基于GTM900C的家居智能化模块设计

沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计（论文）摘要本智能家居系统设计主要由单片机、GTM900C模块和传感器构成。本文用华为生产的GTM900C模块，借用无线发送和接收、基带处理等功能，来实现无线数据传输和短信收发任务。为给人们提供一个更加舒适、便捷、高效、安全的生活环境，建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今的一个热点问题，近年来，国际上许多大公司都提出相应的解决方案，但至今为止，这一领域的国际标准尚未成熟。针对目前利用公共电话、国际互联网、有线电视网或者电力网实现的智能家居系统的局限性，本文提出一种基于GSM技术的低成本智能家居系统，将给普通居民家庭生活方式带来变革。智能家居系统采用电子传感技术、计算机技术和信息传输技术，对用户提供全方位的服务，同时对住房内情况进行远程监控和实时管理。它包括家庭内部传感系统、家庭接入系统及实时管理。关键字：GTM900C模块；单片机；传感器。

AbstractThissystemismainlycomposedofMCU,GTM900Cmoduleandthesensor.Inthispaper,withHuaweiproductionGTM900Cmodule,borrowthewirelesstransmissionandreception,basebandprocessingfunction,torealizewirelessdatatransmissionandmessagingtasks.Forthepeopletoprovideamorecomfortable,convenient,efficientandsafelivingenvironment,toestablishahighlyefficient,lowcostintelligenthomefurnishingsystemhasbecomeahotissue,inrecentyears,manyinternationalcompaniesandputsforwardthecorrespondingsolutions,butsofar,thefieldofinternationalstandardshavenotyetmature.Inviewofthepresentutilizingpublictelephone,Internet,cableTVnetworkorpowernetworktorealizeintelligenthomefurnishingsystemlimitations,thispaperpresentsamethodbasedonGSMtechnologysystemoflowcostintelligenthomefurnishing,willgivethegeneralhouseholdlife.Keywords：GTM900c；Singlechipmicrocomputer;sensor.

目录第一章前言 31.1课题研究的背景及意义 61.2国内外研究发展现状 7第二章总体设计 82.1系统概述及设计理念 82.2系统的总体结构及工作过程 82.3系统设计框图 9第三章硬件模块设计 103.1硬件系统 103.2单片机基本概念 103.2.1凌阳单片机SPCE061A片内构103.3GTM900C模块简介 113.4GSM模块的接口与设计 123.4.1GTM900C模块组成及通信电路133.4.2GTM900C信号连接器和天线接口133.4.3信号连接器143.4.4天线接口143.4.5接口信号153.4.6接口的使用163.4.7UART接口的功能和特性173.4.8UART接口的信号定义183.4.9UATR接口DCE-DTE配线18 3.5传感器信号采集设计与分析193.5.1防火灾发生传感器193.5.2可燃气体泄漏传感器193.5.3防盗传感器193.5.4信号采集设计与分析193.6固态继电器(SSR)简介20 3.7A/D转换单元硬件设计20第四章系统软件设计 234.1单片机主程序设计 23 4.1.1软件开发环境20 4.1.2SPCE061A时钟电路20 4.1.3时钟系统及定时器204.2GTM900C软件设计 244.2.1AT命令简介 244.2.2AT命令类型 254.2.3AT命令语法 .25 4.2.4AT命令说明264.2.5GTM900C信息发送软件设计33第五章系统制作与调试345.1系统制作 345.2系统调试 34第六章技术经济分析 36第七章结论 37致谢 38参考文献 39附录1附录2附录3

