摘 要:針對(duì)智能家居的應(yīng)用場(chǎng)合,提出采用BENQ公司的M23模塊,借助SMS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,詳細(xì)介紹了M23 GSM/GPRS通信模塊的性能特點(diǎn),電源與通信電路設(shè)計(jì)及調(diào)試方法,并分析了M23模塊在遠(yuǎn)程智能家居控制應(yīng)用中的軟件設(shè)計(jì)方法。綜合調(diào)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,利用上述方法構(gòu)建的遠(yuǎn)程智能家居控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,實(shí)用性強(qiáng),對(duì)于其他需要應(yīng)用M23模塊的系統(tǒng)也有很好的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞:M23; 遠(yuǎn)程控制; 單片機(jī); AT指令; 智能家居
中圖分類號(hào):TN914-33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1004-373X(2010)18-0041-03
Application of BENQ-M23 Module in Remote Control of Intelligent House
XU Jin-qiang
(Department of Communication Engineering, Weihai Vocational College, Weihai 264210, China)
Abstract: A remote control system with SMS platform based on BENQ-M23 module is introduced for the application of the intelligent house. The performance characteristics of GSM/GPRS M23 module, as well as the design principle and methods of hardware circuit and software program are discussed in detail. The experimental results show that the control system based on M23 works stably and has practicability. This scheme has a good reference value for other applications which need M23 module.Keywords: M23; remote control; MCU; AT instruction; intelligent house
0 引 言
對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控可以采取多種方式,其中借助短信(SMS)服務(wù)平臺(tái)或通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能傳送數(shù)據(jù)或命令是重要方式之一[1]。
BENQ公司的M22/M23模塊是目前市場(chǎng)上的主流GSM/GPRS模塊之一,可以應(yīng)用于GSM短信息通信以及語音通信。其中,短信息適合對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高,數(shù)據(jù)量不大的數(shù)據(jù)通信。由于支持GPRS和嵌入式的TCP/IP,M23還可以用于實(shí)時(shí)性要求較高,數(shù)據(jù)量相對(duì)較大,傳輸速度相對(duì)較快的數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域[2-3]。
1 M23模塊功能簡(jiǎn)介與電源設(shè)計(jì)
M23主要由GSM基帶控制器、射頻模塊、供電模塊(VBAT)、閃存、ZIF連接器、音頻、天線接口、常用接口等部分組成。該模塊具有短消息服務(wù)、語音通話、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?對(duì)外可提供天線接口、模擬音頻接口、異步串接口、SIM卡接口等,給用戶設(shè)計(jì)帶來很大的方便[4-5]。
無線通信模塊的耗電具有不穩(wěn)定的特點(diǎn),在待機(jī)狀態(tài)、基站的握手狀態(tài)、通話狀態(tài)、撥號(hào)狀態(tài)或是在信號(hào)強(qiáng)弱不同的地方這些因素都會(huì)直接影響無線模塊的耗電,因此電源設(shè)計(jì)非常重要。M23推薦的電源電壓范圍為3.6～4.2 V直流,在工作中模塊的最大瞬間電流能夠達(dá)到1.7 A。考慮到大電流的需要,電源設(shè)計(jì)方案采用LM7805和LM2576開關(guān)穩(wěn)壓芯片的聯(lián)合設(shè)計(jì)。直流電源(+12 V)輸入給LM7805,輸出的5 V直流電壓對(duì)單片機(jī)進(jìn)行供電,與此同時(shí)通過LM2576產(chǎn)生4 V直流電壓供給M23[6]。
2 M23模塊與MCU和PC機(jī)間的通信電路設(shè)計(jì)
