基于GSM远程控制机械开关的设计.docx

毕业设计（论文）

题目 基于GSM远程控制机械开关的设计

院 （系）电气与信息工程学院
专业班级
学生姓名 学号
指导教师 职称
评阅教师 职称

2014年 6 月 3 日

注 意 事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
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6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3）其它

学生毕业设计（论文）原创性声明

本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

毕业设计（论文）作者（签字）：
年 月 日

摘 要

随着科学技术的发展，传统的机械开关已经越来越落后，渐渐的满足不了工业生产的需求，而GSM远程通信的发展，使远程控制有了实现的可能性，远程控制机械开关就作为一个新的项目出现在科学家的视野中，本课题就是研究基于GSM远程控制机械开关的设计。
本课题通过GSM模块通信，实现机械开关的远程控制，通过TC35I模块接收和发送短信，利用STC 12C5A60S2系列单片机通过AT指令对接收到TC35I发送的数据进行分析和处理，以中断方式检测传感器的振动信号，通过串口与GSM模块通信以控制其启动和短信的收发、解析，继电器通过单片机发送的指令进行通电吸和和断电断开的工作，来控制电磁铁的伸缩，继而打开或者关闭机械开关，以液晶显示控制指令，确保装置收到指令并运行。整个装置以GSM模块为核心，STC12C5A60S2单片机为桥梁，有效的控制机械开关的启动与关闭。
本设计通过GSM无线远程通信的控制效果显著，节省了大量的人力和物力，具有良好的现实意义，特别是在工业上的运用就提高了生产效率和质量，有效的促进了社会的发展。

关键词：GSM STC12C5A60S2 继电器 电磁铁 机械开关 液晶

ABSTRACT
With the development of science and technology, the traditional mechanical switch has become increasingly behind, gradually can not meet the needs of industrial production, and the development of GSM telecommunications, so that remote control with the possibility of realization, the remote control as a mechanical switch on The new item appears in the vision of the scientists, the present issue is based on GSM remote control mechanical switch design.
This topic through GSM module communication, remote control mechanical switches, to receive and send text messages via TC35I module using STC 12C5A60S2 series micro controllers received data sent via AT commands TC35I analysis and processing, to interrupt the vibration signal detection sensor through the serial port to communicate with the GSM module to control the start and send and receive text messages, parsing, the relay is energized and sucked off work and off by the micro controller to send commands to control solenoids stretch, then open or close a mechanical switch, liquid crystal display control instruction, securing device receive instructions and run. The entire device with GSM module as the core, STC12C5A60S2 MCU bridge, effectively control the start up and shutdown of mechanical switches.
The design by GSM wireless telecommunications control effect significantly, saving a lot of manpower and material resources, has a good sense of reality, especially used in the industry to improve production efficiency and quality, effectively promoted the development of society.
Keywords: GSM; STC12C5A48S2 ;relay electromagnet; mechanical switch;

目 录

摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪 论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外GSM远程控制的发展与应用状况 1
1.3 本设计中主要任务 3
1.4 论文结构 3
2 系统总体方案设计 4
2.1 系统设计要求 4
2.2 系统总体结构设计 4
2.3 硬件选型 5
2.3.1 单片机 5
2.3.2 GSM模块 5
2.4 本章小结 5
3 系统硬件及电路设计 7
3.1 单片机模块 7
3.1.1 概述 7
3.1.2 主要特性 7
3.2 GSM模块 7
3.2.1 GSM简介 7
3.2.2 GSM模块主要特性和参数 8
3.3 开关电源 9
3.4 继电器 9
3.5 电磁伸缩 9
3.6 LED模块 9
3.7 各个模块电路设计 9
3.7.1单片机（STC12C5A60S2）最小系统 9
3.7.2 GSM模块电路原理图（TC35I） 10
3.7.3 继电器电路图 11
3.7.4 电源模块 12
3.7.5 LED模块 12
3.8 机械装置设计 13
3.8.1 设计环境 13
3.8.2 设计模式 14
3.8.3 机械装置示意图 14
3.9 本章小结 15
4 系统软件设计 16
4.1 系统软件流程 16
4.1.1 GSM模块通信 17
4.1.2 单片机控制 22
4.2 单片机开发环境 24
4.3 GSM模块运用环境 24
4.4 继电器控制程序 24
4.5 液晶显示程序 25
4.6 本章小结 26
5 系统调试及结果分析 27
5.1 主要测试指令 27
5.2 系统装置的硬件调试 28
5.2.1 GSM模块调试 28
5.2.2 单片机调试 29
5.2.3 继电器调试 30
5.2.4电源模块电压输出的调试 31
5.3 整体系统调试 31
5.4 本章小结 32
6 总 结 33
参考文献 34
致 谢 35
附 录 I 36
附 录 II 37