基于GTM900C的家居智能化模块设计第一章前言1.1课题研究的背景及意义家居智能化系统的概念起源于上世纪70年代的美国，随后，传播到欧洲、日本等国并且得到了很好的发展。在我国，智能家居这一概念推广较晚，约在90年代末家居智能化系统才得以进入国内，但发展速度惊人，至今已存在相当数量的智能化小区及住宅。所谓智能家居是现代电子技术、自动化技术及通信技术相结合的产物。它能够自动控制和管理家电设备，对家庭环境的安全进行监控报警，并且能够为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。家居智能化系统将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器以及家庭保安装置通过有线或无线的方式连接起来，并进行集中或异地的监控、管理，保持家庭住宅环境的舒适、协调。与普通的家居相比，智能家居不仅具备传统的居住功能，提供舒适温馨，高效安全的高品位生活环境，还将一个被动静止的居住环境提升为一个有一定智慧协助能力的体贴的生活帮手，进一步优化住户的生活质量。许多国家先后提出了不同的智能家居方案，例如，早期新加坡模式的智能化家居系统包括：安防报警、可使对讲、三表抄送、监控、家居控制、智能布线箱、宽带网络接入等。而现今的智能化家居系统拥有更加优越切复杂的配置。例如，网上购物、远程报警、紧急求助等新功能就是根据现在社会的发展，人们日益暴涨的需求而开发设计的。1.2国内外研究发展现状1984年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成，这栋意义非凡的建筑只是对一座旧式大楼的一定程度的改造而完成的。它只是采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务。2000年，新加坡有近30个社区的约5000户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达4万户。2003年，网络化家居的建设带来了高达4500亿美元的市场价值，这其中有3700亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的部分则是软件和技术支持服务的费用。现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，预计今年，50%以上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。于此同时，由于技术的日益标准化，这些新型智能家居系统将比比尔.盖茨耗资6000万美元的高端别墅便宜得多。在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后挤身于智能家居的研发中。例如:微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM公司开发的“家庭主任”等均已日趋成稳得技术强占家居市场。此外，日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试。目前市场上出现得智能家居控制系统主要有：（1）X-10系统（美国），该系统是利用电力线作为网络平台，采用集中控制方式实现。这套系统的功能较为强大，与其它家居控制系统如ABB、C_BUS等比起来更容易接收，使用也相对简单。因为实现同样的功能，X-10家居控制系统是利用220v电力线将发射器发出的X-10信号传送给接收器从而实现智能化的控制，因此采用这套系统不需要额外的布线，这也是这套系统的最大的一个优势，因为其它系统基本上都需要布低压线，在墙上或地面开槽、钻孔，施工难度大、费用高、工期长。但由于缺乏在国内市场推广的条件且价格昂贵，该系统在国内应用极少。（2）EIB系统（德国），该系统采用预埋总线及中央控制方式实现控制功能。但由于其工程要求复杂严苛，并且价格较高，因此一直无法打开国内市场。（3）8X系统（新加坡），该系统采用预处理总线跟集中控制方式来实现功能。它的优点在于利用的产品对系统进行扩展，系统较为成熟，比较适合中国国情。但是由于系统架构、灵活性及产品价格等方面还难以达到要求，所以目前在国内还较少应用。20世纪90年代后期，我国的智能小区日益兴起。众所周知，我国的智能化住宅建设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。在97香港回归之际，在建设部“97跨世纪住宅小区案竞赛活动”中，上海中皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程”，揭开了全国智能小区发展的序幕。1999年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段。随着信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。据建设部要求，截止今年，我国将有70%以上的家庭拥有Internet入网设备，大中城市中50%的住宅要实现智能化。我国的智能家居相对于国外起步较晚，尚未形成一定的国家标准。目前，主要采用国外的一些技术产品，但也有一些企业推出了自己的产品，主要有：（1）e家庭（海尔），该系列产品以海尔电脑作为控制中心，各种网络家电作为终端设备，海尔移动电话作为移动数字控制中心。海尔在技术上同微软合作，利用微软的WindowsMe技术和海尔的网络家电，使“e家庭”已具雏形，已推出了网络洗衣机、网络冰箱、网络空调、网络微波炉等一系列网络家电。（2）e-home数字家园（清华同方），该智能家居控制系统是专门针对中国家庭设计的，遵循国际技术标准，采用嵌入式软、硬件技术，提供网络、网络节点及末端设备。产品以功能模块开发为主，基于国外成熟的智能家居标准之上。其智能家居控制系统主要有以下三个部分：A系列：遵循EIB协议的家庭控制产品，适用于中高档住宅区。B系列：遵循X-10协议的家庭控制产品，适用于中档住宅区。易家三代：配电箱集中安装式家庭控制产品。国内各大软、硬件机构正在积极的研制、开发更为符合市场的智能化家居设备，以解决当前智能化产品实用性差、使用复杂及产品价格昂贵等缺点，而技术创新性也逐步向国际先进水平靠拢，这样的未来值得期待。

