基于SMS的智能家居遠(yuǎn)程控制模塊設(shè)計(jì)

許林+葉瑋瓊+成凱麗

摘?要：本文主要利用串口通信技術(shù)和AT指令集設(shè)計(jì)了一個(gè)基于短信（SMS）的遠(yuǎn)程控制模塊。用戶可通過手機(jī)發(fā)送短信實(shí)現(xiàn)對(duì)接入主機(jī)的家居設(shè)備控制。文章闡述了該控制模塊的硬件設(shè)計(jì)、PDU模式下短息編碼規(guī)則、軟件設(shè)計(jì)等內(nèi)容，搭建一個(gè)以三星S3C2440處理器為核心的控制平臺(tái)用以完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理。該設(shè)計(jì)基于GSM通信系統(tǒng)，保證了控制模塊具有很強(qiáng)的可靠性和穩(wěn)定性。該模塊經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了其可行性，為工程應(yīng)用提供了一種解決方案。

關(guān)鍵字：GSM;短消息服務(wù);AT指令;串口通信;智能家居

中圖分類號(hào)：?TP399???????????????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Design??of??Intelligent??Home??Furnishing?Remote??Control??Module??Based??on??SMS

XuLin*，Ye?WeiQiong，Cheng?KaiLi

（School?of?Computer?and?Communication，?Hunan?University?of?Technology，?HuNan?Zhuzhou??412000，?China）

Abstract：This?paper?using?serial?communication?technology?and?AT?instruction?set?to?design?a?remote?control?module?based?on?SMS.?The?user?can?through?the?mobile?phone?to?send?text?messages?to?control?the?Home?Furnishing?equipment?which?bring?in?control?center.This?paper?introduces?the?design?of?hardware，?analyzes?SMS?encoding?rules?under?the?PDU?mode，software?design?about?the?module，?and?built?a?control?platform?based?on?Samsung?S3C2440?processor?as?the?core?to?finished?data?processing.?The?design?of?communication?system?based?on?GSM，?make?sure?the?control?module?has?strong?reliability?and?stability.?The?module?tests?to?validate?its?feasibility，?provides?a?solution?for?the?application?in?engineering.

Key??words?：GSM;SMS;AT;Serial?communication;Intelligent?Home?Furnishing

1?引言

智能家居是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)接入主機(jī)的各種家居子系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的控制和管理，以實(shí)現(xiàn)一種全新的家居體驗(yàn)。常使用智能手機(jī)或平板電腦作為控制終端實(shí)現(xiàn)對(duì)家居子系統(tǒng)的控制和管理。本文所設(shè)計(jì)的控制模塊基于傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)，通過SMS（短信息服務(wù)），結(jié)合計(jì)算機(jī)串行通信技術(shù)，采用AT指令的通信方式實(shí)現(xiàn)對(duì)接入主機(jī)的家居子系統(tǒng)的控制和管理[1]。相對(duì)于依靠智能手機(jī)或平板電腦使用APP（Application）的控制方式，采用傳統(tǒng)的GSM短消息方式則更加方便快捷，并且保證了非智能機(jī)用戶和老人同樣可享受智能家居所帶來的全新體驗(yàn)。本文主要介紹控制模塊的硬件設(shè)計(jì)、短消息的編碼與解碼、控制模塊軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。

2?硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

控制模塊硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，硬件設(shè)計(jì)主要包括以三星S3C2440微處理器為核心搭建的控制平臺(tái)、GPRS-Modem經(jīng)通用異步收發(fā)器（UART）接入控制平臺(tái)、家電設(shè)備通過I/O總線擴(kuò)展接入控制平臺(tái)。

硬件結(jié)構(gòu)主要包括嵌入式微處理器和GPRS/GSM通信模塊，其中微處理器采用韓國(guó)三星公司的一款基于ARM?920T內(nèi)核的嵌入式微處理器S3C2440，該處理器主要面向手持設(shè)備以及高性價(jià)比、低功耗的應(yīng)用場(chǎng)景，且具有功耗低、外設(shè)接口齊全的特點(diǎn)?[2]?。GPRS/GSM通信模塊選用西門子公司生產(chǎn)的TC35i，支持GSM900/GSM1800MHz雙頻、1個(gè)RS-232串口接口、串口速率1200bps～115200bps。

串行通信是完成處理器單元和外設(shè)之間數(shù)據(jù)通信的常用方式，在使用串口通信之前需對(duì)串口進(jìn)行初始化配置。串口使用過程包括三部分：打開串口、配置串口、數(shù)據(jù)傳輸。本文采用RS-232C串行接口，其中電壓在-3V～15V表示邏輯0、+3V～+15V表示邏輯1。