1 绪 论
1.1 课题背景及意义
随着现代信息技术的发展，GSM全球通信网络在社会生活中越来越重要，在各个方面都有比较广泛的应用。GSM作为全球通信的唯一桥梁，是人们生活和工业生产中最重要的组成部分，它在物流配送、车间调度、电力监控设备监测、远程抄表和远程控制方面都有不可替代的作用。
随着短消息服务(SMS)和通用分组无线服务(GPRS)等数据业务的发展，GSM无线网络应用于机电产品和工业控制领域的趋势不断扩大，各种以GSM网为传输平台的数据采集及远程监控系统方案和产品也不断出现。GSM网络信号覆盖面积广、网络接入灵活、无需布线，打破了距离的限制，从而可以实现全国乃至全球漫游监控。短消息(SMS)利用信令信道传输，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由服务中心再发给终端。短消息容量有限(每条短信内容最多140个字节)，适于传输小流量的数据；由于建立时间较长，传送过程要受短消息服务中心服务器繁忙程度的影响，因而适于非连续性和实时性要求不太高的传输场合[1]。
本设计主要针对北方抽水泵使用不方便而设立的一个课题，通过GSM可以远程无线通信的特点，达到控制机械开关的目的，有效的提升了机械的工作效率和节约了人力、物力和财力，特别是在使用过程中，能够较为方便的操控机械的启动与关闭，并且能够在机械坏掉了之后反馈给用户，能够提醒用户进行检修和控制。因此，本选题对于对于北方工业有着十分重要的现实意义和价值，并且为城市的发展也提供了基础。

