摘  要： 选用单片机" title="51单片机" target="_blank">51单片机和GSM远程通信模块，设计实现了家用电器远程控制系统。客户可利用手机短信，借助移动通信网络实现对家用电器的开关等远程控制。该系统具有用户身份信息和用户指令自动识别等功能，操作简单，实用性强，具有广阔的应用前景。
关键词： 单片机；GSM模块；远程控制；手机短信

    随着电子信息等高新技术的快速发展，大量采用电子技术的电器产品进入大家的生活。人们在从众多电子产品中得到极大方便的同时，也对其进一步发展提出了更高要求，智能化便是其中之一。家用电器远程控制的实现，可极大地提高城市生活的品质，其研究和实现非常有意义[1]。
1 系统功能需求分析
    （1）用户身份识别
    用户身份识别是保证系统安全必不可少的环节，有电话号码识别和密码验证两种，本系统中选择电话号码识别。电话号码可以在用户使用该系统时由单片机直接进行识别，无需用户进行额外操作，可有效提高控制效率。
    （2）控制指令发送与接收
    控制指令的发送与接收是远程控制系统中远程通信的核心内容，有线通信和无线通信均能满足该功能需求。其中有线通信的通信介质常见的有固定电话网络和互联网，但是其使用场所常限于室内，并且需要通信线缆及信号的覆盖。无线通信则基本不受线缆的限制，特别是移动电话广泛使用的GSM网络，基站分布多，信号覆盖范围广，为远程控制提供了极好的信号支持；另外控制设备（即手机）普及率高，携带方便，可随时随地进行远程控制。
    （3）远程控制终端的识别
    用户向该系统发送指令的途径有发送双音多频信号和发送短信两种。发送双音多频信号需要进行语音呼叫，且系统需要提供语音提示，引导用户操作，系统设计上较为复杂。发送短信则方便快捷，系统只需要预设一个数字对应一个家用电器的工作状态，如“1”和“2”分别对应电灯的开和关，用户只需发送一条内容为单一数字的短信到GSM模块，即可实现相应电器的控制。发送短信比语音呼叫的等待时间短，时效性强。另外考虑到运营商的收费问题，发送短信比语音呼叫廉价，故通过短信发送指令的经济性较高。
    （4）良好的人机对话界面
    考虑到被控对象较多时，为避免错误操作，需要提供控制指令提示的功能。方法同样为语音提示和短信提示两种。语音提示需要语音模块提前保存提示内容，然后在用户需要提示时播放该段语音，但是当被控对象较多时，语音则会很长，实时性较差。短信提示则只需要GSM模块向用户手机发送一条短信，然后用户可以立即获得所需信息，等待时间短。因此系统选用短信提示。
2 系统构成及工作原理
    系统结构图如图1所示。系统利用用户手机与GSM模块通过GSM网络实现远程无线通信。用户通过手机向GSM模块发送数字短信作为控制指令，GSM模块收到短信后将短信代码发送到单片机，单片机作为控制器，对短信代码进行解码，提取并识别用户身份以及控制指令，识别后通过I/O口控制继电器的通断，从而控制家用电器。

    当用户需要获取提示命令时，向GSM模块发送内容为“0”的短信，单片机接收到GSM模块发送的代码以后，对用户身份和控制指令进行提取和识别，控制GSM模块向用户手机发送提示信息。
    （1）用户手机：向GSM模块发送控制指令，接收提示短信息，实现远程通信。
    （2）GSM模块：接收用户手机的信号（包括短信和呼叫），并将串行数据发送到单片机；接收单片机发送的AT指令，执行发送短信等操作。
    （3）单片机：接收并处理GSM发送的串行数据，从而执行识别用户身份、识别用户指令、控制继电器开闭等操作；存储数据，保存提示信息的发送代码；向GSM模块发送AT指令。
    （4）继电器：作为开关电路控制家用电器的通断。
3 系统硬件的设计
    本系统硬件设计的核心为51单片机和GSM模块，围绕这两部分，硬件设计分为以下几个方面。
3.1 单片机与GSM模块通信连接
    GSM模块与51单片机间的通信为串行通信。GSM模块的串行数据输入口为“RXD”，串行数据输出口为“TXD”。51单片机串行数据传输需使用P3口的第二功能，其中P30为串行数据输入口，P31为串行数据输出口[2]。
    考虑到电平匹配的问题，采用RS232电平转换电路。电路连接图如图2所示。此电路可以实现GSM模块与单片机的串行通信，GSM模块接收到上位机的信号后，便将数据传送到单片机；单片机通过此电路向GSM模块发送AT指令。另外，将MAX232芯片的“GSM_TXD”和“GSM_RXD”引脚通过串口线与计算机连接，就可以通过计算机监视串口收发情况，供系统调试使用。

3.2 远程控制终端的设计
    单片机控制家用电器方法有很多，包括继电器控制、红外控制、无线电控制等。这几种方法中，继电器控制最为简单，只需要一个通用I/O口即可控制一个继电器。单片机通过继电器控制家用电器，电路图如图3所示。

4.2 发送汉字信息
    单片机通过GSM模块发送汉字短信息为AT指令的应用，简单步骤如下：（1）发送“AT+CMGF=0”，设置短信模式为PDU，返回“OK”，设置成功；（2）发送“AT+CMGS=<length>”，设置短信息长度，根据信息内容长度确定length取值，返回“>”；（3）写入短信代码，格式为PDU格式；（4）发送16进制数“1a”，发送短信；（5）结束[3]。
4.3 系统总流程图
    系统总流程图如图4所示。

5 系统测试
    本设计已经完全实现了硬件和软件的设计与调试，实现了通过发送短信息对普通家用电器的开/关机操作。系统测试如下：
    短信控制：当发送短信“1”到GSM模块的手机号时，系统控制的继电器闭合，与之相连的电灯点亮；当发送短信“2”时，继电器关断，电灯随之熄灭。
    获取提示信息：当发送短信“0”到GSM模块的手机号时，系统立即向用户发送一条提示短信息，简单明了。
    以上两个功能相对独立，相互无影响，用户可根据实际情况决定是否需要提示。
    系统调试时，GSM模块串行口收发状态如图5所示，用户成功接收提示信息，如图6所示。

    系统测试结果表明，该系统运行稳定、可靠，系统可拓展性很强，实际应用中可根据需要添加很多应用对象。同时也可以补充增加红外控制、无线电控制等终端控制设备，操作也相对简单，从而控制更多不同原理的家用电器。另外，该系统在工农业领域也有广泛的应用空间。
参考文献
[1] 师文庆，张智勇，陈用．基于DTMF与单片机的电话远程和红外近程测控系统[J]．电子技术应用，2007，33（7）：81-83．
[2] 张毅刚，彭喜源．MCS-51单片机应用设计[M]．哈尔滨： 哈尔滨工业大学出版社，2007．
[3] 李树江，李楠．基于GSM的中央空调末端控制器研究[J]．电子技术应用，2009，35（9）：50-53．