摘要：本文闡述了一種由GSM模塊、飛思卡爾單片機(jī)控制單元以及無(wú)線收發(fā)模塊構(gòu)成的智能車(chē)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(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)流程。該系統(tǒng)中，GSM模塊采用TC35，用來(lái)實(shí)現(xiàn)與飛思卡爾單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信；無(wú)線收發(fā)模塊采用藍(lán)牙芯片BC417143，用來(lái)實(shí)現(xiàn)主控單元與被控單元之間的短距離無(wú)線通信。該系統(tǒng)利用GSM手機(jī)的短消息功能實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境的遠(yuǎn)程控制與遠(yuǎn)程報(bào)警，方案簡(jiǎn)單可行，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

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

1引言

隨著GSM無(wú)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(lái)實(shí)現(xiàn)智能化、人性化的車(chē)內(nèi)環(huán)境已逐步被人們接受。SMS是通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，用手機(jī)來(lái)收發(fā)簡(jiǎn)短文本信息的一種通信機(jī)制，是GSM系統(tǒng)中最為簡(jiǎn)單和方便的數(shù)據(jù)通信方式。SMS采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式，通過(guò)短信息中心SMC存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)完成短消息的收發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)了安全、及時(shí)的點(diǎn)到點(diǎn)的通訊。利用手機(jī)短信遠(yuǎn)程監(jiān)視并控制車(chē)內(nèi)設(shè)備成為一種簡(jiǎn)單易行的方法。用戶通過(guò)發(fā)送一條短信即可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)車(chē)內(nèi)環(huán)境的智能控制，突破了現(xiàn)場(chǎng)操作模式的局限。本文介紹的智能車(chē)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(lái)取代8位單片機(jī)作為主控單元，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程報(bào)警等功能。

2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由GSM模塊、MCU控制模塊（含時(shí)鐘模塊、電源模塊、鍵盤(pán)模塊、顯示模塊等外圍電路）、無(wú)線收發(fā)模塊、接口驅(qū)動(dòng)電路和檢測(cè)模塊等構(gòu)成，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程報(bào)警兩大功能。遠(yuǎn)程控制命令：用戶通過(guò)手機(jī)將控制信號(hào)以短信的形式通過(guò)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(duì)接收到的命令進(jìn)行分析出來(lái)后，通過(guò)無(wú)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(kāi)與關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境的遠(yuǎn)程智能控制。遠(yuǎn)程報(bào)警：從MCU通過(guò)檢查模塊定時(shí)檢測(cè)車(chē)內(nèi)的煙霧、溫度等各項(xiàng)指標(biāo)，若是車(chē)內(nèi)溫度過(guò)高或過(guò)低以及火災(zāi)等險(xiǎn)情，系統(tǒng)將立即切斷相關(guān)電源、啟動(dòng)報(bào)警，并向指定的手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信。以此實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3硬件電路設(shè)計(jì)

MCU采用的是MC9S12DG128，它是一個(gè)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(chǔ)器，8K字節(jié)的RAM，2K字節(jié)的EEPROM，兩個(gè)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(guò)A/D轉(zhuǎn)換到數(shù)字量。兩個(gè)異步串行通信接口，系統(tǒng)中通過(guò)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(wú)校驗(yàn)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(wú)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(wú)線通信，有無(wú)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(lái)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(cè)模塊包括煙感報(bào)警器、CO傳感器以及溫度傳感器。煙感報(bào)警器采用NIS-09C，連接到AN01管腳，能夠有效探測(cè)引燃火災(zāi)的發(fā)生，并具有獨(dú)立的報(bào)警器；在火災(zāi)發(fā)生初期，當(dāng)車(chē)內(nèi)煙濃度超過(guò)設(shè)定的門(mén)限值時(shí)，離子感煙探頭底座上的指示燈將點(diǎn)亮，同時(shí)送出報(bào)警電壓信號(hào)。在輸入回路中，離子感煙探測(cè)器內(nèi)的接口電路十分關(guān)鍵。通過(guò)探測(cè)器接口電路可以將探頭報(bào)警電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌l率的電信號(hào)傳送到控制器．由控制器判別處理確定火災(zāi)報(bào)警發(fā)生位置，具有對(duì)火災(zāi)進(jìn)行早期預(yù)報(bào)功能。

