摘要：本文闡述了一種由GSM模塊、飛思卡爾單片機控制單元以及無線收發(fā)模塊構(gòu)成的智能車內(nèi)環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，分析了其硬件電路設(shè)計方案和軟件設(shè)計流程。該系統(tǒng)中，GSM模塊采用TC35，用來實現(xiàn)與飛思卡爾單片機的數(shù)據(jù)通信；無線收發(fā)模塊采用藍(lán)牙芯片BC417143，用來實現(xiàn)主控單元與被控單元之間的短距離無線通信。該系統(tǒng)利用GSM手機的短消息功能實現(xiàn)對車內(nèi)環(huán)境的遠(yuǎn)程控制與遠(yuǎn)程報警，方案簡單可行，具有明顯的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：MC9S12DG128,GSM,SMS,遠(yuǎn)程控制

1引言

隨著GSM無線遠(yuǎn)程通訊技術(shù)的發(fā)展和完善，利用GSM短信息業(yè)務(wù)來實現(xiàn)智能化、人性化的車內(nèi)環(huán)境已逐步被人們接受。SMS是通過移動網(wǎng)絡(luò)，用手機來收發(fā)簡短文本信息的一種通信機制，是GSM系統(tǒng)中最為簡單和方便的數(shù)據(jù)通信方式。SMS采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式，通過短信息中心SMC存儲轉(zhuǎn)發(fā)完成短消息的收發(fā)，從而實現(xiàn)了安全、及時的點到點的通訊。利用手機短信遠(yuǎn)程監(jiān)視并控制車內(nèi)設(shè)備成為一種簡單易行的方法。用戶通過發(fā)送一條短信即可實現(xiàn)對汽車車內(nèi)環(huán)境的智能控制，突破了現(xiàn)場操作模式的局限。本文介紹的智能車內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)采用GSM模塊進(jìn)行短信收發(fā)，以16位飛思卡爾微處理器來取代8位單片機作為主控單元，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程報警等功能。

2系統(tǒng)方案設(shè)計

該系統(tǒng)由GSM模塊、MCU控制模塊（含時鐘模塊、電源模塊、鍵盤模塊、顯示模塊等外圍電路）、無線收發(fā)模塊、接口驅(qū)動電路和檢測模塊等構(gòu)成，其系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)硬件電路圖框

該系統(tǒng)主要實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程報警兩大功能。遠(yuǎn)程控制命令：用戶通過手機將控制信號以短信的形式通過GSM網(wǎng)發(fā)送到GSM模塊，GSM模塊采用AT的形式將短信內(nèi)容傳送到主MCU,主MCU隊接收到的命令進(jìn)行分析出來后，通過無線收發(fā)模塊將其發(fā)送到從MCU，并進(jìn)一步控制相應(yīng)的照明或電器設(shè)備的打開與關(guān)斷，從而實現(xiàn)對車內(nèi)環(huán)境的遠(yuǎn)程智能控制。遠(yuǎn)程報警：從MCU通過檢查模塊定時檢測車內(nèi)的煙霧、溫度等各項指標(biāo)，若是車內(nèi)溫度過高或過低以及火災(zāi)等險情，系統(tǒng)將立即切斷相關(guān)電源、啟動報警，并向指定的手機發(fā)送報警短信。以此實現(xiàn)對車內(nèi)環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3硬件電路設(shè)計

MCU采用的是MC9S12DG128，它是一個以16位中央處理器為核心的16位微控制器，128K字節(jié)的FlashEEPROM存儲器，8K字節(jié)的RAM，2K字節(jié)的EEPROM，兩個8通道模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），溫度傳感器在芯片內(nèi)部被連接到AN00輸入通道上，可通過A/D轉(zhuǎn)換到數(shù)字量。兩個異步串行通信接口，系統(tǒng)中通過UART完成于GSM模塊的通信。以MC9S12DG128為主控芯片的控制模塊硬件電路如圖所示。

圖2系統(tǒng)板原理圖

MC9S12DG128與TC35的數(shù)據(jù)接口采用串口通信，數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)、1為停止位、無校驗位。有與數(shù)據(jù)通信電路中TC35數(shù)據(jù)接口工作在CMOS電平，而MC9S12DG128芯片工作在TTL電平。所以在MC9S12DG128與TC35之間加入了電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，以保證串口通信。這里將引腳PS1、PS0直接當(dāng)UART的Tx和Rx管腳使用。

圖3串口轉(zhuǎn)換電路

無線收發(fā)模塊采用CSR公司的藍(lán)牙芯片BC417143，該芯片適合于短距離無線通信，有無線射頻模塊和自載天線，具有可變波特率，并且使用AT指令來進(jìn)行控制。改模塊負(fù)責(zé)主MCU和從MCU的連接建立及其之間的相互通信。

檢測模塊包括煙感報警器、CO傳感器以及溫度傳感器。煙感報警器采用NIS-09C，連接到AN01管腳，能夠有效探測引燃火災(zāi)的發(fā)生，并具有獨立的報警器；在火災(zāi)發(fā)生初期，當(dāng)車內(nèi)煙濃度超過設(shè)定的門限值時，離子感煙探頭底座上的指示燈將點亮，同時送出報警電壓信號。在輸入回路中，離子感煙探測器內(nèi)的接口電路十分關(guān)鍵。通過探測器接口電路可以將探頭報警電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌l率的電信號傳送到控制器．由控制器判別處理確定火災(zāi)報警發(fā)生位置，具有對火災(zāi)進(jìn)行早期預(yù)報功能。

