基于3G手機(jī)短信(SMS)的家電物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)
引言
3G MODEM系統(tǒng)是目前移動(dòng)通信體制中比較成熟而且應(yīng)用比較廣泛的一種系統(tǒng)。而紅外線遙控則是目前使用最廣泛的一種遙控手段,而且可通過(guò)學(xué)習(xí)各種紅外遙控器的碼型來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遙控。因此,可以將3GMODEM和紅外遙控結(jié)合起來(lái),通過(guò)對(duì)家電的遠(yuǎn)程遙控來(lái)完成家庭電器物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建。例如在工作、逛街或歸家途中,發(fā)一條短信就可以控制家里的情況,不用為家里的門(mén)窗、電器、煤氣擔(dān)心。
本系統(tǒng)中采用的3G MODEM是一款基于WCD-MA網(wǎng)絡(luò)的短信平臺(tái),內(nèi)嵌工業(yè)級(jí)的3G無(wú)線模塊,同時(shí)可以支持GSM、GPRS等網(wǎng)絡(luò)。該平臺(tái)采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級(jí)規(guī)范設(shè)計(jì),具有中文短信收發(fā)、英文短信收發(fā)及無(wú)線上網(wǎng)功能。并提供RS232.USB2.0等標(biāo)準(zhǔn)接口,可直接與用戶電腦連接,以實(shí)現(xiàn)短消息收發(fā)功能。
由于3G MODEM的價(jià)格較貴,不可能為每一個(gè)家電遙控器安裝一個(gè)3GMODEM,因此,只能把3G MODEM模塊安裝在一臺(tái)主控機(jī)上(本設(shè)計(jì)使用PC機(jī)),然后建立一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò),以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸控制指令。但是,網(wǎng)絡(luò)一般都需要通信介質(zhì),若使用有線網(wǎng)絡(luò),布線非常不方便,特別是在已裝修的家庭。因此,本設(shè)計(jì)采用無(wú)線方式建立控制網(wǎng)絡(luò),其數(shù)據(jù)安全問(wèn)題則使用軟件解決。
1 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)由3G手機(jī)模塊、紅外遙控模塊和控制程序平臺(tái)三部分組成。其中3G手機(jī)模塊包含3GMO-DEM和PC輔助程序兩部分,3GMODEM主要用來(lái)建立無(wú)線GSM網(wǎng)絡(luò)信道,PC輔助程序接收串口(USB口)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù),檢驗(yàn)手機(jī)號(hào)碼的權(quán)限,根據(jù)短信的內(nèi)容生成控制機(jī)地址以及控制指令,并通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊發(fā)送給紅外遙控系統(tǒng)。紅外遙控系統(tǒng)收到無(wú)線模塊傳來(lái)的數(shù)據(jù)后,會(huì)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)找到受控電器的紅外發(fā)射碼型(此碼預(yù)存入PC機(jī)),并發(fā)出紅外光信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電器的控制。
2 紅外遙控模塊
遙控器發(fā)射的信號(hào)由一串包含0和1的二進(jìn)制代碼組成,可用38kHz的載頻進(jìn)行二次調(diào)制,以提高發(fā)射頻率,降低電源功耗。然后再通過(guò)紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。當(dāng)按下遙控器按鍵時(shí),遙控器發(fā)出一串二進(jìn)制代碼,通常分為引導(dǎo)碼、地址碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼。
2.1 紅外編碼學(xué)習(xí)部分
家庭環(huán)境中的電器多數(shù)以紅外遙控方式工作,具有便捷、易操作等特點(diǎn)。而每一件電器的每一個(gè)操作都是由發(fā)射的紅外編碼來(lái)決定。由于紅外編碼格式統(tǒng)一、數(shù)量繁多,如果用固定記憶方式則應(yīng)用不靈活、不廣泛。本模塊采用動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)記憶紅外編碼方式,該方式對(duì)由于新加入的電器、操作而增加的紅外編碼,能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)學(xué)習(xí),并不斷加入紅外編碼數(shù)據(jù)文件中。圖1所示是系統(tǒng)中的紅外編碼學(xué)習(xí)功能操作界面圖,對(duì)于圖1的界面,其操作說(shuō)明如下:
首先,應(yīng)通過(guò)選擇紅外遙控裝置對(duì)應(yīng)的串口編號(hào)來(lái)設(shè)置波特率19200bps,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位等參數(shù)并打開(kāi)相應(yīng)的COM端口。在連接正確的情況下,系統(tǒng)會(huì)提示“紅外串口已打開(kāi)!”否則報(bào)錯(cuò)。
然后,在家電控制區(qū)域中填寫(xiě)"家電名稱”和“家電狀態(tài)”,代表對(duì)應(yīng)的家電和對(duì)應(yīng)的操作,該參數(shù)組合唯一確定了一個(gè)紅外二進(jìn)制編碼組值。這里的內(nèi)容要按照預(yù)先規(guī)定的格式進(jìn)行填寫(xiě)。
在確定操作內(nèi)容后,點(diǎn)擊“學(xué)習(xí)”按鍵,即可進(jìn)行學(xué)習(xí)操作,同時(shí)在界面下方的“鍵值”區(qū)域顯示16進(jìn)制編碼內(nèi)容,同時(shí)在界面上也可以看到當(dāng)前記錄鍵值的數(shù)量。
