作。短消息收发规范GSM07.07规定了短消息命令，它由欧洲通信技术委员会发布，涉及了对SMS的控制阐明。目前市场上大多数手机都支持GSM07.07规定的AT命令集。运用GSM手机（MODEM）的串行接口，单片机向手机（MODEM）发送一系列AT指令，就能达到控制手机收发SMS的目的。所采用的GTM900C无线模块，支持原则的AT命令及增强的AT命令。使用该命令集可以控制和管理与GSM网络有关的多种业务，如呼喊业务，短消息业务以及多种附加业务。3.3 LCD液晶显示模块3.3.1LCD12864简介带中文字库的12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部具有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。其显示辨别率为12864，内置8192个16*16点中文和128个16*8点ASCII字符集，具有光标显示、画面移位和睡眠模式等多种功能。运用该模块灵活的接口方式和简朴、以便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的中文，也可以完毕图形显示，具有低电压低功耗等特点。与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，该模块构成的液晶显示方案不管从硬件电路构造，还是显示程序都要简洁得多，且价格也略低于相似点阵的图形液晶模块。基本特性：（1）低电源电压（VDD：+3.0+5.5V）（2）显示辨别率：12864点（3）内置中文字库，提供8192个1616点阵中文（4）内置128个168点阵字符（5）2MHZ时钟频率（6）显示方式：STN、半透、正显（7）驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）视角方向：6点（9）背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为一般LED的1/51/10 （10）通信方式：串行、并口可选（11）内置DC-DC转换电路，无需外加负压（12）无需片选信号，简化软件设计（13）工作温度：0+55，存储温度：-20+60。3.3.2LCD显示原理从液晶显示屏的构造来看，无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的LCD显示屏都是由不同部分构成的分层构造。LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包具有液晶（LC）材料的5m均匀间隔隔开。由于液晶材料自身并不发光，因此在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质构成且可以发射光线，其作用重要是提供均匀的背光源。LCD12864显示电路如图3.4所示。图3.4 LCD显示电路图LCD12864内部寄存器及有关功能：（1）指令寄存器IRIR是用于寄存指令码，与数据寄存器数据相相应。当D/I=0时，在E信号下降沿的作用下，指令码写入IR。（2）数据寄存器DRDR是用于寄存数据，与指令寄存器寄存指令相相应。当D/I=1时，在下降沿的作用下，图形显示数据写入DR或在E信号高电平作用下由DR读到DB7-DB0数据总线。DR和DDRAM之间的数据传播是模块内部自动执行的。（3）忙标志BFBF标志提供内部工作状况：BF=1表达模块在内部操作，此时模块不接受外部指令和数据；BF=0时，模块为准备状态，随时可接受外部指令和数据。（4）显示控制触发器DFF此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制：DFF=1为开显示（DISPLAY ON），DDRAM的内容就显示在屏幕上；DFF=0为关显示（DISPLAY OFF）。DFF的状态是由指令DISPLAY ON/OFF和RST信号控制的。（5）XY地址计数器XY地址计数器是一种9位计数器。高3位是X地址计数器，低6位为Y地址计数器，XY地址计数器事实上是作为DDRAM的地址指针，X地址计数器为DDRAM的页指针，Y地址计数器为DDRAM的Y地址指针。X地址计数器是没有记数功能的，只能用指令设立。Y地址计数器具有循环记数功能，各显示数据写入后，Y地址自动加1，Y地址指针从0到63。（6）显示数据RAM（DDRAM）DDRAM是存储图形显示数据的：数据为1表达显示选择，数据为0表达显示非选择。DDRAM与地址和显示位置的关系见DDRAM地址表。