第二章总体设计2.1系统概述及设计理念为给人们提供一个更加舒适、便捷、高效、安全的生活环境，建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今的一个热点问题，近年来，国际上许多大公司都提出相应的解决方案，但至今为止，这一领域的国际标准尚未成熟。针对目前利用公共电话、国际互联网、有线电视网或者电力网实现的智能家居系统的局限性，本文提出一种基于GSM技术的低成本智能家居系统，将给普通居民家庭生活方式带来变革。智能家居系统采用电子传感技术、计算机技术和信息传输技术，对用户提供全方位的服务，同时对住房内情况进行远程监控和实时管理。它包括家庭内部传感系统、家庭接入系统及实时管理。它包括家庭内部传感系统、家庭接入系统及智能传感/执行设备等几个部分。智能家居系统应具有以下功能：（1）住宅保安监控报警（警情报知）。（2）火警、烟警、有毒气体泄露报警。（3）阀控功能：有线电视信号、水、煤气、各类家用电器通/断控制。（4）室内空气、温度、湿度、光线的自动调节功能。（5）声音报警。（6）GTM900C远程报警。2.2系统的总体结构及工作过程智能家居系统由系统主机、系统分机、GTM900C模块、无线发射收发模块等部分组成。其中，系统主机通过GTM900C模块与用户的手机进行通信。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、控制命令传输和信息反馈。该系统正常工作时，首先由主机采集传感器数据，并且判断是否发生异常情况，如果发生异常情况则通过GTM900C模块向用户发送相应的报警信息，并根据不同的异常情况发出不同声音报警。如果主机无异常情况，则主机通过无线模块按顺序各向分机发送数据采集命令，分机进行数据采集，将采集结果打包后发送回主机，主机判断分机节点是否发生异常，并进行相应处理。此外，用户还可以通过手机发送短信息进行访问，当用户接收到报警信息时，可以根据报警的种类向主机发送短信息，对各被控量实现远程控制，主机提取短信息并译码后进行相应的操作。2.3系统设计框图固态继电器控制短信息发送GTM900C模块功率器件A/D转换放大整形放大整形电压转换执行器件LCD显示PC机RS232单片机信号分析处理扩展信号可燃气体传感器火灾烟雾传感器门窗磁信号 图2.3系统工作流程固态继电器控制短信息发送GTM900C模块功率器件A/D转换放大整形放大整形电压转换执行器件LCD显示PC机RS232单片机信号分析处理扩展信号可燃气体传感器火灾烟雾传感器门窗磁信号 第三章硬件模块设计3.1硬件系统本系统的硬件主要分为系统主机与系统分机两大部分。系统主机硬件，由凌阳单片机SPCE061、传感器单元电路、固态继电器控制电路、GTM900C、无线传输模块、语音报警模块等组成，并由固态继电器控制具体设备。3.2单片机基本概念所谓单片机(SingleChipMicrocomputer)，是指在一块芯片中集成有中央处理器(CPU)、存储器(RAM和ROM)、基本I/O接口以及定时器、计数器等部件，并具有独立指令系统的智能器件，即在一块芯片上实现一台微型计算机的基本功能。特点是：体积小，控制功能强，性价比高等3.2.1凌阳单片机SPCE061A片内结构3.3GTM900C模块简介GTM900C是一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM/GPRS模块，是GTM900B的升级模块。内嵌TCP/IP协议模块，使用简单，易于集成，它可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新的产品。在远程监控和无线公话以及无线POS终端等领域都有GTM900C无线模块在发挥作用，GTM900C软件、硬件兼容GTM900B、TC35i、MC39i，使用TC35i或MC39i的用户不用作任何更改就可以使用，以降低产品成本。图3-5GTM900C引脚图主要支持的功能及参数：GSM/GPRSPhase2/2+GSM03.40短信业务GPRSCLASS10数据业务支持Group3,Class2传真业务电路交换业务(9.6kbps,14.4kbps)分组交换数据业务(85.6kbps)FR/HR/EFR/AMR语音编码呼叫转移、等待、保持、呼叫前转多方通话、来电显示、可选铃声40pinzip连接器红外串口接口SIM3.0V和1.8V接口2路模拟音频输入输出接口电源输入接口和充电管理ADC输入全双工串行接口，TTL电平支持GSM07.05，GSM07.07TCP/IP扩展AT指令集工作频段：EGSM900/GSM1800双频发射功率：EGSM900Class4(2W)；GSM1800Class1(1W)工作温度：-30°C～+75°C存储温度：-50°C～+85°C工作电压：3.3～4.7V功耗电流：关机：40uA；待机：4mA；语音：240mA；GPRSclass10(平均)：400mAGTM900C采用模块化设计，集成度高，采用40PINZIF连接器，使用简单，方便。GTM900-C的接口包括：UART接口；USB接口；SIM卡接口；RTCBackup接口；Audio接口；LPG接口。本设计仅使用UART接口、SIM卡接口、天线接口。3.4GSM模块的接口与设计3.4.1GTM900C模块组成及通信电路华为GTM900C无线模块是一款双频段GSM/GPRS无线模块。它支持标准的AT命令及增强AT命令，提供丰富的语音和数据业务等功能，是高速数据传输等各种应用的理想解决方案。GTM900-C在Terminal型固定台、Phone型固定台、车载台、公用电话、电力无线抄表业务、远程信息服务台等方面被广泛的应用。GTM900C工作在EGSM900/GSM1800双频段，最大发射功率为2W，模块接收灵敏度<-106dBm，工作电压为3.4V～4.7V，平均待机电流为3.5mA。通过UART接口与外部CPU通信，主要实现无线发送和接收、基带处理、音频处理等功能。键盘、LCD等外部设备由外部CPU进行处理。外接CPU主要完成对SLIC芯片的配置以及电源管理、串口通信等功能，其余的功能均由GTM900C来完成。3.4.2GTM900C信号连接器和天线接口GTM900-C的信号连接器和天线接口，包括：信号连接器接口；天线接口。3.4.3信号连接器GTM900-C的信号连接器是一个40Pin的ZIF连接器，引脚间距为0.5mm，线距0.5mm，结构为单排弯式表贴型，带电缆锁紧机构，型号是Hirose的FH12-40S-0.5SH。连接器外形如图2-3所示。图2-3连接器外形3.4.4天线接口GTM900-C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。该连接器是由HRS公司提供的，器件编码是U.FL-R-SMT-1(10)，具体的图形和尺寸如图2-4所示。图2-4天线接口连接器尺寸图（单位：mm）3.4.5接口信号表2-7信号连接器接口功能表序号信号名称I/O接口电平功能备注1VBATI3.4－4.7V电源建议典型值：3.8V2VBATI3VBATI4VBATI5VBATI6GND-地7GND-8GND-9GND-10GND-11USB_D+I/O仅用于模块调测,设计时悬空12USB_D-I/O仅用于模块调测,设计时悬空13VBUSI仅用于模块调测,设计时悬空。注意：此管脚与GTM900-A/B存在差异，不能兼容，GTM900-A/B为VDD信号，用于模块正常启动指示信号。