基于GSM手機的無線遙控系統(tǒng)

方華超

(安徽工業(yè)大學(xué)電氣信息學(xué)院，安徽馬鞍山243002)

1.引言

無線遙控系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，傳統(tǒng)的無線電遙控系統(tǒng)由發(fā)射機和接收機組成，其作用距離主要取決于發(fā)射機的發(fā)射功率和接收機的接收靈敏度。操作者必需攜帶發(fā)射機，當(dāng)遙控距離較遠時發(fā)射功率就要隨之增大。

目前GSM（全球通）公眾移動通信網(wǎng)技術(shù)成熟可靠、覆蓋范圍廣并且使用人數(shù)眾多。

以普通GSM手機作為遙控系統(tǒng)的發(fā)射機，配以專用的遙控接收機，使用GSM系統(tǒng)中的電路交換模式，可以在GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域內(nèi)可靠地工作。

2.遙控接收機

接收機由微控制器、GSM模塊、DTMF解碼、語音提示、輸出驅(qū)動和檢測幾部分組成。（圖1中省略了電源電路和復(fù)位電路以及GSM模塊的SIM卡電路）

微控制器選用的是Silicon Lab公司的C8051F020。

其P0.0和P0.1作為串行通信接口與SIM 100的串口相連。通過符合GSM 07.07標(biāo)準(zhǔn)的AT命令來控制SIM 100模塊的工作。

GSM模塊用的是Sim com公司的SIM 100。它是GSM/GPRS雙頻模塊，可工作于900MHz和1800MHz頻段，為語音傳輸、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。該模塊集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，適合開發(fā)一些GSM/GPRS的無線應(yīng)用產(chǎn)品。

DTMF譯碼用的是Holtek公司的HT9172。SIM 100的音頻輸出與HT9172的音頻輸入采用差分電路相連。DTMF信號經(jīng)過HT9172譯碼后得到二進制數(shù)據(jù)從D0～D3送給C8051F020的P3.0～P3.3。當(dāng)一個有效的DTMF信號被譯出時，HT9172的DV端變?yōu)楦唠娖?，通知C8051F020讀數(shù)據(jù)。

當(dāng)操作者在手機上按下代表設(shè)備號或操作碼的按鍵，SIM 100就從音頻端輸出和按鍵號對應(yīng)的DTMF信號，經(jīng)過HT9172譯碼，該信號的二進制信息就送到了C8051F020。

語音電路用的是ZY1730，它的音頻輸出經(jīng)衰減后接到SIM 100的音頻輸入端。工作在微控制器模式（SPI模式），C8051F020通過P0.2、P0.3、P0.4和P3.4四根線與其相連。它可以保存30秒的語音信息并且能靈活地分段存放。預(yù)先將所需要的語句、字和詞等聲音信息分段錄在ZY1730的存儲區(qū)中，由C8051F020調(diào)用音頻信息輸出作為聲音提示。

輸出驅(qū)動（包括被控設(shè)備的狀態(tài)檢測）就是通常所用的常規(guī)電路。其中P7.0、P7.1控制的設(shè)備是磁保持繼電器。電路如圖2所示。

被控設(shè)備的狀態(tài)檢測電路分為開關(guān)量檢測和模擬量檢測。開關(guān)量檢測就是常用的開關(guān)量輸入電路。

模擬量檢測利用了C8051F020片內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換功能，將需要檢測的模擬量經(jīng)過量程變換和隔離后送到C8051F020的AIN0端口，C8051F020將其結(jié)果通過聲音提示遙控操作者。圖3所示是其中一路被控設(shè)備的電流檢測電路。

3.編碼

為避免由于誤操作而造成的事故，遙控系統(tǒng)采用二次操作方式。第一次操作是選擇被控對象的設(shè)備號，接收機將收到的被控對象的設(shè)備號經(jīng)反向信道傳送給操作者確認(rèn)。操作者若發(fā)現(xiàn)設(shè)備號選錯了，可取消重選。若認(rèn)為正確無誤，第二次才選擇操作碼。接收機根據(jù)所收到的操作碼控制被控對象作相應(yīng)的動作，然后再將被控對象的狀態(tài)經(jīng)由反向信道告知操作者。

操作碼的編碼規(guī)則：

遙控系統(tǒng)的功能較為簡單，主要分為接通設(shè)備、斷開設(shè)備、查看設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)（接通、斷開還是異常）。編碼分功能碼和操作碼兩類。

功能碼中接通設(shè)備編碼為：20+設(shè)備號+＊

斷開設(shè)備編碼為：30+設(shè)備號+＊

查看設(shè)備編碼為：50+設(shè)備號+＊

例如：準(zhǔn)備接通3號設(shè)備，其編碼就是2 0 3＊四個字符。3是設(shè)備號，＊是指令結(jié)束符。遙控操作時在手機上依次按下這四個鍵。