圖4信號(hào)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(bào)警，并設(shè)定一定的閾值達(dá)到報(bào)警的信號(hào)。由于元件的本身特性決定了其阻值會(huì)隨著周?chē)h(huán)境溫度的變化產(chǎn)生明顯的漂移，致使測(cè)量電路的輸出產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，漂移過(guò)大會(huì)造成測(cè)量的不靈敏或過(guò)靈敏，使整機(jī)的可靠性下降。為此，根據(jù)器件的特性曲線，我們給測(cè)量添加了補(bǔ)償電路，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。其中RT為熱敏電阻，RS為傳感器電阻。

圖5基本測(cè)量電路圖

圖6溫度補(bǔ)償電路

溫度傳感器選用DS18B20，通過(guò)PB4口來(lái)獲得傳感器檢測(cè)溫度的數(shù)字量信號(hào)。DSl820的特性：1）單線接口：僅需一根口線與MCU連接無(wú)需外圍元件，由總線提供電源。2）測(cè)溫范圍為．55℃～125℃，精度為O．5℃，九位溫度讀數(shù)，A／D變換時(shí)間為200ms，用戶自設(shè)定溫度報(bào)警上下線，其值是非易失性的。DSl8B20的測(cè)溫原理：內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低溫時(shí)振蕩器的脈沖可以通過(guò)門(mén)電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時(shí)振蕩器的脈沖無(wú)法通過(guò)門(mén)電路。計(jì)數(shù)器設(shè)置為-55"C時(shí)的值，如果計(jì)數(shù)器到達(dá)0之前，門(mén)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(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對(duì)振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始計(jì)數(shù)直到回零。

圖6DS18B20接口電路

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1SMS手機(jī)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(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送段信息的功能，雖然TEXT模式具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，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(hào)、漢字等多種字符集，同時(shí)PDU模式可以直接對(duì)協(xié)議用戶單元數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，是絕大多數(shù)手機(jī)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(hào)碼、信息類(lèi)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(wàn)車(chē)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(guò)串口協(xié)議互相通信的一套命令集。MCU可以通過(guò)串口接口直接向GSM模塊下發(fā)AT命令，完成電話撥號(hào)、短信手法以及各種參數(shù)與功能的設(shè)置、實(shí)現(xiàn)命令控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋ＥcSMS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(xiě)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(jì)

控制設(shè)備上電后，首先對(duì)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(cè)GSM模塊是否接收到新短信，當(dāng)有新信息送來(lái)時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)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(hào)并通過(guò)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(shí)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(guò)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(bào)警通過(guò)中斷服務(wù)子程序完成。系統(tǒng)上電后，從MCU對(duì)與傳感器連接的I/O進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)。當(dāng)車(chē)內(nèi)溫度過(guò)高或過(guò)低、CO含量過(guò)高等情況是，相應(yīng)的傳感器將采樣到的信號(hào)傳送到I/O口，軟件獲得該信號(hào)后啟動(dòng)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(shí)向指定手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息。

5結(jié)束語(yǔ)

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(kuò)大，得到了迅速發(fā)展，它具有傳輸速度快、費(fèi)用低、不占用語(yǔ)音通信通道等特點(diǎn)，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(chē)內(nèi)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)，以MC9S12DG128為控制核心，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)，利用手機(jī)的短信息功能實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境的智能控制和遠(yuǎn)程報(bào)警，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了源距離無(wú)線雙向通信，使用范圍廣，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋紹劍，方鵬，黃如疊等.一種基于SMS的智能家具遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J],自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用

[2]羅海兵.基于GSM短消息的智能家具系統(tǒng)的研究[D].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)

[3]王文濤，黎杰，李賀等.基于GSM的之恩那個(gè)家具安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]，中國(guó)科技博覽