14ADCI0－1.75V模拟数字采样最高输入电压15PWONI-开/关机控制信号低电平有效16UART_DSR0O2.85V(±0.1)数据准备就绪-17UART_RI0O2.85(±0.1)振铃指示-18UART_RXD0O2.85V(±0.1)GTM900模块AT命令串口发送信号（对端设备接收）用于GTM900-C模块的AT命令，TTL电平19UART_TXD0I2.85V(±0.1)GTM900模块AT命令串行接收信号（对端设备发送）用于GTM900-C模块的AT命令，TTL电平20UART_CTS0O2.85V(±0.1)清除发送GTM900-C上PIN脚定义为输出信号21UART_RTS0I2.85V(±0.1)请求发送GTM900-C上PIN脚定义为输入信号22UART_DTR0I2.85V(±0.1)数据设备准备就绪-23UART_DCD0O2.85V(±0.1)载波检测-24SIM_CDI2.85V(±0.1)SIM卡在位信号目前软件尚不支持,设计时悬空25SIM_RSTO2.85V(±0.1)SIM卡复位信号-26SIM_DATAI/O2.85V(±0.1)SIM卡数据传输接口-27SIM_CLKO2.85V(±0.1)SIM卡时钟信号-28SIM_VCCO2.85V(±0.1)SIM卡电源-29SIM_GND--SIM卡地与通常的工作地：GND信号连接同时要求与SIM卡的GND信号连接30VbackupI/O3.0V备用电池电源信号参考后面章节的推荐设计31RSTI2.85V(±0.1)复位信号低电平有效，对模块复位32LPGO2.85V(±0.1)指示灯状态控制信号-33AUXO+O-第二路音频输出信号＋-34AUXO-O-第二路音频输出信号－-35EAR+O-第一路音频输出信号＋-36EAR-O-第一路音频输出信号－-37MIC+-第一路音频输入信号＋第一路音频单端输入正，内部已经带直流偏置38MIC--第一路音频输入信号－第39AUXI+-第二路音频输入信号＋第二路音频单端输入正，内部已经带直流偏置40AUXI--第二路音频输入信号－第二路音频单端输入负，内部已经带直流偏置3.4GTM900-C各接口的使用，包括：UART接口；USB接口；SIM卡接口；RTCBackup接口；Audio接口；LPG接口。3.4.7UARTUART接口与外界进行串行通信，支持3.00V电平输入和输出。UART接口的信号除了RXD0、TXD0是高电平有效之外，其余所有信号均为低电平有效。UART接口有512byte的发送FIFO（FirstInFirstOut）和接收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接口工作的最大速率为115.2kbit/s，默认支持9600bit/s的速率，支持波特率掉电保存。3.4.8UART接口信号定义如表2-8所示.表2-8UART接口信号定义序号信号名描述特性方向23UART_DCD0载波检测数据链路已连接DCE-DTE17UART_RI0振铃指示通知DTE有远程呼叫DCE-DTE21UART_RTS0请求发送DTE通知DCE请求发送DTE-DCE19UART_TXD0发送数据DTE发送数据DTE-DCE16UART_DSR0数据设备就绪DCE准备就绪DCE-DTE22UART_DTR0数据终端就绪DTE准备就绪DTE-DCE20UART_CTS0清除发送CE已切换到接收模式DCE-DTE18UART_RXD0接收数据DTE接收串行数据DCE-DTE6GND地--3.4.9UART接口图3.4.9DCE-DTE的连接关系3.5传感器信号采集设计与分析3.5.1防火灾发生传感器火灾烟雾传感器是一种在消防管理、安全防范系统中常用的报警器材，它工作可靠、体积小巧，并且把无线发射和火灾烟雾传感器有机地结合，使得安装、使用非常方便烟其背后有专用的卡口可以方便地固定在墙体或者天花板上使用时通过设置在厨房的感温探测器和设置在客厅、卧室等的感烟探测器，监视各个房间内有无火灾的发生。如有火灾发生控制器发出声光和短信报警信号，通知家人及小区物业管理部门。家庭控制器还可以根据有人在家或无人在家的情况，调节感温探测器和感烟探测器的灵敏度。3.5.2可燃气体泄漏传感器通过设置在厨房的可燃气体探测器，监视燃气管道、灶具有无燃气泄漏。如有燃气泄漏家庭控制器发出声光报警信号，并联动关闭燃气管道上的电磁阀，同时短信通知家人及小区物业管理部门。这里采用TP-2高温型一氧化碳传感器报警器需在一氧化碳浓度达到设定制值时系统应启动报警。3.5.3防盗传感器防盗报警的防护区域分成两部分，即住宅周界防护和住宅内区域防护。住宅周界防护是指在住宅的门、窗上安装门磁开关，在对外的玻璃窗、门附近安装玻璃破碎探测器；住宅内区域防护是指在主要通道、重要的房间内安装被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器。当家中有人时，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器)设防，住宅内区域防护的防盗报警设备(红外探测器或被动红外／微波双技术探测器)撤防。当家人出门后，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器)和住宅内区域防护的防盗报警设备(被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器)均设防。当有非法侵入时，家庭控制器发出声光报警信号，并短信通知家人及小区物业管理部门。另外，通过程序可设定报警装置的等级和报警器的灵敏度。3.5.4信号采集设计与分析传感器是将外界信息转换成电信号的装置，其中的电信号包括数字信号和模拟信号，数字信号可以通过电气隔离直接送给单片机或微型计算机进行处理，模拟信号则利用数据采集系统将多路被测量值转换成数字量，再经过单片机或微型计算机进行数据处理，实现实时测控。3.6固态继电器(SSR)简介继电器是本系统的执行机构，本系统选用D4810型固态继电器，固态继电器(SSR)与机电继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的点，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。固态继电器有三部分组成:输入电路，隔离(耦合)和输出电路。安输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。固态继电器有寿命长、可靠性高、灵敏度高、控制功率小、电磁兼容性好、快速转换、电磁干扰小的优点。D4810型继电器输入电流为5-40mA，电压3－30V，额定输出电流10A，输出电压范围宽为20-220V，满足项目的要求。3.7A/D转换单元硬件设计A/D转换模块是系统中较为重要的一部分，由于涉及到模拟部分，A/D转换器的结构较为复杂。图3-20ADC0804引脚图以下是ADC0804管脚及功能的介绍：/CS芯片选择信号。/RD外部读取转换结果的控制输出信号。/RD为高电平时，DB0~DB7处于高阻抗：/RD为低电平时，数据才会输出。/WR用来启动转换的控制输入，相当于ADC的转换开始（/CS=0时），当/WR由高电平变为低电平时，转换器被清除；当/WR回到高电平时，转换正式开始。CLKIN，CLKR时钟输入或接振荡元件（R，C）频率约限制在100kHZ~1460kHZ，如果使用RC电路则其振荡频率为1/（1.1RC）。