處理方式方式

短消息服務(wù)（SMS）是GSM通信系統(tǒng)所提供的一種數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。通信特點(diǎn)是源端與目標(biāo)端不需要建立連接，源端將短信內(nèi)容和目標(biāo)號(hào)碼發(fā)送至短信服務(wù)中心暫存，當(dāng)目標(biāo)端接入GSM網(wǎng)絡(luò)后，短信服務(wù)中心將短信內(nèi)容發(fā)送到目標(biāo)端。GSM系統(tǒng)支持三種模式的短消息服務(wù)協(xié)議：Block?Mode、Text?Mode、PDU?Mode。如今最常用的是PDU模式，其特點(diǎn)是可以傳輸除ASCII以外的漢字、圖像等數(shù)據(jù)。在PUD模式中短信內(nèi)容可分為三種編碼方式：7bit編碼、8bit編碼、UCS2編碼。本文采用的是PDU模式下的UCS2編碼方式，此編碼方式最大特點(diǎn)在于支持Unicode（統(tǒng)一碼）字符集，支持中文短信發(fā)送，一次性最大可傳輸70個(gè)字符[3]。

3.1?短信服務(wù)相關(guān)的AT指令

AT（Attention）指令集是一套用于從終端設(shè)備（Terminal?Equipment，TE）到終端適配器（Terminal?Adapter，TA）之間數(shù)據(jù)交換的指令集合，AT指令是目前手機(jī)通訊中最常用的控制指令，?通過它可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)的撥號(hào)、發(fā)短信等功能。本文所設(shè)計(jì)的控制模塊使用AT指令實(shí)現(xiàn)GPRS-Modem與控制平臺(tái)之間數(shù)據(jù)通信，完成短信的接收、短信發(fā)送、以及其他數(shù)據(jù)的傳輸功能。短消息服務(wù)中常用的AT指令有[4]：

AT+CSMS??//選擇GSM的SMS業(yè)務(wù);

AT+CMGF??//選擇短信格式?1：Text模式，0：PDU模式;

AT+CMGR??//讀取短信;

AT+CMGS??//發(fā)送短信;

AT+CMGD??//刪除短信;

AT+CSCA??//短信中心號(hào)碼;

3.2短信息的編碼規(guī)則分析

本文所描述的短信服務(wù)采用PDU模式下UCS2的編碼規(guī)則。UCS2?編碼是指將單個(gè)的字符按IEC10646?的規(guī)定，轉(zhuǎn)變?yōu)?6?位的Unicode?寬字符，即將單個(gè)的字符轉(zhuǎn)換為由四位的‘0-‘9、‘A-‘F的數(shù)字和字母組成的字符串。中文編碼嚴(yán)格按照Unicode字符編碼規(guī)則進(jìn)行編碼，英文編碼時(shí)，由于其本身為一個(gè)ASCII碼，則在ASCII前加0補(bǔ)齊Unicode格式的16個(gè)字符即可。當(dāng)完成對(duì)短信內(nèi)容的編碼，接著就開始進(jìn)行PDU?字串的編制。PDU字串同樣為一個(gè)由‘0-‘9、‘A-‘F組成的ASCII碼串[5]?。PDU字串基本組成元素如表1所示：

表1?PDU字串組成元素

控制模塊選取“客廳燈”和“客廳空調(diào)”這兩個(gè)家居子系統(tǒng)作為模擬測(cè)試對(duì)象，對(duì)這兩個(gè)子系統(tǒng)的控制命令包括開客廳燈、關(guān)客廳燈、開客廳空調(diào)、關(guān)客廳空調(diào)，與之對(duì)應(yīng)的短信內(nèi)容為命令大寫首字母組合，對(duì)應(yīng)的UCS2編碼如表2所示?？刂浦行脑跈z測(cè)到命令控制完成后，需將控制結(jié)果回饋給客戶手機(jī)端，具體回復(fù)內(nèi)容包括成功開啟、成功關(guān)閉、控制失敗，對(duì)應(yīng)的短信內(nèi)容和UCS2編碼如表3所示：

表2?控制命令編碼對(duì)應(yīng)表

控制命令選取“開客廳燈”為例進(jìn)行短信解碼分析，手機(jī)編輯短信內(nèi)容“KKTD”以控制平臺(tái)綁定號(hào)碼為目標(biāo)地址發(fā)送短信。則控制平臺(tái)接收短信主要通信過程如下所示：

AT??//向Modem發(fā)送AT命令;

OK??//Modem回復(fù)OK，表示連接成功;

AT+CMGR=1?//從Modem讀取SIM卡里的第一條短信;

+CMGR：???//Modem返回SIM卡中的短信數(shù)據(jù);

>0891683108200505F0240D91683150781765F100084190102103000004

>4B4B5444

AT+CMGD=1??//刪除SIM卡中第一條短信;