1.2 国内外GSM远程控制的发展与应用状况
物联网时代悄然来临，物联网以及GSM网络在国内外的现状，分析了物联网的发展和GSM应用以及GSM技术在远程控制中的设计与实现。 GSM协会主席Rob Conway在2009亚洲移动通信大会做主题演讲时表示，“移动通信完全可能改变未来，移动通信网络会成为物联网传输的关键部分，移动通信也可以帮助ICT产业进一步降低环境污染”。
GSM系统后面的网络被人们看作是极其庞大和复杂的，这样就可以提供所有的所需的服务。它被分成很多的部分，每一部分负责其中的一个功能。基站系统(基站和相关控制器）。网络和交换系统(网络的每一部分都要与其他部分无缝衔接)，有时也被叫做核心网。GSM的一个关键特征就是用户身份模块(SIM), 也叫SIM卡。SIM卡是一个保存用户数据和电话本的可拆卸智能卡IC。用户就可以更换手机後还能保存自己的信息。
GSM系统具有加密和鉴权功能，抗干扰能力较强，能在覆盖范围内提供通信保密、网络安全和通信质量好的服务。GSM移动通信因网络覆盖广泛，不受距离限制，成本低，在物流配送、车辆调度、电力设备监测、远程抄表及核环境下无线通信等领域已得到较为广泛的研究与应用。近些年来，随着中国建筑行业的快速发展，应用于土木工程的各种大型设备被广泛租赁。机械设备租赁厂家的设备，以高使用度被租赁的同时，昂贵设备的使用状况给租赁厂家带来了复杂的管理难题[17]。
同年8月温家宝总理考察无锡传感网研究所，提出了“感知中国”的概念，并在随后向科技界发表的讲话中，首次明确将物联网列为我国战略性新兴产业。由此可见，GSM网络在物联网中运用必将成为时代潮流。目前GSM移动通信技术，红外技术和蓝牙技术是世界上比较流行的无线数据通讯技术。其中GSM(Global System for Mobile Communication)系统是目前基于时分多址术的移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。目前已建成的覆盖全的GSM数字蜂窝移动通讯网，是我国公众移动通信的主要方式，主要提供话音、短消息、数据等多种业务。红外技术则是通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发，主要是用来取代点对点的近距线缆连接。它的通讯距离一般在0到几米之间，传输速率最快可达16Mbps，通讯介质为波长为900纳米左右的近红外线。蓝牙(Bluetooth)是由东芝、爱立信、IBM和诺基亚于1998年5月共同提出的近距离无线数据通讯技术标准。它能够在10米的半径范围内实现单点对多点的无线数据和声音传输，其数据传输带宽可达1Mbps。通讯介质为频率在2．402GHz到2．480GHz之间的电磁波。它能够实现单点对多点的无线数据和声音传输。三者相比较而言，红外技术通讯距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通讯中断，主要目的是取代线缆连接进行无线数据传输，功能单一，扩展性差。蓝牙技术通讯距离也较短，是一种新兴的技术，尚未投入广泛应用，是一种还没有完全成熟的技术，尽管被描述得前景诱人，但还有待于实际使用的严格检验，而且蓝牙的通讯速率也不是很高。红外技术与蓝牙技术二者只适用于短距离无线数据通讯技术体系。
而GSM网络移动通讯技术则综合利用了移动通信、网络技术、数字信号处理技术、自动控制和微机处理技术等方面的研究成果由于它技比较成熟，在保密性、通话质量等方面都较好，提供语音和数据传输服务。其中短信息业务SMS(Short Message Service)就是采用通常的无线GSM发送接收设备就能实现短消息的传送，实现简单，具有通信成本低、频谱利用率高、系统容量大、业务种类多、保密性能好、抗干扰能力强、通话质量高、国际自动漫游等优点，它利用信令信道传输，不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发给最终的信宿，即使目的终端(手机或Internet等其它短信实体)没开机信息在规定的时间内也不会丢失，所以是目前应用最广泛的通信方案。基于GSM短消息功能可以做成传输各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通讯系统，能广泛应用远程监控、定位导航、个人通信终端等。由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，建立上述系统不须再建专用通信网络，所以采用GSM网络传输数据功能的短信息应用将得到迅速的发展和普及。综上所述，相比红外技术和蓝牙技术而言，借助于分布广泛的GSM网络，GSM移动通信技术更适用于远距离的通信和监控系统。同时控制对象也可以分布在各个不同的地域[5]。目前已经研究的技术有：
（1）红外技术和蓝牙技术；
（2）GSM网络移动通讯技术；
基于GSM的远程控制机械开关装置的研究已广泛的用于智能门禁开关，远程智能家居系统的控制，火灾报警，远程定位等技术的研究。我国自从1992年在嘉兴建立和开通第一个GSM演示系统，并于1993年9月正式开放业务以来，全国各地的移动通信系统中大多采用GSM系统，使得 GSM系统成为目前我国最成熟和市场占有量最大得一种数字蜂窝系统。GSM网络已在全球范围类实现了联网和漫游，因此在组建系统时无需组建专用的网络，同时也不需要维护网络。短信息服务（SMS）作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，因此SMS完全可以作为一种远程监控方式。对于GSM远程控制机械开关的研究，国内外都已经进入了成熟阶段，已经研究出了成品，其控制效果非常好，在其基础上，已经开始了其他方面的扩展国外的大国家已经开始在军事、农业、科技、生活展开了应用，并且发展较为迅速[2]。

1.3 本设计中主要任务
（1）查阅文献，撰写开题报告，完成与毕业设计选题相关的外文翻译。
（2）完成基于GSM的远程控制机械开关装置软、硬件系统的设计，硬件电路图和代码正确、规范。
（3）系统功能：a)基于GSM的无线信号的发射与接收单元的性能要稳定。b)单片机控制系统：手机发出的短信指令，GSM模块接收后，传输给单片机，单片机控制一个执行机构按压水泵的启停按钮实现远程开关控制；用户可以灵活修改指令密码。C)整个远程控制开关装置要在机井房工作，有很强的电磁干扰，需要抗电磁干扰的设计; D)做出实物，并且调试后能稳定运行。
（4）毕业设计相关文档齐全、内容正确、格式规范。