M23模塊配備了UART/RS 232接口,通過它可以與MCU,PC連接,將MCU和PC機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心,方便了控制中心的后臺(tái)設(shè)計(jì)。當(dāng)M23模塊與MCU通信時(shí),只需要將模塊的RXD,TXD與MCU的RXD,TXD交叉相連就可以了。由于M23模塊與PC的邏輯電平不一致,因此模塊與PC機(jī)通信時(shí),必須進(jìn)行信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換可以由專用電平轉(zhuǎn)換芯片SIPEX3238實(shí)現(xiàn)[7]。
開發(fā)人員初次使用M23模塊,可以利用M23與PC間的串口通信功能,借助串口調(diào)試助手或超級(jí)終端,理解M23的工作過程。例如,在系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中,可以采用8位平撥開關(guān),分別控制M23的串口與MCU連接或者與DB9連接。當(dāng)開關(guān)1斷開,開關(guān)2連通時(shí),模塊的串口與DB9連通,此時(shí)模塊不受MCU控制,可以用PC機(jī)通過串口調(diào)試程序直接對(duì)模塊進(jìn)行配置或者測(cè)試。在測(cè)試正常后,就可以將開關(guān)1連通,開關(guān)2斷開。此時(shí),MCU與M23模塊通信。
3 M23模塊常用指令與調(diào)試方法
下面以智能家居防盜報(bào)警遠(yuǎn)程控制中主要用到的短消息命令為例,介紹與SMS相關(guān)的AT命令、調(diào)試方法及程序設(shè)計(jì)。
3.1 常用的AT指令
在SMS短消息的編碼方式中,TextMode是純文本方式。Text模式的短信息發(fā)送和接收比較簡(jiǎn)單,只能發(fā)送ASCII碼信息,如不需要傳中文,則最好采用Text模式發(fā)送和接收短信息。這種模式對(duì)于智能家居遠(yuǎn)程控制而言已經(jīng)足夠[8]。
GMS模塊的通信全部采用Al+XXX的格式完成,與SMS相關(guān)的主要AT指令如表1所示[9]。
表1 主要AT指令
連機(jī)AT回車GSM模塊連機(jī)后回答OK
發(fā)送模式設(shè)置AT+CMGF=1回車采用文本模式,PDU模式為AT+CMGF=0
短消息中心設(shè)置AT+CSCA=“XXX”回車具體號(hào)碼由當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)商決定
接收短消息AT+CMGR=X回車從X存儲(chǔ)區(qū)接收消息
刪除短消息AT+CMGD=X回車從X存儲(chǔ)區(qū)刪除消息
發(fā)送短消息AT+CMGS=“XXX”發(fā)送短消息的目標(biāo)號(hào)碼
………
3.2 AT指令調(diào)試方法
任何一個(gè)GSM模塊首次使用時(shí),必須要測(cè)試其工作是否正常。利用上面介紹的PC機(jī)通信電路,可以采用Windows自帶的超級(jí)終端,也可以使用各種串口調(diào)試助手軟件進(jìn)行調(diào)試。下面以串口調(diào)試助手為例,介紹調(diào)試過程。
圖1為通過串口發(fā)送各AT命令后M23模塊的返回結(jié)果。根據(jù)返回的數(shù)據(jù)即可判斷M23的工作情況,為后續(xù)控制程序的編寫提供了依據(jù)。值得注意的是,在通信的波特率上,M23是一個(gè)自適應(yīng)的波特率,即M23支持從1 200~115 200 b/s的任何一個(gè)標(biāo)稱的波特率,而不必另外使用AT指令去設(shè)置波特率[10]。
如圖1所示,在發(fā)送連機(jī)、模式設(shè)置、設(shè)置短消息中心等命令后,正常情況下M23原樣返回指令,并在回車換行后添加OK字符。AT+CMGL=“REC UNREAD”為列出未讀短信的命令,M23返回SIM卡中未讀短信的位置、電話號(hào)碼、接收日期、短信內(nèi)容等信息。圖1中的未讀短信內(nèi)容為“GOOD LUCK!”。
圖1 串口調(diào)試助手調(diào)試AT指令過程
3.3 單片機(jī)與M23通信模塊的軟件設(shè)計(jì)
單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心,承擔(dān)著系統(tǒng)初始化、短信息的接收/解釋、發(fā)送控制命令,以向用戶發(fā)送家居環(huán)境和報(bào)警信號(hào)短信息的功能。M23模塊初始化以及單片機(jī)與GSM通信的流程圖分別如圖2、圖3所示。
圖2 初始化M23模塊流程圖
圖3 單片機(jī)與M23模塊通信程序流程圖
程序開始處需要定義各命令及函數(shù),如下:
char code ATAT_M23[]="AT";//聯(lián)機(jī)指令
char code AT_M23[]="AT+";//必發(fā)前綴
char code Text_M23[]="CMGF=1";//設(shè)置文本格式
char code Center_M23[]="CSCA=\"+8613800631500\"";//短消息中心
char code Message3_M23[]="GOOD LUCK!";//要發(fā)送的短信內(nèi)容
char code Read_M23[]="CMGL=\"REC UNREAD\"";//讀取未讀短信
…
/*******函數(shù)聲明*******/
void SendASC(char ASC);//發(fā)送1個(gè)字符
