基于Android客戶端GSM短信模塊的遠(yuǎn)程澆花系統(tǒng)

陳立剛，馮偉偉，周智穎，陳　碩，臧恒科，張昌平，馬國利

（濱州學(xué)院 光電信息工程研究中心，山東 濱州　256603）

基于Android客戶端GSM短信模塊的遠(yuǎn)程澆花系統(tǒng)

陳立剛，馮偉偉，周智穎，陳碩，臧恒科，張昌平，馬國利

（濱州學(xué)院 光電信息工程研究中心，山東 濱州256603）

利用Android平臺客戶端GSM短信模塊，結(jié)合51系列單片機及溫濕度傳感器采集并發(fā)送數(shù)據(jù)信息，通過TC35I模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，設(shè)計實現(xiàn)了具有多功能的遠(yuǎn)程可控澆花。系統(tǒng)分為一款A(yù)PK軟件和一項智能操控的澆花硬件，具有將單片機與GSM短信模塊通訊方式轉(zhuǎn)為后臺服務(wù)、不受空間限制的指控操作和獲取實時信息等功能。該系統(tǒng)為現(xiàn)代化家居提供更為便利的服務(wù)，具有一定的推廣價值。

Android客戶端；SQLite數(shù)據(jù)庫；TC35I；無線通信

目前，隨著當(dāng)今社會節(jié)奏的加快，越來越多的商務(wù)人士疲于各種出差應(yīng)酬，很少有時間能夠照顧辦公室或者家中的盆栽植物，所以開發(fā)一款遠(yuǎn)程澆花系統(tǒng)勢在必行。伴隨運營商大力推廣手機3G/4G業(yè)務(wù)，各類客戶端應(yīng)用逐一興起，其中Android擁有更大的市場需求量[1]。隨著單片機與GSM通信（Global System for Mobile Communication，全球移動通信系統(tǒng)）的理論方法提出，為智能化家居提供了更大的發(fā)展空間[2]。澆花系統(tǒng)主要有近程單片機方式、WiFi控制方式等，但都需要用戶編輯既定格式繁雜的內(nèi)容進(jìn)行指定的澆水操作，且僅能實現(xiàn)有限距離范圍的控制，更存在嚴(yán)重依賴網(wǎng)絡(luò)的缺陷，因此在實際應(yīng)用中受到限制[3-9]。針對上述問題，本文提出了基于Android客戶端GSM短信模塊的遠(yuǎn)程澆花系統(tǒng)并成功組建，以APK（AndroidPackage，Android安裝包）方式代替用戶可視界面應(yīng)用，只需點擊即可完成，將上述指令問題轉(zhuǎn)為后臺服務(wù)，使得系統(tǒng)不僅能夠通過短信控制遠(yuǎn)在千里甚至萬里之外的澆花硬件系統(tǒng)實現(xiàn)澆花功能，而且能方便的依據(jù)簡冊溫度和濕度選擇實時澆花以及周期澆花。

1　總體方案設(shè)計

系統(tǒng)分為硬件和軟件兩大模塊。如圖1所示，系統(tǒng)包括手機端、TC35I模塊、51單片機、繼電器、溫濕度傳感器和澆花工具。界面發(fā)送指令至TC35I模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后通過串口發(fā)送至51單片機，使用時需要進(jìn)行握手認(rèn)證。再由單片機根據(jù)指令判斷驅(qū)動繼電器工作幫助澆花組件完成單次或周期性澆3花工作及返還溫濕度信息。單片機通過兩根I/O端口控制TC35I的開關(guān)機、復(fù)位等，通過串口與TC35I進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。從而完成多個信息傳輸，實現(xiàn)APK的多功能化。

2　軟件設(shè)計

2.1UI的功能定義

系統(tǒng)客戶端是作為用戶和系統(tǒng)交互的集合。該客戶端的基本功能如下：單次澆花、周期澆花、獲取信息和主機認(rèn)證。利用UI（User Interface，用戶界面）可定義控件完成繪制、數(shù)據(jù)和控制3大要素。首頁以UI TableView展示。

界面分4類功能：

1）單次/周期澆花：通過控件實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)控制端的通話，已達(dá)成基本功能。

2）獲取信息：利用UI label控件顯示用戶所需信息。

3）認(rèn)證主機：為避免多個終端控制，設(shè)置認(rèn)證功能以確定控制端編號。

4）修改：用戶可通過此端修改已認(rèn)證的控制信息。

圖1　系統(tǒng)總體方案Fig.1　General system formula

2.2SQLite數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)

SQLite是一款嵌入式的輕型數(shù)據(jù)庫，是遵守ACID關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它的占用資源非常低，處理速度快與其他數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)庫引擎和編譯器指揮數(shù)據(jù)庫的運行為系統(tǒng)提供擴展空間。

下面以部分單次周期澆花程序為例詳述：

根據(jù)主控單片機和TC35I模塊的通信變換設(shè)計總執(zhí)行程序，如圖2。

圖2　軟件設(shè)計的流程圖Fig.2　Flow chart the software design

3　硬件設(shè)計

硬件設(shè)計分為三大模塊：AT89C51單片機主控模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊和動作執(zhí)行模塊，如圖3。

3.1系統(tǒng)主控模塊

系統(tǒng)主控模塊的作用是通過由P0-P2引腳連接的各個模塊完成數(shù)據(jù)整合并反饋到界面。通過在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接頻率為11.0592MHz的晶體諧振器，再利用芯片內(nèi)部的振蕩電路構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路，RESET為復(fù)位輸入端。在該引腳輸入2個機器周期的高電平，將使得單片機復(fù)位。