1.4 论文结构
本设计主要研究的是基于GSM远程控制机械开关的设计，第一章主要叙述了课题研究的目的及意义，以及国内外现状，还有课题的主要内容与任务；第二章主要确定了设计的总体思路和方案，以及单片机和GSM模块硬件的选型；第三章讲解了系统的硬件设计和硬件功能，以及在控制中的作用；第四章讲诉的是系统的软件设计，具体讲的是系统通过SMS短消息对整个装置进行控制；第五章进行的是系统调试，通过软硬件设计，能否达到我们设计的要求和内容，进行的检测。

2 系统总体方案设计
2.1 系统设计要求
本系统设计要求如下:
1) GSM模块能够接收和发送短信设计；
2) GSM模块与单片机通信；
3) GSM模块手机号码权限设置；
4)单片机数据处理设计；
5)继电器设计；
6)执行器（电磁铁）功能设计；
7)收发短信12864液晶显示；
8)毕业论文的撰写；

2.2 系统总体结构设计
本设计是针对GSM模块收发短信来对继电器进行通电吸和，断电断开的控制，GSM具有远程无线通信的功能，通过手机终端发送短信GSM模块接收短信通过AT指令传输给单片机进行处理，将处理的结果传送到外接的继电器实现功能，以此达到控制的目的。GSM模块式整个设计的核心，通过对模块的参数设计，来实现我们需要达到的功能，在整个设计过程中，手机通信是最重要的，设置功能室通过短信控制的。单片机处理的结果直接返回给GSM模块，实现控制功能，最后通过继电器的通断电的功能来对执行器进行控制，最终达到控制机械开关的目的。

手机短信
短信服务中心
GSM网络
短信服务中心
手机短信
GSM模块（TC35）
单片机89C52
继电器
执行器
液晶显示

图2.1 系统流程图
本设计程序主程序中对液晶显示模块、单片机模块、GSM通信模块进行初始化处理完成后，GSM模块将会发送一个初始化完成的短信到用户终端中进行提示，用户就可以对GSM模块进行远程控制了，发送控制短信后，GSM模块接收到短信，然后通过AT指令传输给单片机进行处理，然后进一步控制继电器和执行器。
该设计主要由两部分组成，硬件设计和软件设计。硬件主要包括GSM接收与传输、单片机最小系统、继电器电路、执行器电路、液晶显示电路、电源电路、串行通信电路等部分；软件部分主要包括系统初始化、参数设置程序、数据分析程序、显示子程序、AT指令转换子程序、GSM与单片机通信子程序等，软件设计思路明确采用分段进行，便于调试和修改。

2.3 硬件选型
2.3.1 单片机
单片机选用STC12C5A60S2，该单片机是宏晶单片机公司推出的单机器周期/时钟（1T）的单片机，是低功耗、高速、抗干扰超强的新一代8051类型的单片机，其代码和指令基本可以完全兼容过去的8051单片机，但其速度要快 8-12 倍。而且该单片机内部包含了定时/计数器、中央处理器（CPU）、 串口、数据存储器（SRAM）、SPI 接口、I/O 接口、程序存储器（flash）、PCA、片内 R/C 振荡器及看门狗和外部晶体振荡电路等模块，几乎包含了日常所需的所有单元模块。选用本单片机而不选用89系列单片机的原因在于，本设计中的GSM模块与STC12C5A60S2单片机通信具有较快的速度，并且其编码方式只能与STC12C5A60S2单片机进行连接，而89系列单片机不能够与其通信[3]。
2.3.2 GSM模块
本GSM模块功能齐全，是天祥电子最新推出的一款基于GSM网络的手机模块。采用德国西门子工业GSM模块TC35I，可以实现上位机控制GSM模块接打电话、挂断电话、收发信息等，本GSM模块板载单片机，也可以利用单片机来实现接打电话、挂断电话、收发信息；不仅如此，利用单片机可以对接收到的信息进行解析，并根据信息内容进行相关操作，例如点亮LED与熄灭LED或打开与关闭继电器等，从而实现远程控制。它的优点在于模块功能齐全，有很强的抗磁干扰能力，能够实现远程控制与通信，自适应能力较为强大，与单片机通信速率快，是选择此GSM模块的原因所在。