void SendToM23(char *P,unsigned char geshu);// 發(fā)送1個(gè)命令
void SetText(void);//設(shè)置文本模式
void SetCenter(void);//設(shè)置短消息中心
void SendMessage();//發(fā)送短信息
void LinkM23(void);//聯(lián)機(jī)指令
void RecMessage(void);//讀取未讀短信
…
4 結(jié) 語
經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行,依據(jù)上述方法構(gòu)建的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)能夠可靠穩(wěn)定的運(yùn)行,較好地完成了控制任務(wù)。值得注意的是,M23對(duì)電源有較高要求,這一點(diǎn)不容忽視。例如,在M23初步調(diào)試階段,使用了數(shù)字程控電源YB3203,結(jié)果發(fā)現(xiàn)M23無法連機(jī)。在電源輸出端加上2 000 μF的大電容,并且將電源電壓調(diào)整至5.1 V時(shí),M23才正常工作。實(shí)際設(shè)計(jì)方案中,由于LM2576具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強(qiáng)的輸出電流驅(qū)動(dòng)能力,從而為M23的穩(wěn)定、可靠工作提供了強(qiáng)有力的保證。軟件編程方面,在給M23發(fā)送AT命令時(shí),一定要先多發(fā)送幾遍連機(jī)命令,以保證M23正常連機(jī),而且在發(fā)送不同AT命令時(shí),命令間最好加上2 s左右的延時(shí),以保證指令被可靠接收和執(zhí)行。
參考文獻(xiàn)
[1]于園園.基于GSM的遠(yuǎn)程家居智能控制研究[D].長(zhǎng)春:長(zhǎng)春理工大學(xué),2009.
[2]徐秀麗,歐陽斌林.GPRS無線終端在收獲機(jī)上的應(yīng)用[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,39(10):121-126.
[3]魏芬.GPRS模塊M23在無線數(shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2009(5):5-6.
[4]劉建平.基于GPRS的遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2009(2):45-47.
[5]郁波.基于GPRS的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2008,24(36):160-161.
[6]郭偉.基于GPRS的無線安全報(bào)警系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].上海:東華大學(xué),2009.
[7]余為清.智能家用遠(yuǎn)程控制儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用,2008,24(8):70-73.
[8]張銀勝.一種無線溫度報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].武漢:武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(2):14-17.
[9]羅蔚.基于GPS_GPRS的智能測(cè)控器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢:武漢科技大學(xué),2009.
[10]毛慧琴.基于GSM和單片機(jī)的遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)[D].南寧:廣西大學(xué),2008.
中圖分類號(hào):TN914-33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1004-373X(2010)18-0041-03
Application of BENQ-M23 Module in Remote Control of Intelligent House
XU Jin-qiang
(Department of Communication Engineering, Weihai Vocational College, Weihai 264210, China)
Abstract: A remote control system with SMS platform based on BENQ-M23 module is introduced for the application of the intelligent house. The performance characteristics of GSM/GPRS M23 module, as well as the design principle and methods of hardware circuit and software program are discussed in detail. The experimental results show that the control system based on M23 works stably and has practicability. This scheme has a good reference value for other applications which need M23 module.Keywords: M23; remote control; MCU; AT instruction; intelligent house