（7）Z地址计数器Z地址计数器是一种6位计数器，此计数器具有循环记数功能，它是用于显示行扫描同步。当一行扫描完毕，此地址计数器自动加1，指向下一行扫描数据，RST复位后Z地址计数器为0。Z地址计数器可以用指令DISPLAY START LINE预置。因此，显示屏幕的起始行就由此指令控制，即DDRAM的数据从哪一行开始显示在屏幕的第一行。此模块的DDRAM共64行，屏幕可循环滚动显示64行。通过LCD12864，我们可以在屏幕上看到温、湿度的变化和各连接电器的工作状态（O代表ON，N代表OFF）。LCD管脚功能如表3.3所示。表3.3 LCD管脚功能表引脚号引脚名称电平引脚功能描述引脚号引脚名称电平引脚功能描述1VSS0电源地11DB4H/L三态数据线2VDD3.0-5V电源正12DB5H/L三态数据线3V0-对比度（亮度）调节13DB6H/L三态数据线4RS(CS)H/LRS=“H”，表达DB7DB0为显示数据；RS=“L”，表达DB7DB0为显示指令数据14DB7H/L三态数据线5R/W(SID)H/LR/W=“H”，E=“H”,数据被读到DB7DB0 ；R/W=“L”，E=“HL”，DB7DB0的数据被写到IR或DR15PSBH/LH：8位或4位并口方式 L：串口方式6E(SCLK)H/L使能信号16NC-空脚7DB0H/L三态数据线17RESETH/L复位端，低电平有效8DB1H/L三态数据线18VOUT-LCD驱动电压输出端9DB2H/L三态数据线19AVDD背光源正端10DB3H/L三态数据线20KVSS背光源负端3.4 MAX232串口下载电路RS-232C 原则是美国EIA（电子工业协会）与BELL公司一起研发的通信合同，它于1969 年发布。它是最广泛使用的串行通信原则，用于涉及PC机在内的多种设备中。由于RS-232C是在TTL电路浮现之前研制的，因此它的电平不是+5V接地。它使用负逻辑，其低电平“0”在+3+15V之间；高电平“1”在-15-3V之间，-3+3V间无定义，最高能承受+25V的信号电平。这与TTL和CMOS 电平是不兼容的，不能直接和TTL电平直接相连。而单片机的串行口电平为TTL电平，PC 机的串行口是RS-232控制电平，两者电平不一致，因此在串行通信时必须进行电平转换，加上合适的接口电路，否则将会烧毁TTL电路。本文采用MAX232设计电平转换电路。MAX232是最常用的线路驱动器之一，它是MAXIM公司生产的低功耗、单电源双RS232发送/接受器，芯片内部具有一种电容性电压发生器，可把输入的+5V电源变换成为RS232 所需的10V 电压，因此采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5V 电源即可。它重要由三部分构成：电压倍增器、RS-232 接受器、RS-232 发送器。采用16引脚的双列直插式封装，引脚如图3.5所示。图3.5 MAX232引脚图 RS-232C原则总线为25根，但这个25针的串口一般用于打印机中，因此本设计使用目前较为常用的9针串口(DB9)如图3.6所示，实际通讯距离较近时，可以用电缆线直接连接原则RS232接口。其引脚功能如表3.4所示。 图3.6 串口引脚图电路在设计时，采用3 线制(RXD，TXD，GND)软握手方式。即将PC机和单片机的“发送数据线(TXD)”与“接受数据线(RXD)”交叉连接，两者的地线( GND) 直接相连，其他信号线均不用，握手信号采用软件措施产生。这样既可以实现预定的目的，又可以简化电路设计、节省成本。表3.4 引脚功能阐明引脚号功能阐明缩写1载波检测DCD2接受数据端RXD3发送数据端TXD4数据终端准备好DTR5信号地SG6数据准备就绪DSR7祈求发送RTS8清除发送CTS9振铃批示RI采用MAX232设计的串口下载电路如图3.7所示。图3.7 串口下载电路3.5 按键电路按键电路重要由12个按键构成的4X3矩阵，修改号码时，用来表达09和A、B键。在总开关打开的前提下，也可以手动按某个按键来控制相应的家用电器。按键电路与单片机的P2口相连。电路设计如图3.8所示。图3.8 按键电路S1、S4、S7、S10分别表达0、9、B、A； S2、S5、S8、S11分别表达1、2、3、4；S3、S6、S9、S12分别表达5、6、7、8。按键18分别控制8个继电器动作，系统可以控制8路家用电器。按键0也控制一种继电器，它是整个系统的总开关。修改主人号码时，按A键显示主人号码，按B键修改号码，改好后，按A键返回；按B键为短信控制阐明：发送打开电器X，如发送打开电器1，电器1将打开；关闭电器1，电器1将关闭；发送打开所有电器，电器将所有打开；关闭所有电器，电器将所有关闭；发送返回所有信息，将接受温、湿度信息及各家电的工作状态。