2.4 本章小结
本章节是在理解课题的目的和意义后，进行总体的一个思路分析与设计，在设计开始出，会遇到一系列的问题，不知道从哪一个模块开始，选用什么芯片等有问题。在明确设计题目的要求和内容后，首先进行各个模块的设计，分步调试，待每个模块调试成功后，进行一个总体调试，最后实现题目的要求。

3 系统硬件及电路设计
3.1 单片机模块
3.1.1 概述
本系统选用核心单片机型号为STC12C5A60S2。其内部集成专用复位电路、工作电压范围是3.5V-5.5V。STC12C5A60S2有60KB的用户应用程序空间，256B的RAM和1024B的XRAM。STC12C5A60S2有双UART以及ISP串口。软件公司提供的软件，借助UART能够很方便地实现程序下载。单片机集成了微处理器，存储器和各种输入输出接口，如：定时器/计数器，并行I/O口，串行口，A/D转换器以及脉宽调制器PWM等为一体的电路芯片[3]。
3.1.2 主要特性
STC12C5A60S2芯片具有如下主要特性：
1）增强型8051CPU，指令代码兼容传统8051；
2）工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：3.5V -5.5V（5V单片机）；
3）工作频率范围：0～35MHz
4）用户应用程序空间8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节等；
5) 在一个指令周期内，可完成一次乘法和一次加法；
6) 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；
7) 片内具有快速 RAM，通常可以通过独立的数据总线，在两块芯片中同时访问；
8) 具有低开销或无开销的循环及跳转的硬件支持；
9) 快速的中断处理和硬件 I/O 接口支持；
10) 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；
11) 可以并行执行多个操作；
12) 支持流水线操作，使取指、译码、取操作数和执行等操作可以重叠执行[1]。

3.2 GSM模块
3.2.1 GSM简介
接收与发送短信，来实现对单片机的远程控制，工作电压为DC2.4V。GSM网络经过移动通信部门的多年建设，覆盖范围已相当大，已成为成熟、稳定、可靠的通信网络，这使得LED信息显示屏系统采用GSM网络来进行数据传输成为可能。常用的GSM模块有TC35、TC35I、MC35、MC35I。本系统采用TC35系列模块，此模块是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务SMS(short Message Service)和传真。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU(Protocol Data Unit)模式的短消息、第三组的二类传真、以及2．4k，4．8k，9．6k的非透明模式。通过独特的40引脚的ZIF(Zero Insertion Force)连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50Q天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。TC35外围电路主要由电源电路、IGT(Ignition)启动电路、数据通信电路、和SIM卡电路组成。其中IGT信号对于TC35控制是非常重要，只有正确的IGT信号才可以使TC35正常运行。系统加电后，为使TC35进入工作状态，必须给IGT(15脚)加一个延时大于lOO ms的低脉冲，电平下降持续时间不可超过1ms。驱动IGT时，TC35供电电压不能低于3．3V，否则TC35不能激活。另外对于SIM卡电路，基带处理器集成了一个与!SO7816—3ICCard标准兼容的SIM接口。为了适合外部的SIM接口，该接口连接到主接口(ZIF连接器)。TC35在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚，所添加的CCIN弓I脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。但是目前移动运营商所提供的SIM卡均无CCIN引脚，所以在设计电路时将引脚CCIN与CCVCC相连[4]。