/INTR中断请求信号输出,低地平动作。VIN(+)VIN(-)差动模拟电压输入。输入单端正电压时,VIN(-)接地；而差动输入时,直接加入VIN(+)VIN(-)。AGND,DGND模拟信号以及数字信号的接地。VREF辅助参考电压。DB0~DB78位的数字输出。VCC电源供应以及作为电路的参考电压。设计满偏电压为5V，则VREF辅助参考电压为5V/2=2.5V，在10%的误差范围内，无需过分苛刻参考电压的电压源，由于系统中DC5V供电，采用两只相同阻值电阻分压，便能近似得到2.5V的参考电压。系统中使用10K电阻与150pF电容组成RC振荡电路，根据技术手册计算公式： （3-1）其振荡频率约为606kHz，满足芯片要求。另外，以阻抗型液位传感器为模型，液位传感器阻值变化与液位的高度是成正比的，因此需要将电阻值转换为电压值匹配A/D转换器。常用的阻抗-电压转换法如欧姆法。由于被测阻抗两端电压正比于被测电阻，可把被测阻抗转换为电压测量。即 （3-2）式中，是转化电压，恒定电流，为被测电阻，为比例系数。因此，液位高度的变化同样正比于输入电压，故而A/D转换器输出的数据正比于液位高度。为了简化设计调试过程，使用系统内部5V电压作为模拟输入，VIN(-)直接接地，通过接入传感器分压将阻抗转换为电压信号，接入电位器可实现模拟输入。根据以上参数分析，设计电路如图3-7：图3-7A/D转换单元电路图 第四章系统软件设计4.1单片机主程序设计主机上电复位后进行初始化，然后不断地对GSM模块进行扫描查询。当查询到GSM模块接收到用户发送的短信时，便对短信进行处理，提取相关信息，然后通过红外模块相分机发送相应的命令数据。接着就在一定时间（可根据用户需要调整，这里设为60s）内等待分机的回复信息。当接收到回复信息或规定时间内没有接收到分机的回复信息，主机都返回到扫描查询状态。主机主程序流程图如图4-1所示。。图4-1主程序流程图分机上电复位后进行初始化，然后等待接收主机发送的命令信息。接收到命令信息后，从中提取地址和数据信息，若为本分机地址，则对数据进行处理并作出响应，同时向主机发送确定信息；若非本分机地址，则返回，继续等待主机发送的命令信息。分机主程序流程图如图4-1（b）所示。4.1.1软件开发环境集成开发环境（也称IDE），它除了具备上面的三个功能外还可以组织多个程序文件形成一个系统开发的项目，这样更有利于一些大型系统的开发和各功能模块的模块化，同时它还结合SPCE061A单片机的硬件提供各类在线调试窗口，使调试程序变得更加直观和简单，除此之外，它还提供一些软件模拟SPCE061A单片机仿真的功能，在没有硬件的情况下也可以完成一些简单程序的调试。4.1.1SPCE061A时钟电路SPCE061A时钟电路采用晶体振荡器。图4.1.1为SPCE061A时钟电路的接线图。外接晶振采用32768Hz。 图.2SPCE061A的定时器/计数器（1）两个16位的定时/计数器：TimerA和TimerB（2）定时器溢出信号触发IRQ/FIQ中断（3）定时器溢出信号触发ADC或锁存DAC数据（4）递增计数方式（5）自动重载定时器/计数器初始值（6）输出4位可调脉宽比PWM信号（7）溢出频率/2的方波输出（8）多种时钟源输入4.2GTM900C软件设计4.2.1AT命令简介AT命令(ATCommands)[9][10]：AT即Attention，AT指令集是从终端设备(TerminalEquipment，TE)或数据终端设备(DataTerminalEquipment，DTE)向终端适配器(TerminalAdapter，TA)或数据电路终端设备(DataCircuitTerminalEquipment，DCE)发送的。通过TA，TE发送AT指令来控制移动台(MobileStation，MS)的功能，与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。90年代初，AT指令仅被用于Modem操作。没有控制移动电话文本消息的先例，只开发了一种叫SMSBlockMode的协议，通过终端设备(TE)或电脑来完全控制。由Hayes公司发明，现在已成为事实上的标准并被所有调制解调器制造商采用的一个调制解调器命令语言。每条命令以字母"AT"开头，因而得名。AT后跟字母和数字表明具体的功能。SMS。几年后，主要的移动电话生产厂商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP共同为GSM研制了一整套AT指令，其中就包括对SMS的控制。AT指令在此基础上演化并被加入GSM07．05标准以及现在的GSM07．07标准，完全标准化和比较健全的标准。如：对SMS的控制共有3种实现途径：最初的BlockMode；基于AT指令的TextMode；基于AT指令的PDUMode。到现在PDUMode已经取代BlockMode，后者逐渐淡出。GSM模块与计算机之间的通信协议是一些AT指令集，AT指令是以AT作首，字符结束的字符串，AT指令的响应数据包在中。每个指令执行成功与否都有相应的返回。其他的一些非预期的信息(如有人拨号进来、线路无信号等)，模块将有对应的一些信息提示，接收端可做相应的处理。本手册中的GSM模块包括移动设备ME（MobileEquipment）、移动台MS（MobileStation）、终端适配器TA（TerminalAdapter）、数据通信设备DCE（DataCommunicationEquipment）和传真DCE（包括传真Modem和传真板）。通过串口发送AT命令，即可使用GSM模块。串行线对端的应用设备包括终端设备TE（TerminalEquipment）、数据终端设备DTE（DataTerminalEquipment）或其他应用设备。这些终端或应用设备可能运行在嵌入式系统里。系统结构图如图4-5所示。图4-5系统结构4.2.2AT命令类型本节主要介绍AT命令及其相关信息的总体情况，详细信息请参考ITU-TRecommendationV.25ter[14]。本论文中的所有命令行必须以“AT”或“at”为前缀，以<CR>结尾。一般来讲，AT命令包括四种类型，如表4-5所示。表4-5AT命令类型类型说明实例设置命令该命令用于设置用户自定义的参数值。AT+CXXX=<….>测试命令该命令用于查询设置命令或内部程序设置的参数及其取值范围。AT+CXXX=?查询命令该命令用于返回参数的当前值。AT+CXXX?执行命令该命令用于读出受GSM模块内部程序控制的不可变参数。AT+CXXX4.2.3AT命令语法方括号中的值为缺省值。 选配参数和必配参数必须按照规定的顺序排列，各参数间必须用逗号隔开。举例：AT+CPWD=<fac>,<oldpwd>,<newpwd>该命令用于为设备锁定+CLCK命令所定义的设备锁定功能设置新的密码。 如果某参数是字符串（比如：<number>），该字符串必须放在双引号中。例如：“12345”.“cmnet”。双引号中的各项符号可看作是字符串。 命令的可选子参数或TA返回结果的可选部分位于方括号中。 不使用双引号时，字符串中各字符间的空格可忽略不计。 实际使用中，<>,[]不必输入。 所有AT命令本身不区分大小写，但其参数对大小写敏感。由于AT命令十分丰富，所以本论文只讨论关于使用GTM900C收发短息部分的AT命令。4.2.4AT命令说明消息接收和读出命令给TE指示新消息：AT+CNMI当