3.6 电源电路电源电路设计是为了避免忽然停电或外部电路故障时，为系统提供备用电源接口以保证系统能正常工作。由于执行机构的耗电电流比较大，因此提供的备用电源为4节1.2V的充电电池，每节电池布满电为1.37V。电源电路如图3.9所示。图3.9 电源电路外部电路正常供电时，电流流经二极管D10、D11，它们用来避免电流倒流，为系统提供稳定工作电压；当外部电路浮现故障或停电时，备用电源能使系统保持正常工作。3.7 执行机构继电器一般都能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有的能对被控电路实现“通”，“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，尚有对输入量进行耦合隔离、功能解决和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。它是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。本设计选用SRD-05VDC-SL-C继电器，它的线圈电压为5V，线圈电阻为70-80，开关容量10A，吸合电流为43-46mA，释放电流15-18mA，输出电压范畴宽为20-220V，具有开关速度快、工作频率高、使用寿命长、噪声低和动作快等长处。SRD系列继电器类似于单刀双掷开关，具有三个触点，中间为动触点，上下各一种静触点。工作原理是：线圈不通电时，动触点和其中一种静触点断开与另一种闭合，即为常开、常闭触点；线圈通电后，动触点就移动，使常开触点闭合，常闭触点断开，达到转换目的。它在电路中起着安全保护、以弱控强、转换电路等作用。由于单片机的灌电流仅为20mA，局限性以驱动继电器，同步为了提高其驱动能力和抗干扰能力，系统增长了驱动电路，它是由三极管Q和电阻R构成的放大电路；二极管D构成泄放回路，用于系统断电时迅速将继电器的自感电动势迅速拉低，起到保护作用。作为本系统的执行机构，其接口电路如图3.10所示。图3.10 继电器电路上图中有9个继电器，从左到右有8个，分别用于控制8路家用电器。最上端一种R01为执行机构的总开关，只有总开关打开，其她家用电器才干打开。没人在家时，可以将总开关关闭，以避免无人在家时因线路故障导致的不良后果，提高家居系统安全性。3.8 温湿度传感器AM2303数字温湿度传感器是一款具有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，保证产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。内部具有一种电容式感湿元件和DS18B20高精度测温元件，并与一种高性能 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等长处。每个AM2303传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在单片机中，传感器内部在检测信号的解决过程中要调用这些校准系数。它含原则单总线串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗、长期的稳定性，信号传播距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择，其引脚标号如表3.5所示。表3.5 AM2303引脚引脚符号注释1VDD3.5-5.5V DC2DATA单总线 串行数据3NC空脚 悬空4GND接地，电源负极AM2303温度测量范畴-40125，测温精度0.2，辨别率为0.1；湿度测量范畴0100%RH，测湿精度2%RH，辨别率为0.1%RH。它采用简化的单总线方式进行通信。单总线即只有一根数据线，系统中的数据互换，控制均由单总线完毕。设备（主机或从机）通过一种漏极开路或三态端口连接至该数据线，以容许设备在不发送数据时释放总线，而让其她设备使用总线；单总线一般需要外接一种约为5.1k的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。由于它们是主从构造，只有主机呼喊从机时，从机才干应答。因此主机访问器件都必须严格遵循单总线序列，如果浮现序列混乱，器件将不响应主机。特点：体积小巧，超低能耗，相对温度和湿度测量，数字输出，精确校准，超长的信号传播距离，可靠且长期稳定，成本低，可以完全互换，三线制数字接口，无需额外元件。