3.2.2 GSM模块主要特性和参数
特性：接口方式支持串口、USB接口，自适应波特率为1.2kb/s-115kb/s,利用AT指令双向传输指令和数据，可通过AT指令或关断信号实现重启和故障恢复。
1） 工作在EGSM900和GSM1800双频段
2） 自适应波特率为1.2kb/s～115kb/s
3） 支持语音和数据信号传输
4） 利用AT指令可双向传输指令和数据
5） 支持Text和PDU格式的SMS
6） 可通过AT指令或关断信号实现重启和故障恢复
7） 接口方式支持串口、USB口
参数：工作电压为DC4.2V，工作电流为3.5mA(休眠状态)、25mA(空闲状态)、300mA(发射状态)，电源输入为DC5V-26V。
工作模式：
跳线使用方法说明：（跳线冒竖着插）
1、 通过电脑调试TC35I模块时，只短接PC/TC35I的一组，其它不必接。
2、 通过电脑给单片机下载程序时，只短接PC/MCU1的一组，其它不必接。
3、 若要通过单片机来调试TC35I，在给单片机下载程序时只短接PC/MCU1，下载完后取下PC/MCU1，
再短接TC35I/MCU1的一组，重新上电即可，不建议两组同时短接。
4、 有时用户需要用到电脑与单片机的第二串口通信，此时短接PC/MCU2，短 接PC/MCU2不影响单片
机和TC35I的正常工作。
5、 需要注意，PC同一时间只能和MCU1、MCU2、TC35I中的一路通信，跳线时请注意不要同时短接多组[4]。
3.3 开关电源
（1）外接24V电源，为电磁执行器24V的电压，当继电器接收指令后，电磁进行工作。
（2）外接一个电源，为单片机提供5V的电压。
3.4 继电器
982-1C-5DS继电器两个，来执行单片机发送的指令，进而控制电磁伸缩。继电器5只引脚，其中2只为线圈引脚，1只为公共端，1只为常开端，1只为常闭端，控制执行器，相当于一个单刀双掷开关。当线圈端加5V直流电压时，触点吸合，负载端闭合或断开。线圈工作电压DC12V。
3.5 电磁伸缩
电磁伸缩做为本设计的执行器，工作电压为24V，通过继电器的通断电，来实现其伸缩。通电电磁缩，断电电磁伸。
3.6 LED模块
用做指示灯，当GSM模块收到短信后，单片机处理后，LED将作为指示灯进行亮与灭。当模块通电以后，模块进行初始化，初始化完成后，LED1灯亮，同时D2灯3S亮75ms灭进行闪烁，说明模块通电良好；当模块接收到短信后，LED2-LED4灯将会进行亮与灭，实行控制继电器的通断电。
3.7 各个模块电路设计
3.7.1单片机（STC12C5A60S2）最小系统
单片机STC12C5A60S2工作电压为5V，是整个设计的主要组成部分，引脚MCU RXD和MCU TXD与TC35I模块连接进行通信，接收手机发送的指令，进行处理后在发送出去，达到控制目的。引脚18-21连接LED模块的4个LED灯，控制其点亮与熄灭，点亮则在工作状态，熄灭则是停止工作。引出的引脚为P0.0-P0.7，P1.0，P1.1，P1.4-P1.7，GND和VCC，另引脚P2.5接板子上继电器，P1.7外接继电器，控制继电器通电与断电。VCC和GND引脚为继电器的正负电源端口。单片机电路图如图3.1所示。

图3.2 单片机（STC12C5A60S2）电路原理图

3.7.2 GSM模块电路原理图（TC35I）
TC35I模块工作电压为DC5V左右，其中TC35I芯片的24-29引脚与SIM卡槽的1-6引脚进行连接，实现了手机发送短信，TC35I模块接收信息的功能。模块引脚RXD TC35I和引脚TXD TC35I分别接单片机引脚MCU RXD和MCU TXD，实现了TC35I模块与单片机进行通信，达到了远程手机发送指令控制单片机工作的目的。其中，SIM_CARD为SIM卡的卡槽，TC35I位接收信号的芯片，开关START为启动按钮，电路图如图3.2所示。

图3.1 GSM模块电路原理图
3.7.3 继电器电路图
继电器5只引脚，其中2只为线圈引脚，1只为公共端，1只为常开端，1只为常闭端，控制执行器，相当于一个单刀双掷开关。当线圈端加5V直流电压时，触点吸合，负载端闭合或断开。继电器常闭端接电源正极和执行器（电磁伸缩）的正极，另两端接负极和单片机接口P1.7和P2.5，及单片机通电，发送指令到继电器，令其工作，电磁缩；断电则电磁伸。这样继电器就能够控制执行器工作，实现机械开关的打开与关闭，电路图如图3.3所示。