操作碼分為接通、斷開和取消三種。

9 7＊是接通所選擇的設(shè)備

8 6+＊是斷開所選擇的設(shè)備

7＊是取消選擇

表1 編碼表

4.操作

遙控操作過程：

(1)第一步：建立鏈路

在普通GSM手機上呼叫SIM 100模塊中SIM卡的號碼。（作為接收機所在的遙控終端的地址碼）

Sim 100模塊接收到該呼叫后從其串行接口向C8051F020輸出以下用ASCII碼字符表示的信息：

RING

+CLIP：“主叫號碼”，129

如果C8051F020收到的主叫號碼與事先存儲的號碼不相符，就發(fā)送ATH（CR）命令予以拒絕。

如果主叫號碼與事先存儲的號碼相符，就發(fā)送ATA（CR）命令應(yīng)答。并控制語音電路向主叫方（也就是發(fā)射機的操作者）播放提示音，并檢查主叫方（操作者）是否合法。如果操作者不合法，則發(fā)ATH（CR）命令掛機收線。如果操作者合法，就提示繼續(xù)操作。

(2)第二步：

1)接通設(shè)備

如果操作者想接通x號設(shè)備，就可以在其手機上依次按下2、0、x、＊四個鍵。接收機收到該信息后，經(jīng)由反向信道用語音向其提示x號設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)（接通/斷開/異常）。

如果操作者想選擇的不是x號設(shè)備，則可以按下7、＊兩個鍵，將其取消。重新選擇設(shè)備號。

如果操作者是想選擇接通該號設(shè)備，就可以再按9、7、＊三個鍵，接收機收到后就發(fā)出將該號設(shè)備接通的指令。然后通過檢測電路把該號設(shè)備的狀態(tài)（已經(jīng)接通），經(jīng)由反向信道用語音告知操作者。

如果檢測電路返回的信息是該號設(shè)備沒有接通，接收機則向操作者告知該號設(shè)備出現(xiàn)異常，此時接收機的微控制器將調(diào)用異常狀態(tài)處理程序（按照故障安全導(dǎo)向原則處理）。

2)斷開設(shè)備

如果操作者想斷開x號設(shè)備，就可以在其手機上依次按下3 0 x＊四個鍵。接收機收到該信息后，經(jīng)由反向信道用語音向其提示該號設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)（接通/斷開/異常）。

如果操作者想選擇的不是該號設(shè)備，則按下7、＊兩個鍵，重新選擇設(shè)備號。

如果操作者是想選擇斷開該號設(shè)備，就可以再按下8、6、＊三個鍵，接收機收到后就發(fā)出將該號設(shè)備斷開的指令。然后通過檢測電路把該號設(shè)備的狀態(tài)（已經(jīng)斷開），經(jīng)由反向信道告知操作者。

如果檢測電路返回的信息是該號設(shè)備沒有斷開，接收機則經(jīng)由反向信道向操作者告知該號設(shè)備出現(xiàn)異常。此時接收機的微控制器將調(diào)用異常狀態(tài)處理程序（按照故障安全導(dǎo)向原則處理）。

3)查看設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)

如果操作者想查看x號設(shè)備的狀態(tài)（接通/斷開/異常），就可以在其手機上依次按下5、0、x、＊四個鍵。接收機將向其提示該號設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)（接通/斷開/異常）。

該號設(shè)備操作完成之后，可以繼續(xù)選擇操作其它號設(shè)備。

若操作完畢，選擇掛機，就可以結(jié)束本次操作。

5.結(jié)束語

遙控系統(tǒng)的重要指標(biāo)是可靠和及時。由于GSM系統(tǒng)的信道編碼是具有前向糾錯功能的卷積碼，而且本文還采用交織技術(shù)和跳頻技術(shù)用以提高抗干擾能力，因此只要天線信號強度符合GSM網(wǎng)絡(luò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求（語音通話清晰不掉線），在實測試驗中還未發(fā)現(xiàn)誤動或拒動現(xiàn)象。從按下發(fā)射機（手機）操作碼的＊鍵到遙控接收機對應(yīng)的開關(guān)量輸出端動作，其延時約0.7秒左右，該延時與遙控距離的關(guān)系不大，主要是GSM系統(tǒng)本身的原理造成。

遙控系統(tǒng)使用時，操作者距離被控設(shè)備較遠，且被控設(shè)備一般處于無人值守狀態(tài)，一旦有意外情況發(fā)生，將很難采取補救措施。所以在選擇遙控設(shè)備時要認(rèn)真仔細(xì)地加以評估，尤其是在被控設(shè)備突遇停電和供電突然恢復(fù)的情況下，以及當(dāng)遙控系統(tǒng)失效時，所控設(shè)備不至于發(fā)生嚴(yán)重的后果。GSM網(wǎng)絡(luò)的可靠性是很高的，即使所在蜂窩小區(qū)基站故障，GSM系統(tǒng)也會自動切換到相鄰的基站繼續(xù)工作。

導(dǎo)致遙控系統(tǒng)失效的原因，一般是作為發(fā)射機的手機電池電力不足，手機故障和丟失。其次是接收機驅(qū)動接口的電路故障。

[1] SIM 100(SIM 100-E)用戶手冊V01.01 SIMCOM有限公司.

[2] GSM 07.07：Digital cellular telecommunications(Phase 2+)；AT command set for GSM Mobile Equipment(ME).

[3] HT9172 DTMF Receiver Holtek Semiconductor Inc.http：//www.holtek.com.tw.

[4] C8051F020/1/2/3 ISPFLASH MCU Fam ily（Rev 1.4 2005.2）.Silicon Laboratories Inc.http：//www.silabs.com.

[5] ZY1730使用指南（Rev 1.0）廣州致遠電子有限公司Date：2007/09/03.http：//www.embedcontrol.com.