3.2數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊

數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊用于溫濕度信息顯示和客戶端信息采集/發(fā)送。由GSM模塊和溫濕度傳感器顯示模塊構(gòu)成。

1）GSM短信模塊

采用GSM短信功能，可以使控制達(dá)到“零距離”，可以取代傳統(tǒng)的無線遙控[2]。TC35I模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。作為TC35I的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。

SIM100是一款集成完整的射頻電路和基帶處理器的雙頻模塊，為模塊通訊提供完備的數(shù)據(jù)接口。利用實現(xiàn)單片機執(zhí)行客戶端命令的向?qū)ё饔?。?dāng)用該模塊輸入、輸出引腳TXD和RXD通過單片機P3.0/P3.1建立通訊連接時，需要基于RTS0傳輸握手信號。

2）溫濕度傳感器及顯示模塊

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器包括一個電阻式感濕原件和一個NTC測溫軟件，并通過單片機P1.7雙向I/O端口與單片機進(jìn)行通信，將所采集的信息處理轉(zhuǎn)換由12864LCD顯示屏輸出。12864LCD是一種極低功耗的顯示器，具有清晰度高，信息量大等特點。本系統(tǒng)采用的是由點陣字符液晶顯示器件和專用的驅(qū)動器、控制器、結(jié)構(gòu)件等裝置配成的字符型液晶顯示模塊（LCM）。利用LCM的8位數(shù)據(jù)總線與單片機P0.0～P0.7雙向I/O端口聯(lián)系實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集監(jiān)測。

圖3　系統(tǒng)總電路原理圖Fig.3　Circuit diagram of system

3.3裝置執(zhí)行模塊

裝置執(zhí)行模塊的作用是執(zhí)行由單片機發(fā)出的指令，是系統(tǒng)的可視應(yīng)用模塊。分為按鍵模塊和抽水泵模塊。模塊由按鍵和發(fā)光二極管組成，一端接地，一端接單片機P1.1、P1.2接口，由程序?qū)崿F(xiàn)液晶顯示的控制。抽水泵模塊的作用是驅(qū)動電磁閥，使得繼電器閉合從而控制抽水灌溉功能。如圖8所示電路一端接地，一端接+5 V電源VCC，一端接到單片機P3.7引腳接收指令。

4　實測分析

利用在實驗室平臺對此系統(tǒng)進(jìn)行效果驗證，取得很好的效果。如圖4示，通過lxeplayer錄像器完成對演示的數(shù)據(jù)記錄，當(dāng)初始化啟動時界面顯示認(rèn)證密碼已確認(rèn)系統(tǒng)是否為一對一操作，顯示認(rèn)證成功，此時已完成主機認(rèn)證，開始瀏覽和實施功能，考慮到周期與單次可能具有重復(fù)性，在開啟周期后進(jìn)入單次界面設(shè)置有提醒，利用操作日志記錄系統(tǒng)的工作任務(wù)和完成情況。在實際操作中分別監(jiān)測了單次澆花、周期澆花、剩余水量和溫度采集等有關(guān)系統(tǒng)信息。以周期澆花為例說明系統(tǒng)執(zhí)行的工作完成情況，在后臺周期指令發(fā)出后對應(yīng)控制抽水泵的出水量為1 000 ml，持續(xù)10 s，與設(shè)置相符。澆水完成后在界面顯示反饋剩余水量及溫度，保障周期任務(wù)下花卉的生長環(huán)境，完整的實現(xiàn)系統(tǒng)的可行性。

圖4　測試界面圖Fig.4　Interface chart of the test system

5　結(jié)　論

文中提出了基于Android客戶端和GSM短信模塊的遠(yuǎn)程澆花系統(tǒng)。系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求完成單次/周期澆花、獲取花卉的溫濕度信息，完備的界面化可視操作精簡了單片機與GSM模塊的人工指令操作。系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的單片機澆花系統(tǒng)更具有快捷優(yōu)勢，硬件設(shè)計以單片機為控制核心，采用低功耗設(shè)計使系統(tǒng)工作時間更長。

系統(tǒng)經(jīng)測試效果良好，為現(xiàn)代化家居提供更為便利的服務(wù)，具有一定的推廣價值。

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System of watering in distance based on GSM SMS module on android client

CHEN Li-gang，F(xiàn)ENG Wei-wei，ZHOU Zhi-ying，CHEN Shuo，ZANG Heng-ke，ZHANG Chang-ping，MA Guo-li
（Department of Optical Engineering，BinZhou University，Binzhou 256603，China）

The system of watering in distance is designed by using the client of Android platform of GSM SMS module，combining 51Microcontroller with the temperature and humidity sensor to collect、send、and process the data with TC35i module.It can be divided into a APK software and a hardware for the intelligent control.The system can transform the communication between the 51Microcontroller and the GSM SMS Module into a background service，and there is no space limit to obtain the information on time.It can provide more convenient service for the modern life and would be popularized widely.

android Client；SQLite；TC35i；wireless communication

TN929-53

A

1674－6236（2016）01-0165-04

2015-04-22稿件編號：201504251

國家自然科學(xué)基金（41201368）；山東省高?？蒲邪l(fā)展計劃（J14LJ02）；濱州市科技發(fā)展計劃項目（2013ZC0401）；濱州學(xué)院科研項目基金項目（2013Y09）

陳立剛（1977—），男，山東德州人，博士，副研究員。研究方向：光電技術(shù)、偏振遙感，儀器測量與環(huán)境檢測。