基于移动通信网远程控制显示系统的设计.pdf

C o m m u n i c a t i o n&I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y N o.4.2 0 2 3通信与信息技术2 0 2 3 年第4 期(总第2 6 4 期)基于移动通信网远程控制显示系统的设计张翼天，邹曙光南京工程学院信息与通信工程学院，江苏南京2 1 1 1 6 7摘 要：为了实现远程控制设备，设计一个最小系统，该系统使用单片机和T C 3 5 i 模块实现设备的远程控制。该系统利用现有的移动通信网络、T C 3 5 i 模块的A T 指令和微控制器，实现远程发送简单的特殊指令短信便能在全球范围内实现对各种设备实现多功能控制。对利用单片机和无线通信模块接入移动通信网具有广泛应用意义。关键词：无线模块；单片机；设计中图分类号：T N 9 2 9文献标识码：A文章编号：1 6 7 2-0 1 6 4(2 0 2 3)0 4-0 0 8 0-0 51 引言网络通信和电子科技的发展，给人们生活带来了越来越多的便利。通过网络技术控制目标电器，有无线控制和有线控制两种方式。无线控制最大的优点是：控制端与被控端无数据线连接，使用起来非常便利。实现无线控制的方法较多，包括：蓝牙技术、W I F I 无线局域网技术、Z i g b e e 局域网协议、红外技术等。近年来已经有了一些设计成品，例如，利用蓝牙技术控制物联网智能家居家电，利用W I F I 技术控制自动浇灌系统 2 ,利用Z i g b e e 技术进行家居电器的控制 3 等。这些无线控制的设计成品，一定程度上满足了智能居家和工业控制的需求，但也有明显的局限性。采用以上技术设计，控制端和被控端的无线距离有着明显的局限性，一般情况下两者的通信距离限制在0 到几十米范围内。使用距离的约束，限制了其使用的广泛性。移动通信网覆盖全球，在信息的传播和交流中发挥了重要作用，人们可以不因地点的改变就要增加其他网络而烦恼。手机的应用已经普及，移动用户可以通过短消息实现部分业务和媒体通信。因此，一个经济造价低、硬件结构简单、易于使用的最小系统期待被设计出来，该系统能够利用覆盖全球的移动通信网作为指令传输媒介，实现使用手机发送不同的短信指令，被控端收到指令后执行不同程序语句，以达到不同控制效果。该设计与传统的无线控制技术相比，其最大的优点是：手机作为控制端，可以在世界各地漫游时，向被控设备发送控制指令。这种无线控制系统，只要作为控制端的手机和被控端的移动通信模块能够收到基站信号就能够正常工作，控制端和被控端实际上不存在距离上的约束。2 S M S 技术短消息是移动通信网系统中的一种业务类型。移动端用户通过手机等便携设备向他人的设备发送短信，短信通过短消息服务中心，进行一系列的操作，对所发送的短信进行存储并完成转发工作。即使是在互联网时代，依然离不开短消息的帮助，就比如验证码接收，信息通知以及消息群发等方面都离不开短消息的帮助 5。设计的硬件系统在能够接收手机发送的不同短消息时，单片机执行实现不同的控制指令。3 系统硬件设计L C D 显示屏/被控电器移动通信手机发送端T C 3 5 模块S I M 卡单片机电源图1 系统总体结构图基于短信的远程控制系统的设计，其工作原理如图1 所示。系统总体设计包含手机、移动通信模块(T C 3 5 i)、单片机控制模块三个部分。L C D 1 2 8 6 4 液晶显示屏和单片机进行串行通信，收到的信息经过字库芯片经过转码后送入L C D 1 2 8 6 4 液晶显示屏收稿日期：2 0 2 2 年1 2 月5 日；修回日期：2 0 2 3 年6 月1 4 日8 0专网通信基于移动通信网远程控制显示系统的设计来完成字符显示，使用1 6*1 2 8 点矩阵来显示汉字。单片机的一个串口直接与移动通信网模块相连，完成模块的初始化以及短信的数据发送和接收。发送和接收普通短信系统支持文本模式和P D U 短信模式。从模块发送的短消息使用U n i c o d e 代码，接收到的代码为U n i c o d e 代码。事先准备编码表，当收到一条短消息后，M C U 每次从模式数据包中取出2 个字节，使用二进制快速数据检索算法，在编码表中找到该位置，从表中的相同位置读取它 6。该代码同时读取字体代码，并且通过显示屏显示出来。3.1 单片机最小系统单片机系统如图2 所示，是一个由单片机、晶振电路、复位及保护控制电路构成的单片机最小时钟系统。以S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 2 作为微处理器芯片，其特性如下：5 1 内核，高速过程大约8 1 2 倍，低功耗。