TE

处于在用状态时（如：DTR

信号处于“ON”状态），使用设置命令，可设置新消息如何从网络侧发送到

TE。若

TE

处于待用状态（如：DTR

信号处于“OFF”状态），消息接收流程应该按照

GSM

03.38

的规定。若

DTR

信号不可用或信号状态被忽略（V.25ter

命令：&D0），可使用+CNMA

确认流程确保短消息的可靠传输。“选择消息服务”命令+CSMS

应该用来检测

ME

是否支持接收

SM

和

CBM，并决定直接发送到

TE

的消息是否需要确认（请参考+CNMA

命令）。表4.2-4AT+CNMI操作命令语法举例：TE

指示新消息AT+CNMI=2,1 NOTE：将短信存储到

ME

或

SIM

卡后，再给出新短信指示OK+CMTI:

"SM",1 NOTE：显示新短信指示AT+CNMI=2,2 ：收到短信，直接给出短信内容OK+CMT:

查询消息：AT+CMGL使用设置命令，可将查询优选消息存储器<mem1>中，状态值为<stat>的消息显示在

TE中。若该消息处于“已接收未读”状态，则将其状态变为“已接收已读”。举例：查询所有消息AT+CMGF=1 NOTE：设置短信为文本方式OKAT+CMGL="ALL" NOTE：列举当前存储单元中的所有短信+CMGL:

1,"REC

READ","8613902288001",,"07/04/19,22:34:09+32",145,4TEST+CMGL:

2,"REC

UNREAD","8613902288001",,"07/04/19,22:38:44+32",145,10TEST

AGAINOK读出消息：AT+CMGR使用设置命令，可将消息存储器<mem1>中，索引为<index>的消息返回到

TE。若该消息处于“已接收未读”状态，则将其状态变为“已接收已读”。举例：读取不同存储单元中的短信

参数的详细说明AT+CPMS="SM","SM","SM" NOTE：设置短信存储单元为

SIM

卡举例：读取不同存储单元中的短信AT+CPMS="SM","SM","SM" NOTE：设置短信存储单元为

SIM

卡+CPMS:1,10,1,10,1,10OKAT+CMGR=1 NOTE：读取

SM

中的第一条短信+CMGR:

"REC

UNREAD","8613902288001",,"07/04/19,22:43:52+32",145,4,0,0,"8613912345500",145,10TEST

IN

SMOKAT+CPMS="ME","ME","ME" NOTE：设置短信存储单元为

ME+CPMS:

1,25,1,25,1,25OKAT+CMGR=1 NOTE：读取

ME

中的第一条短信+CMGR:

"REC

UNREAD","8613902288001",,"07/04/19,22:43:12+32",145,4,0,0,"8613912345500",145,10TEST

IN

MEOK新消息确认：AT+CNMA使用执行命令，可确认是否正确接收新消息（SMS-DELIVER

或SMS-STATUS-REPORT），该新短消息是由

MT

直接发送到

TE

的。举例：新消息确认AT+CSMS=1 NOTE：设置

CSMS

相关参数+CSMS:

1,1,1OKAT+CNMI=2,2 NOTE：设置

CNMI

相关参数OK+CMT:

"8613912340110",,"07/04/20,00:48:36+32",145,4,0,0,"8613912345500",145,5TEXT NOTE：收到短信AT+CNMA NOTE：发送确认信息OK通过

AT+CNMA

给出短信确认需要满足

2

个条件：通过

AT+CSMS=1，将<service>设为

1；通过AT+CNMI=,2，将<mt>设为

2

或者

AT+CNMI=,,1，将<ds>设为

1。在满足上述

2

个条件后，如果在收到短信后没有通过

AT+CNMA

给出确认，CNMI

的参数<mt>和<ds>会被重至为

0，同时短信收发会受影响。消息发送和写入命令发送消息：AT+CMGS使用设置命令，可将

SMS（SMS-SUBMIT）从

TE

发送到网络侧。发送成功后，消息参考值<mr>将返回给

TE。在接收到非请求发送状态报告结果码时，使用该取值可进行消息识别。举例：发送文本方式的短信AT+CMGF=1 NOTE：设置以文本方式发送短信OKAT+CMGS= NOTE：输入对方号码>

SMS NOTE：输入短信内容，以

ctrl-Z

发送；ESC

取消+CMGS:

35OK举例：发送和接收

PDU

方式的短信(具体编码格式，请参考

GSM

04.11

和

03.40

)AT+CMGF=0OKAT+CMGS=16>

0891683108200105F011000D91683118087981F60004000168+CMGS:

35OKAT+CMGR=8 NOTE：读取

PDU

短信+CMGR:

0,,220891683108200105F0040D91683184821969F2000470404271726423026869OKPDU

编码解析：发送数据：0891683108200105F011000D91683118087981F60004000168表4.2-4AT+CNMI操作命令语法码段含义说明8SMSC

地址信息的长度共

8

个八位字节(包括

91)91SMSC

地址格式(TON/NPI)用国际格式号码(在前面加’+’)683108200105F0SMSC

地址8613800210500，补’F’凑成偶数个11基本参数(TP-MTI/VFP)发送，TP-VP

用相对格式0消息基准值(TP-MR)00D目标地址数字个数共

13

个十进制数(不包括91

和’F’)91目标地址格式(TON/NPI)用国际格式号码(在前面加’+’)683118087981F6目标地址(TP-DA)8613818097186，补’F’凑成偶数个0协议标识(TP-PID)是普通

GSM

类型，点到点方式4用户信息编码方式(TP-DCS)8-bit

编码0有效期(TP-VP)5

分钟1用户信息长度(TP-UDL)实际长度

1

个字节68用户信息(TP-UD)0x68接收数据：891683108200105F0040D91683184821969F2000470404271726423026869表4-9AT+CNMI操作命令语法码段含义说明8SMSC

地址信息的长度共

8

个八位字节(包括

91)91SMSC

地址格式(TON/NPI)用国际格式号码(在前面加’+’)683108200105F0SMSC

地址8613800210500，补’F’凑成偶数个4基本参数(TP-MTI/MMS/RP)0D回复地址数字个数91回复地址格式(TON/NPI)683184821969F2回复地址(TP-RA)8613482891962，补’F’凑成偶数个0协议标识(TP-PID)是普通

GSM

类型，点到点方式4用户信息编码方式(TP-DCS)8-bit

编码70404271726423时间戳(TP-SCTS)07-04-24

17:27:4623

表示时间区2用户信息长度(TP-UDL)实际长度

2

个字节6869用户信息(TP-UD)0x68

0x69从存储器发送消息：AT+CMSS使用设置命令，可将消息存储器<mem2>中，位置取值参数为<index>的消息发送到网络侧（SMS-SUBMIT

或

SMS-COMMAND）。若给定

SMS-SUBMIT

消息的新接收地址参数<da>，应使用该参数，而不能使用已存储消息的参数。发送成功后，参考值<mr>将返回给

TE。在接收到非请求发送状态报告结果码时，可使用该命令的取值进行消息识别。举例：从存储器中发送消息AT+CMGW= NOTE：存储一条消息>

TEST+CMGW:

1OKAT+CMGL="ALL" NOTE：列举所有短信+CMGL:

1,"STO

UNSENT",,,,129,4TESTOKNOTE：发送先前被存储起来的编号为

1

的短信，接收方为

39OKNOTE：发送先前被存储起来的编号为

1

的短信，并且改变接收方号码为

40OKAT+CMGL="ALL"+CMGL:

1,"STO

SENT",,,,129,4TESTOK把消息写入存储器：AT+CMGW使用设置命令，可将

SMS（SMS-DELIVER

或

SMS-SUBMIT）从

TE

发送到存储器<mem2>，并返回已存储消息的存储位置<index>参数。除非<stat>指定其他参数，否则该消息的状态将被设置为“存储未发送”。删除消息：AT+CMGD使用设置命令，可删除优选消息存储器<mem1>中，位置号码参数为<index>的消息。举例：删除短信AT+CMGD=1 NOTE：删除第一条短信OKAT+CMGD=1,4 NOTE：删除当前存储器中全部短信OKGTM900C信息发送软件设计首先设置短消息发送格式AT+CMGF=1<CR>,设置1代表PDU模式,<CR>是回车符号,也就是0x0d。指令正确则模块返回<CRLF>OK<CRLF>,<CRLF>是回车换行符号。其次设置短消息中心AT+CSCA=d+8613800531500d(短消息中心)<CR>,设置正确则模块返回<CRLF>OK<CRLF>。注意短消息中心号码可能会因不同手机或不同区域而不同。如果读取短消息服务中心则使用命令AT+CSCA=?<CR>,模块应该返回<CRLF>+CSCA:d8613800531500d<CRLF>。最后设置短消息到达自动提示AT+CNMI=1,1,0,0,1<CR>,设置正确则模块返回<CRLF>OK<CRLF>。设置此命令可使模块在短消息到达后向单片机发送指令<CRLF>+CMTI:dSMd,IN2DEX(信息存储位置)<CRLF>。发送短消息在PDU模式,如果发送短消息,则首先发送短消息数据的长度。AT+CMGS=<length><CR>。等待GTM900C模块返回ASCII字符/>0,则可以将PDU数据输入,PDU数据以<Z>(也就是0x1a)作为结束符。短消息发送成功,模块返回<CRLF>OK<CRLF>。发送数据格式例如，需要发送汉字“一氧化碳的浓度超标，排气扇已打开”到手则首先发送数据串AT+CMGS=19<CR>,然后等待ASCII字符/>0,然后输入PDU数据。第五章系统制作与调试5.1系统制作本系统的制作调试主要分为硬件调试、软件调试和联机调试等三大部分。经过初步的分析设计后，在设计制作硬件电路的同时，调试穿插进行，应用系统的硬件调试和软件调试是分不开的，许多硬件故障是在调试软件时才发现的。但通常是先排除系统中明显的硬件故障后才和软件结合起来调试，如此有利于问题的分析和解决，不会造成问题的积累，从而可以节约大量的调试时间。软件编程中，我是首先完成单元功能模块的调试，然后进行系统调试，整体上采用硬件调试的调试方法。联机调试是最重要的一部分，同时也是本系统成功的关键。5.2系统调试本系统的硬件调试分为以下阶段进行调试：(1)逻辑错误调试样机硬件的逻辑错误是由于设计错误和加工过程中的工艺性错误所造成的。这类错误包括：错线、开路、短路等几种，其中短路是最常见的故障。(2)器件调试元器件失效的原因有两个方面：一是器件本身已损坏或性能不符合要求；二是由于组装错误造成的元器件失效，如电解电容、二极管的极性错误，集成块安装方向错误等。(3)可靠性调试引起系统不可靠的因素很多，如金属化孔、接插件接触不良会造成系统时好时坏；内部和外部的干扰、电源纹波系数过大、器件负载过大等造成逻辑电平不稳定；另外，走线和布局的不合理等也会引起系统可靠性差。(4)电源故障若样机中存在电源故障，则加电后将造成器件损坏。电源的故障包括：电压值不符合设计要求，电源引出线和插座不对应，电源功率不足、负载能力差。在本次调试在调试样机加电之前，先用万用表和示波器,根据硬件电气原理图和装配图仔细检查样机线路的正确性，并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求。还特别注意电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误，并重点检查扩展系统总线是否存在相互间的短路；或其它信号线的短路，由于本设计的印刷电路板布线密度较高，出现了两处因工艺原因造成短路，短路点用刻刀断开。对于样机所用的电源事先做了单独调试，调试好后，检查其电压值、负载能力、极性等均符合要求，然后加到系统的各个部件上。在不插片子的情况下，加电检查各插件上引脚的电位，仔细测量各地点电位是否正常，还特别注意单片机插座上的各点电位是否正常。

第六章技术经济分析随着现代人收入水平的不断提高，现代人已经越来越“懒”。把家务劳动尽量最大限度地简单化、方便化，以省下更多的