從Modem返回的數(shù)據(jù)中第一行是短信的相關(guān)屬性，例如短息的發(fā)送者、短信中心號(hào)碼、發(fā)送時(shí)間、短信內(nèi)容長(zhǎng)度等，第二行表示短信的內(nèi)容。

根據(jù)PDU字串組成元素表以及短信服務(wù)接收端的編碼格式對(duì)收到的字串解碼，結(jié)果如表4所示：

表4?PDU接收字串組成格式

短信解析結(jié)果為：短信服務(wù)中心號(hào)碼是+8613800100500，發(fā)送方號(hào)碼是13058771561，短信內(nèi)容是“KKTD”，發(fā)送時(shí)間是：2014-09-01?12：30：00。

控制結(jié)果選取“成功開啟”為例進(jìn)行反饋過程短信編碼分析，目的為向13058771561發(fā)送一條短信，短信內(nèi)容為：“成功開啟”。根據(jù)PDU字串組成元素表以及短信服務(wù)發(fā)送端的字串格式進(jìn)行PDU字串的構(gòu)造，構(gòu)造結(jié)果如表5所示：

表5?PDU發(fā)送字串組成格式

0891683108100005F031000D91683150781765F10000A7??08??6210529F5F00542F;

PDU?Type：31?表示要求發(fā)送回復(fù);

格式化的短信中心號(hào)碼：0891683108100005F0;

計(jì)算短信長(zhǎng)度：PDU字串長(zhǎng)度除以2結(jié)果用十進(jìn)制表示?46位/2=23;

控制平臺(tái)使用AT指令發(fā)送短信過程如下所示：

AT???//向Modem發(fā)送AT;

OK???//Modem返回OK表示連接成功;

AT+CMGF=0??//指明短信模式為PDU模式;

OK???//Modem就緒;

AT+CMGS=23?//發(fā)送短信，指明短信長(zhǎng)度23;

>?0891683108100005F031000D91683150781765F10000A7086210529F5F00542F（">"表示輸入發(fā)送內(nèi)容：短信中心號(hào)碼+PDU字串Ctrl+Z發(fā)送，串口有OK回復(fù)表示短信發(fā)送成功）

4軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

控制模塊軟件設(shè)計(jì)主要包括GPRS-Modem、控制平臺(tái)、控制程序三部分。軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2?模塊軟件設(shè)計(jì)框圖

GPRS-Modem通過接收來自控制平臺(tái)的AT指令，完成對(duì)短息的接收和發(fā)送。

控制平臺(tái)完成系統(tǒng)上電初始化、對(duì)接收到PDU字串的解析以及反饋信息的PDU字串的構(gòu)造等功能。系統(tǒng)上電后首先對(duì)串口進(jìn)行初始化配置，配置串口相關(guān)的主要參數(shù)有：波特率為115200bps、無奇偶校驗(yàn)位、停止位1位、數(shù)據(jù)位8位、采用硬件流控等。完成對(duì)串口配置后從控制平臺(tái)向Modem發(fā)送命令：“AT”，若串口回復(fù)“OK”則表示串口配置成功。完成初始化后，若檢測(cè)SIM卡中有短信到達(dá)，通過AT+CMGR指令從Modem讀取SIM卡里信息，在控制平臺(tái)中完成對(duì)短息的解析，解析過程如上文分析所示。解析完成后將解析的命名交給控制程序進(jìn)行命令控制操作，最后使用AT+CMGD指令刪除SIM卡里的信息。

控制程序設(shè)計(jì)為一個(gè)多道分支程序，以接收到的短信內(nèi)容作為參數(shù)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的分支，執(zhí)行具體的控制操作，控制完成后將控制結(jié)果返回給控制平臺(tái)完成對(duì)控制結(jié)果的編碼和PDU字串構(gòu)造處理。使用AT+CMGS指令將回饋信息發(fā)送回用戶手機(jī)。

5結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種基于SMS的智能家居遠(yuǎn)程控制模塊，文章闡述了短信息服務(wù)的原理和AT指令集等內(nèi)容。GSM網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋面廣且遠(yuǎn)距離通信可靠性高等特點(diǎn)，模塊依賴于GSM網(wǎng)絡(luò)能保證控制過程的穩(wěn)定、可靠。短消息服務(wù)（SMS）具有操作方便、實(shí)時(shí)性好、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，以手機(jī)作為控制終端使得控制操作簡(jiǎn)單靈活，同時(shí)免去了對(duì)用戶端的開發(fā)，降低研發(fā)成本。本文設(shè)計(jì)的控制模塊經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證成功，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了一種快速、高效的遠(yuǎn)程控制解決方案。

參考文獻(xiàn)

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