最大工作电压等级为3.3 v 5.5 v,集成电路片内电路具有大容量的程序存储器，如S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 2 单片机的芯片内部存储器电路使用容量可高达约6 0 K 以上的高速F L A S H R O M,这种高速大容量存储器能让用户程序瞬间完成代码的自动擦除、改写。V e cU 3S T C 1 2 C 5 A 6 0 5 2推阳1 0 K.0y c c+s yP 0.2P 1.4P 0.3P 1.5P 0.4P 1.6P 0.5P 1.7P 0.6R S T/P 4.7P 0.7进犹R X D/P 3.0R S T 2/P 4.6的得之比之x D/p S.IA L E/P 4.S 8 1C 3N A/p 41 0 u F算P 2.6P 2.5G N DP 2.4P 2.3zG N D號X T A L 2P 2.2X T A L 1P 2.11 1.0 5 5G N DP 2.0G N D图2 单片机最小系统3.4 V指用比色通言作密t a a1事5.0.pC 1+1111111111器22222你22代3133333380志o.1 p fm u r iB N i0 0 T 2D i8 2 2 日R I N 20 1 T 20 0 2 3 2T 0.00 1 p F3.3s r wC m N D1 0 4 5-3.6 Y:4 7 0a F1 0 k 0斟：4 3.6 V岁图3 T C 3 5 i 模块结构图3.2 移动通信网模块移动通信模块基于T C 3 5 i 新版西门子工业移动通信网手机模块，可同时支持手机收发中文信息和接收短波信息功能，如图3 所示。电源范围为直流3.3 V 4.8 V,拥有2.5 万A 的峰值功率，可实现直接双向传输的语音短信数据和语音视频数据信号，使用接口连接器和天线连接器实现S I M 卡读卡器口和天线的自动连接。基本技术参数S I M 电压等级一般为3 V/1.8 V,T C 3 5 i 的数据接口(C M O S 电平)通过一个A T 命令接口就可同时进行双向传输指令信号和数据。波特率为3 0 0 b/s 1 1 5 k b/s 等，自动恢复时钟波特率一般为1.2 k b/s 1 1 5 k b/s。支持T e x t 格式指令和P D U 格式指令的S M S(S h o r t M e s s a g e S e r v i c e,短消息)传输。3.3 印刷电路设计印制电路板总体设计如图4 所示。尽量把所有器件放在一块面积大小为1 0 c m*1 0 c m 的板子上，这样打样出来的板子最为便宜。经过市场调查可得知，需要打样的板子每多出1 c m 2 的大小，就会直接多出一倍的价格来，所以使用1 0 c m*1 0 c m 的板子能够大大降低成本和花销。P2图4 印制电路板电路设计图在选择封装类型的问题上，出于对降低焊接难度的考虑，除了字库芯片G T 2 1 L 1 6 S 2 W 和A M S 1 1 1 7-3.3 L D O 降压芯片只能买到贴片型的实物器件，其他器件均选购直插式器件，大大降低了焊接的难度。8 1通信与信息技术2 0 2 3 年第4 期(总第2 6 4 期)0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0o o图5 印制电路板裸板正面图图6 印制电路板元器件焊接完成正面图由于是手工焊接，很容易产生虚焊的问题，在焊接完成以后还要进行进一步的测量。引起虚焊现象的重要因素有：使用了品质差的焊锡、没有使用足量的助焊剂或助焊剂质量不好、事先没有将印制电路板的焊接处清理干净，焊锡没有焊牢、电烙铁的温度不够或太高，印制电路板表面已经被氧化、没有正确把控住适当的焊接时间，元器件焊接得不紧、元件的引脚有氧化现象。图5 是印刷电路裸板制成品，图6是完成焊接后的单片机整体系统的成品。4 系统软件设计S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 2 M C U 虽然有两个串口，但设计只用到串口1 和T C 3 5 i 模块进行通信。当新的S M S 到达时，M C U 首先使用A T 命令来获取从T C 3 5 i 模块接收到的S M S,然后发送到显示屏显示S M S 内容。如果获取的S M S 含有汉字且L C D 显示屏不带字库模块，则需要建立字库，然后通过u n i c o d e 码在字库中进行查询操作，方可在L C D 显示屏上显示汉字。4.1 系统软件流程图设计用S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 2 M C U 的串口1 和T C 3 5 i 模块进行通信。M C U 使用A T 命令获取从T C 3 5 i 模块最新接收到的S M S。