0 引 言
對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控可以采取多種方式,其中借助短信(SMS)服務(wù)平臺(tái)或通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能傳送數(shù)據(jù)或命令是重要方式之一[1]。
BENQ公司的M22/M23模塊是目前市場(chǎng)上的主流GSM/GPRS模塊之一,可以應(yīng)用于GSM短信息通信以及語音通信。其中,短信息適合對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高,數(shù)據(jù)量不大的數(shù)據(jù)通信。由于支持GPRS和嵌入式的TCP/IP,M23還可以用于實(shí)時(shí)性要求較高,數(shù)據(jù)量相對(duì)較大,傳輸速度相對(duì)較快的數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域[2-3]。
1 M23模塊功能簡(jiǎn)介與電源設(shè)計(jì)
M23主要由GSM基帶控制器、射頻模塊、供電模塊(VBAT)、閃存、ZIF連接器、音頻、天線接口、常用接口等部分組成。該模塊具有短消息服務(wù)、語音通話、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?對(duì)外可提供天線接口、模擬音頻接口、異步串接口、SIM卡接口等,給用戶設(shè)計(jì)帶來很大的方便[4-5]。
無線通信模塊的耗電具有不穩(wěn)定的特點(diǎn),在待機(jī)狀態(tài)、基站的握手狀態(tài)、通話狀態(tài)、撥號(hào)狀態(tài)或是在信號(hào)強(qiáng)弱不同的地方這些因素都會(huì)直接影響無線模塊的耗電,因此電源設(shè)計(jì)非常重要。M23推薦的電源電壓范圍為3.6～4.2 V直流,在工作中模塊的最大瞬間電流能夠達(dá)到1.7 A。考慮到大電流的需要,電源設(shè)計(jì)方案采用LM7805和LM2576開關(guān)穩(wěn)壓芯片的聯(lián)合設(shè)計(jì)。直流電源(+12 V)輸入給LM7805,輸出的5 V直流電壓對(duì)單片機(jī)進(jìn)行供電,與此同時(shí)通過LM2576產(chǎn)生4 V直流電壓供給M23[6]。
2 M23模塊與MCU和PC機(jī)間的通信電路設(shè)計(jì)
M23模塊配備了UART/RS 232接口,通過它可以與MCU,PC連接,將MCU和PC機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心,方便了控制中心的后臺(tái)設(shè)計(jì)。當(dāng)M23模塊與MCU通信時(shí),只需要將模塊的RXD,TXD與MCU的RXD,TXD交叉相連就可以了。由于M23模塊與PC的邏輯電平不一致,因此模塊與PC機(jī)通信時(shí),必須進(jìn)行信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換可以由專用電平轉(zhuǎn)換芯片SIPEX3238實(shí)現(xiàn)[7]。
開發(fā)人員初次使用M23模塊,可以利用M23與PC間的串口通信功能,借助串口調(diào)試助手或超級(jí)終端,理解M23的工作過程。例如,在系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中,可以采用8位平撥開關(guān),分別控制M23的串口與MCU連接或者與DB9連接。當(dāng)開關(guān)1斷開,開關(guān)2連通時(shí),模塊的串口與DB9連通,此時(shí)模塊不受MCU控制,可以用PC機(jī)通過串口調(diào)試程序直接對(duì)模塊進(jìn)行配置或者測(cè)試。在測(cè)試正常后,就可以將開關(guān)1連通,開關(guān)2斷開。此時(shí),MCU與M23模塊通信。
3 M23模塊常用指令與調(diào)試方法
下面以智能家居防盜報(bào)警遠(yuǎn)程控制中主要用到的短消息命令為例,介紹與SMS相關(guān)的AT命令、調(diào)試方法及程序設(shè)計(jì)。
3.1 常用的AT指令
在SMS短消息的編碼方式中,TextMode是純文本方式。Text模式的短信息發(fā)送和接收比較簡(jiǎn)單,只能發(fā)送ASCII碼信息,如不需要傳中文,則最好采用Text模式發(fā)送和接收短信息。這種模式對(duì)于智能家居遠(yuǎn)程控制而言已經(jīng)足夠[8]。
GMS模塊的通信全部采用Al+XXX的格式完成,與SMS相關(guān)的主要AT指令如表1所示[9]。
表1 主要AT指令
連機(jī)AT回車GSM模塊連機(jī)后回答OK
發(fā)送模式設(shè)置AT+CMGF=1回車采用文本模式,PDU模式為AT+CMGF=0
短消息中心設(shè)置AT+CSCA=“XXX”回車具體號(hào)碼由當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)商決定
接收短消息AT+CMGR=X回車從X存儲(chǔ)區(qū)接收消息
刪除短消息AT+CMGD=X回車從X存儲(chǔ)區(qū)刪除消息