应用范畴：暖通空调、除湿器、测试及检测设备、消费品、汽车、自动控制、数据记录器、家电、湿度调节器、医疗、气象站及其她有关湿度检测控制等。4 SMS的简介4.1 GSM系统GSM俗称全球通，是一种来源于欧洲的移动通信技术原则，是第二代移动通信技术。其研发的目的是让全球各地可以共同使用一种移动通信网络原则，让顾客用一部手机就能行遍全球。它可以在低服务成本、低端条件下提供较高的通信质量，是远程无线数据传播系统比较好的一种传播方式。就其业务而言，GSM是一种可以提供多种业务的移动综合业务数字网ISDN（Integrated Service Digital Network）。本课题重要实现对家用电器的远程监控，具有信息传播量小、对传播速度规定不高和通信规定简朴可靠的特点。使用GSM的短消息服务功能不需要考虑信道的可靠性等因素，就可以较好的满足本设计中对家电监控的功能规定。GSM系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。它的覆盖范畴广，布线成本低，是国内目前重要使用的蜂窝数字移动通信系统，也是目前唯一具有最大搜索范畴和通信可靠性的无线通信网。GSM蜂窝数字移动通信系统已遍及全国各地，目前已经覆盖全国98%以上的都市和广大农村地区。GSM系统能提供语音功能，数据传播服务（提供应固定顾客和ISDN顾客的大部分业务，涉及分组互换资料网所提供的服务）和短消息服务。GSM系统重要由移动互换子系统MSS、基站子系统BSS、移动台MS三大部分构成，它具有其她通信方式所不可比拟的优越性。其特点如下：（1）由于GSM 网络在全国范畴内实现了联网和漫游，具有网络能力强、网络容量大等特点。顾客无需此外组网，在提高网络覆盖范畴的同步，为顾客节省了昂贵的建网费用和维护费用；（2）GSM网络对顾客的数量没有限制，具有手机号码资源丰富的特点。克服了老式专网通信系统投资成本大，维护费用高，并且网络覆盖范畴和顾客数量有限的缺陷；（3）使用GSM网络可以使系统的安装量大大减少，有效的缩短系统建设周期，同步，由于免除了通信系统的维护，使得系统的维护量也大为减少；（4）GSM网络没有同频干扰、保密性好、通信速率高、运营费用低，同步还具有防盗拷能力佳、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息敏捷、通话死角少、手机耗电量低等特点。4.2 短消息业务4.2.1短消息业务的简介短消息业务SMS即（Short Message Service）是GSM系统中提供的一种GSM终端之间，通过服务中心进行文本信息的收发应用服务，其中信息的存储转发由服务中心完毕。以GSM为无线数据传播网络，可以开发多种具有发展前景的应用系统，基于这种业务的应用也会迅速发展起来。GSM短消息服务的双向数据传播性能稳定，为远程数据传播和监控设备的通信提供一种强大的支持平台，是目前普及率最高的一种业务。它具有如下功能：（1）一种SMS短消息最长可涉及160个字符(偶数二进制)，长度被限定在140个字节内，这些字节可以是文本格式；（2）SMS短消息是一种存储和转发服务，它并不是直接从发送人发送到接受人，而始终通过 SMS服务中心进行转发。如果接受人处在未连接状态，则消息将在接受人再次连接时发送；（3）它具有消息发送确认功能，这就意味着SMS与寻呼不同，顾客不是简朴地发出短消息然后就相信消息已成功发送；而是短消息发送人可以收到返回消息，告知她们短消息与否已经发送成功；（4）SMS 短消息的发送和接受可以和 GSM 语音同步进行。4.2.2短消息的分类短消息业务可分为两种：一种是点对点的短消息（SMS-Point to Point），在顾客之间传送信息；另一种是社区广播短消息（SMS-Cell Broadcast），类似于目前的寻呼，定期在一定区域内反复广播交通、流量、天气状况等信息。区别于寻呼的短消息是一种双向通信，GSM系统提供的短消息业务可以让网络端懂得被叫方与否收到所发的消息。如果发送失败，被叫方没有回答确认信息，网络会保存所传的信息，一旦网络发现被叫方能被叫通时，就可以重发消息以保证被叫方可以收到，并且主叫方还可以懂得发送成功与否。由于这些特点及SMS的其她功能，短消息业务获得了广大顾客的青睐，同步也成为现代个人通信中不可或缺的一种方式。短消息通信仅限于一种消息，换言之，一种消息的传播就构成了一次通信。它提供小数据量、低成本、高可靠性、以便快捷的通信方式。它是运用GSM系统通信信道的空闲带宽，在电话拨号的同步，把消息发送给GSM基站，再由短信服务中心解决存储发送到接受方。发送方不需等待接受方准备就绪，只要和基站联系好即可发送短信，基站收到后会自