圖4信號處理電路

CO傳感器使用MGS1100，連接管腳AN03，用于環(huán)境CO含量報警，并設(shè)定一定的閾值達(dá)到報警的信號。由于元件的本身特性決定了其阻值會隨著周圍環(huán)境溫度的變化產(chǎn)生明顯的漂移，致使測量電路的輸出產(chǎn)生零點漂移，漂移過大會造成測量的不靈敏或過靈敏，使整機的可靠性下降。為此，根據(jù)器件的特性曲線，我們給測量添加了補償電路，進(jìn)行溫度補償。其中RT為熱敏電阻，RS為傳感器電阻。

圖5基本測量電路圖

圖6溫度補償電路

溫度傳感器選用DS18B20，通過PB4口來獲得傳感器檢測溫度的數(shù)字量信號。DSl820的特性：1）單線接口：僅需一根口線與MCU連接無需外圍元件，由總線提供電源。2）測溫范圍為．55℃～125℃，精度為O．5℃，九位溫度讀數(shù)，A／D變換時間為200ms，用戶自設(shè)定溫度報警上下線，其值是非易失性的。DSl8B20的測溫原理：內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)，低溫時振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時振蕩器的脈沖無法通過門電路。計數(shù)器設(shè)置為-55"C時的值，如果計數(shù)器到達(dá)0之前，門電路未關(guān)閉，則溫度寄存器的值將增加，這表示當(dāng)前溫度高于-55℃。同時，計數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補償，計數(shù)器重新開始計數(shù)直到回零。

圖6DS18B20接口電路

4系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1SMS手機短信業(yè)務(wù)及AT命令

SMS信息通常有兩種模式：TEXT模式和PDU模式。TEXT模式和PDU模式同樣使用AT命令來實現(xiàn)發(fā)送段信息的功能，雖然TEXT模式具有操作簡單的優(yōu)勢，但不能發(fā)送和接收中文字符；而PDU模式中，可以發(fā)送英文字母、符號、漢字等多種字符集，同時PDU模式可以直接對協(xié)議用戶單元數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，是絕大多數(shù)手機默認(rèn)的模式。為了保證系統(tǒng)的廣泛適用性，本文采用PDU模式收發(fā)短信息。PDU模式，從結(jié)構(gòu)上可以分為信息頭和信息體兩部分，信息頭中包括信息中心號碼、信息類型、被叫地址和字符集選擇等信息。PDU模式支持不同的編碼格式，可以輕松的萬車工數(shù)據(jù)采集工作：7bit，8bit和UCS2編碼。7bit編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符；8bit編碼用于發(fā)送數(shù)據(jù)信息；而UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。

AT命令是指GSM模塊和外部MCU通過串口協(xié)議互相通信的一套命令集。MCU可以通過串口接口直接向GSM模塊下發(fā)AT命令，完成電話撥號、短信手法以及各種參數(shù)與功能的設(shè)置、實現(xiàn)命令控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。與SMS手法短信有關(guān)的GSMAT命令如下：

AT+CMGC:發(fā)送一條短消息命令

AT+CMGD:刪除SIM卡內(nèi)存的短消息

AT+CMGF:選擇短消息信息格式：0-PDU;1-文本

AT+CMGR:讀出短消息

AT+CMGS:發(fā)送短消息

AT+CMGW:向SIM內(nèi)存中寫入待發(fā)的短消息

AT+CMSS:從SIM內(nèi)存中發(fā)送短消息

AT+CSCA:設(shè)置短信息服務(wù)中心地址

AT+CNMI:顯示新收到的短消息

4.2軟件流程設(shè)計

控制設(shè)備上電后，首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括串口的初始化、GSM（T35）模塊的初始化和藍(lán)牙模塊的初始化。然后由主MCU檢測GSM模塊是否接收到新短信，當(dāng)有新信息送來時，系統(tǒng)通過AT命令將短信內(nèi)容傳送到主MCU，主MCU確認(rèn)接收到的信息是控制命令后，將按期轉(zhuǎn)換為控制信號并通過藍(lán)牙主模塊發(fā)送出去，相應(yīng)的藍(lán)牙從模塊負(fù)責(zé)接收并將該控制信息傳送給從MCU時期控制相應(yīng)的電路或照明設(shè)備；操作結(jié)束后系統(tǒng)再通過GSM模塊向用戶返回操作信息。遠(yuǎn)程控制的軟件流程圖如下。

遠(yuǎn)程報警通過中斷服務(wù)子程序完成。系統(tǒng)上電后，從MCU對與傳感器連接的I/O進(jìn)行循環(huán)檢測。當(dāng)車內(nèi)溫度過高或過低、CO含量過高等情況是，相應(yīng)的傳感器將采樣到的信號傳送到I/O口，軟件獲得該信號后啟動中斷相應(yīng)并進(jìn)入中斷服務(wù)子程序進(jìn)行相關(guān)的處理，同時向指定手機發(fā)送報警信息。

5結(jié)束語

SMS作為GSM的一種增值服務(wù)，隨著GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的不斷擴大，得到了迅速發(fā)展，它具有傳輸速度快、費用低、不占用語音通信通道等特點，因而在遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文介紹的智能車內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)，以MC9S12DG128為控制核心，通過GSM網(wǎng)絡(luò)，利用手機的短信息功能實現(xiàn)對車內(nèi)環(huán)境的智能控制和遠(yuǎn)程報警，該系統(tǒng)實現(xiàn)了源距離無線雙向通信，使用范圍廣，具有廣闊的市場前景。

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