發(fā)送短消息AT+CMGS=“XXX”發(fā)送短消息的目標(biāo)號(hào)碼
………
3.2 AT指令調(diào)試方法
任何一個(gè)GSM模塊首次使用時(shí),必須要測(cè)試其工作是否正常。利用上面介紹的PC機(jī)通信電路,可以采用Windows自帶的超級(jí)終端,也可以使用各種串口調(diào)試助手軟件進(jìn)行調(diào)試。下面以串口調(diào)試助手為例,介紹調(diào)試過程。
圖1為通過串口發(fā)送各AT命令后M23模塊的返回結(jié)果。根據(jù)返回的數(shù)據(jù)即可判斷M23的工作情況,為后續(xù)控制程序的編寫提供了依據(jù)。值得注意的是,在通信的波特率上,M23是一個(gè)自適應(yīng)的波特率,即M23支持從1 200~115 200 b/s的任何一個(gè)標(biāo)稱的波特率,而不必另外使用AT指令去設(shè)置波特率[10]。
如圖1所示,在發(fā)送連機(jī)、模式設(shè)置、設(shè)置短消息中心等命令后,正常情況下M23原樣返回指令,并在回車換行后添加OK字符。AT+CMGL=“REC UNREAD”為列出未讀短信的命令,M23返回SIM卡中未讀短信的位置、電話號(hào)碼、接收日期、短信內(nèi)容等信息。圖1中的未讀短信內(nèi)容為“GOOD LUCK!”。
圖1 串口調(diào)試助手調(diào)試AT指令過程
3.3 單片機(jī)與M23通信模塊的軟件設(shè)計(jì)
單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心,承擔(dān)著系統(tǒng)初始化、短信息的接收/解釋、發(fā)送控制命令,以向用戶發(fā)送家居環(huán)境和報(bào)警信號(hào)短信息的功能。M23模塊初始化以及單片機(jī)與GSM通信的流程圖分別如圖2、圖3所示。
圖2 初始化M23模塊流程圖
圖3 單片機(jī)與M23模塊通信程序流程圖
程序開始處需要定義各命令及函數(shù),如下:
char code ATAT_M23[]="AT";//聯(lián)機(jī)指令
char code AT_M23[]="AT+";//必發(fā)前綴
char code Text_M23[]="CMGF=1";//設(shè)置文本格式
char code Center_M23[]="CSCA=\"+8613800631500\"";//短消息中心
char code Message3_M23[]="GOOD LUCK!";//要發(fā)送的短信內(nèi)容
char code Read_M23[]="CMGL=\"REC UNREAD\"";//讀取未讀短信
…
/*******函數(shù)聲明*******/
void SendASC(char ASC);//發(fā)送1個(gè)字符
void SendToM23(char *P,unsigned char geshu);// 發(fā)送1個(gè)命令
void SetText(void);//設(shè)置文本模式
void SetCenter(void);//設(shè)置短消息中心
void SendMessage();//發(fā)送短信息
void LinkM23(void);//聯(lián)機(jī)指令
void RecMessage(void);//讀取未讀短信
…
4 結(jié) 語
經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行,依據(jù)上述方法構(gòu)建的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)能夠可靠穩(wěn)定的運(yùn)行,較好地完成了控制任務(wù)。值得注意的是,M23對(duì)電源有較高要求,這一點(diǎn)不容忽視。例如,在M23初步調(diào)試階段,使用了數(shù)字程控電源YB3203,結(jié)果發(fā)現(xiàn)M23無法連機(jī)。在電源輸出端加上2 000 μF的大電容,并且將電源電壓調(diào)整至5.1 V時(shí),M23才正常工作。實(shí)際設(shè)計(jì)方案中,由于LM2576具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強(qiáng)的輸出電流驅(qū)動(dòng)能力,從而為M23的穩(wěn)定、可靠工作提供了強(qiáng)有力的保證。軟件編程方面,在給M23發(fā)送AT命令時(shí),一定要先多發(fā)送幾遍連機(jī)命令,以保證M23正常連機(jī),而且在發(fā)送不同AT命令時(shí),命令間最好加上2 s左右的延時(shí),以保證指令被可靠接收和執(zhí)行。
參考文獻(xiàn)
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[4]劉建平.基于GPRS的遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2009(2):45-47.
[5]郁波.基于GPRS的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2008,24(36):160-161.
[6]郭偉.基于GPRS的無線安全報(bào)警系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].上海:東華大學(xué),2009.
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