图3.3 继电器电路图
3.7.4 电源模块
电源模块需要两个，其中一个是DC5V电源为单片机和TC35I模块进行供电，让其能够正常工作，另一个为DC24V电源，给继电器和电磁伸缩供电，当单片机发送打开的指令时，继电器和电磁伸缩能够正常工作，达到我们远程控制机械开关的目的，具体电路图如图3.4所示。此电源模块的输入电压为DC5V，通过LM2491模块，输出电压为VOUT=VREF（1+R1/R2），得到我们需要的电压。
LM2491是一种可调输出的芯片，他通过它外接的电阻不同，他调整的输出电压也不同，它外面有5个引脚，外接的线分别为：
1脚：电压调整端,提供1.2V的基准点压,可通过分压电阻改变输出电压；   
2脚：是OFF/ON控制端高,电平时模块关闭,低电平时模块正常工作；    
3脚：地；                 
4脚：电源输入端；                
5脚：电源输出端。

图3.4 电源模块电路原理图
3.7.5 LED模块
LED模块为整个设计的指示灯，当模块接入电源后，单片机进行初始化，初始化完成后，LED1灯将常亮，D2灯将会持续3s亮75ms灭的闪烁。当手机发送指令打开LED3时，LED3灯将常亮，说明模块接收到短信并传输给单片机处理，同时继电器1进行工作，电磁1缩；关闭则灯灭，继电器1停止工作，电磁1伸；同理，电磁2与电磁1工作原理相同，功能表如表3-1所示，电路图如图3.5所示。
系统短信功能表3-1：
短信指令
继电器1工作状态
继电器2工作状态
执行器1工作状态
执行器2工作状态
Open relay one
通电

缩

Close relay one
断电

伸

Open relay two

通电

缩
Close relay two

断电

伸

图3.5 LED模块电路图

3.8 机械装置设计
3.8.1 设计环境
CAXA实体设计是唯一集创新设计、工程设计、协同设计于一体的新一代3D CAD系统解决方案。易学易用、快速设计和兼容协同是其最大的特点。它包含三维建模、协同工作和分析仿真等各种功能，其无可匹敌的易操作性和设计速度帮助工程师将更多的精力用于产品设计本身，而不是软件使用的技巧。
CAXA实体设计是唯一具有创新模式和工程模式两种几何建模方式的三维CAD软件，既可以帮助用户快速构建3D模型，又能方便用户进行基于历史特征的全参数化设计，实现零件设计中的任何变化，都可以反映到装配模型和工程图文件中，确保数据的一致性和准确性。
创新模式简单易用，可大幅提高建模速度，尤其在开发新产品时具有无与伦比的优势；工程模式是和大多数3D软件一样采用全参数化设计思想，模型修改更加方便。用户可根据个人习惯或具体的零件/装配设计的需要，两种建模方式单独使用或结合应用，可显著加快设计速度。在设计工具方面，提供了各种实体特征造型工具，以及对局部特征或表面进行“移动”、“匹配”、 “变半径”等操作的表面修改功能。借助独特的三维球、定位锚、约束等工具，可以对智能图素或特征及其基准面进行灵活的事后定向、定位和锁定，以实现搭积木式快速组合，以及严格精确的详细设计[13]。

3.8.2 设计模式
创新模式
创新模式将可视化的自由设计与精确化设计结合在一起，使产品设计跨越了传统参数化造型CAD软件的复杂性限制，不论是经验丰富的专业人员，还是刚进入设计领域的初学者，都能轻松开展产品创新工作。
工程模式
CAXA实体设计除提供了创新模式外，还具备传统3D软件普遍采用的全参数化设计模式（即工程模式），符合大多数3D软件的操作习惯和设计思想，可以在数据之间建立严格的逻辑关系，便于设计修改。
2D集成
CAXA实体设计无缝集成了CAXA电子图板，工程师可在同一软件环境下自由进行3D和2D设计，无需转换文件格式，就可以直接读写DWG/DXF/EXB等数据，把三维模型转换为二维图纸，并实现二维图纸和三维模型的联动。
数据兼容
CAXA实体设计的数据交互能力处于业内领先水平，兼容各种主流3D文件格式，从而方便设计人员之间以及与其他公司的交流和协作。
3.8.3 机械装置示意图
本设计是基于GSM模块远程控制机械开关而设计的，在设计初期，GSM模块需要固定在一个位置，而现场许多机械结构在特定的环境下，执行器并不能够达到控制的要求，所以需要进行机械装置的设