2.2 紅外遙控發(fā)射部分
紅外遙控發(fā)射操作主要由軟件與硬件兩部分組成,軟件完成讀取對(duì)應(yīng)紅外編碼的操作,而硬件與普通紅外遙控器原理基本相同。編碼信號(hào)送至紅外遙控裝置的內(nèi)部芯片,經(jīng)電阻限流后送至紅外發(fā)射管,發(fā)出紅外光信號(hào),從而控制電器動(dòng)作。
3 3G手機(jī)模塊
3G模塊由于3GMODEM和PC兩部分組成。其中3GMODEM主要負(fù)責(zé)建立無(wú)線3G網(wǎng)絡(luò)信道,并通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)接收和發(fā)送短消息,它通過(guò)串口與PC通信;PC則負(fù)責(zé)從串口接收3GMODEM發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù),檢驗(yàn)手機(jī)號(hào)碼的權(quán)限,根據(jù)短信的內(nèi)容生成受控機(jī)地址以及控制指令,并通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊發(fā)送給紅外控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中的3GMODEM選用的是Caimore3G調(diào)制解調(diào)器。
3.1 AT短信指令調(diào)試
Caimore可支持標(biāo)準(zhǔn)AT指令,調(diào)試時(shí)可使用Windows自帶的"超級(jí)終端"工具。將Caimore連接到PC的串口上,硬件連接好以后,便可啟動(dòng)超級(jí)終端,建立串口連接,并設(shè)置串口(波特率9600,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位,無(wú)奇偶檢驗(yàn),流控制使用Xon/Xo-ff)。然后發(fā)送AT指令測(cè)試設(shè)備是否已正確連接,看能否正常通訊。
3.2 短信控件SMSControl
為了提高開(kāi)發(fā)速度,本設(shè)計(jì)中使用了短信開(kāi)發(fā)控件SMSControl。SMSControl以O(shè)CX控件的形式提供,可支持VB。該控件具有短信發(fā)送、短信自動(dòng)接收、監(jiān)控界面顯示、從SIM卡中讀取短信、從SIM卡中刪除短信等功能。PC端程序開(kāi)發(fā)可使用VB和SMSControl控件來(lái)完成,其程序界面如圖2所示。
3.3 3G手機(jī)模塊操作方法
用手機(jī)向Caimore上的SIM卡號(hào)碼發(fā)送一條按照規(guī)定格式編輯的短信消息,其基本格式為家電名稱拼音縮寫(xiě)+狀態(tài)。如,編輯格式為”kt+on”,即完成打開(kāi)空調(diào)的操作;編輯格式為"dsj+off",即完成關(guān)閉電視機(jī)的操作。
3G手機(jī)模塊收到短信后,將先檢測(cè)發(fā)送短信的手機(jī)號(hào),若是在程序中設(shè)置的手機(jī)號(hào)碼,則發(fā)送控制指令給紅外控制模塊;若是其他非法號(hào)碼,則進(jìn)行排除,并拒絕執(zhí)行操作,這樣可增加系統(tǒng)的安全性。
在圖2所示界面中,可以完成的功能首先是選擇連接3GMODEM的串口編號(hào),實(shí)現(xiàn)3GMODEM與PC機(jī)的通信;也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)送、接收、査看和刪除短信操作;同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)接收新短信,完成實(shí)時(shí)顯示等。
4 控制平臺(tái)程序
家電物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心模塊是控制平臺(tái)程序,它用于完成各個(gè)分立模塊之間的功能連接,其程序界面如圖3所示。這里要先選擇紅外發(fā)射串口端口和相關(guān)參數(shù),點(diǎn)擊“開(kāi)始控制”后,系統(tǒng)即開(kāi)始運(yùn)行。
程序后臺(tái)所完成的幾個(gè)步驟的操作,首先是從短信記錄中提取新短信(未執(zhí)行),分析號(hào)碼權(quán)限、受控家電名稱和執(zhí)行動(dòng)作;其次,將家電和動(dòng)作與紅外編碼學(xué)習(xí)記憶庫(kù)進(jìn)行比較,如有匹配者,則讀取對(duì)應(yīng)的紅外編碼,如無(wú)匹配,則發(fā)出告警;第三,將紅外編碼發(fā)送至紅外遙控裝置,由其完成對(duì)電器的操作。同時(shí)也可以通過(guò)圖3中的“狀態(tài)說(shuō)明”來(lái)進(jìn)行監(jiān)控。
5 結(jié)語(yǔ)
基于3G網(wǎng)絡(luò)的SMS是一種在2G技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展、演進(jìn)而來(lái)的基本服務(wù),是能夠?qū)崿F(xiàn)一種信息在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上以高效、便捷、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)寄的過(guò)程,可以跨市、跨省甚至跨國(guó)傳送,靈活方便、廉價(jià)可靠。本文利用SMS這種通信基本形式作為載體來(lái)實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程遙控,以完成家電物聯(lián)網(wǎng)基本系統(tǒng)的搭建。用戶只要用隨身攜帶的手機(jī)向家里的3GMODEM模塊發(fā)送一條短消息,就可以對(duì)家里的電器或防盜報(bào)警器進(jìn)行全球范圍的遙控。由于本系統(tǒng)采用無(wú)線方式,因而不會(huì)破壞家庭已有的裝修,具有一定的實(shí)用性。而且,3GMODEM和紅外線遙控技術(shù)比較成熟完善,因此,這是一種可行方案,且方案成本低、性能高,具有靈活可靠的特點(diǎn),它可使得對(duì)家電的控制變得更容易、更快捷、更方便、更安全。