读取短信后将U n i c o d e 编码送入字库芯片转码，再送入显示屏中显示；已经预先设定好的编号则直接显示在显示屏上。系统软件设计流程图如图7 所示。刑止电示程有后的内容系疑切始化达温字库艺片推成G B 2 3 1 2N量示售息是否族经他内容是U n i c o d e sY模现按键换别不网内容N在内容是广或广告2Y示应的信息语敬别读职好信图7 系统软件设计流程图4.2 显示模块L C D 1 2 8 6 4 驱动设计该设计采用显示模块L C D 1 2 8 6 4 来显示短信内容。P S B引脚为低电平时定义为串行通信，高电平时定义为并行工作模式。串行速度相对较慢，所占用的I/O 端口相对较少，但使用串行通信无法进行读操作，并且无法检测到忙信号。由于该设计对波特率没有很高的要求，L C D 1 2 8 6 4 驱动程序使用串行工作模式，P S B 定义为低电平。字节传输的部分代码为：f o r(i=0;i 8;i+)L C D _ C L K=0;/时钟拉低i f(D a t a&0 x 8 0)L C D _ S I D=1;e l s e L C D _ S I D=0;L C D _ C L K =1;/时钟拉高，传入1 b i t 数据D a t a =D a t a 1;/数据左移一位连续发送一个完整的数据字节，需同时从一个高位字节发送一次到低位并且一次发送一位。同样，在传输时钟过程中，每个时钟位在同步时钟的上升沿和下降沿方向发送。L C D W R _ S I D 是L C D 1 2 8 6 4 的串行数据线，而L C D E _ C L K 是L C D 1 2 8 6 4 的串行同步时钟线。8 2专网通信基于移动通信网远程控制显示系统的设计4.3 移动通信网模块设计移动通信模块使用的是T C 3 5 i 模块，它和单片机通过串口连接，主要功能是在微控制器和用户移动电话之间建立数据通信桥。用户能够通过其手机向微控制器发送命令在显示屏显示相应的文本信息，并且单个芯片可以检测并控制要通过G S M 模块返回到用户的手机的设备数据。单片机与G S M 模块连接，A T 指令U A R T 发送。如果U A R T 从G S M 收到返回的“O K”,则连接成功否则不成功。在确保连接建立后，将G S M 调制解调器设置为文本模式，以文本模式读取S M S,否则将显示为二进制模式。因此，将字符串“A T+C M G F=1”发送到G S M 模块，G S M模块将S M S 设置为文本模式下的索引1 处。因为最新的S M S总是存储在索引1 中，所以发送的数据是“a t+C M G F=1”,其中1 是消息的索引号。接下来，为了读取消息并发送它以显示字符串“A T+C M G R=1”被发送到G S M。这个字符串被发送到读取索引号1 的消息，因为它是G S M 中的S I M 接收到的最新S M S。当收到短信时G S M 模块发送提示信息并进入串口中断，单片机利用串口读取信息后进入数据处理，发送读取第一条短信，因为收到的是一位一位的A S C I I 代码，所以还要对其进行代码进制转换，转换成十六进制的信息才能利用字库进行汉字编码转换与点阵数据提取，完成之后将信息存储到F L A S H 存储器中。G S M 通信模块的主要驱动程序是g s m.c,包括：发送字符串函数、接收清空函数、接收数据函数、初始化函数和获取第一个逗号的地址函数。G S M 通信模块初始化流程，用伪代码表述如下：重试计数器置0;w h i l e(t r u e)/A T 测试指令G S M 接收缓冲清空；G S M 发送A T 指令；延时8 0 0 毫秒；检查接收缓冲区G S M _ R x B u f 中是否存在O K 字符串?i f 存在b r e a k;e l s e i f 重试计数器 1 0 0重试计数器加1;G S M 接受缓冲清空；重试计数器置0;为了正确显示中文字符、实现U n i c o d e 码转换为G B 2 3 1 2内码。程序首先要进行引脚连接宏定义，再通过R e a d B y t e函数，读取任意地址数据，最后通过U n i c o d e T o G B 2 3 1 2 函数即可完成内码转换。5 系统功能的实现单片机通过A T 指令控制移动通信网模块准确接收控制信令。移动通信网模块与基站成功连接后，T C 3 5 i 模块自动向已设定的手机号码发送连接提示短信并进行后续操作。之后系统根据用户发送的短信来控制相应的信息显示功能。通过这种方式便可实现远程控制显示功能，并且该系统的功能理论上可以根据自身需要进行源程序修改，以满足不同场合的需求，如控制多路继电器、L E D 灯等。6 结语由于移动通信网遍布全球，因而能够实现在全球任何一个地方，可以通过手机向装有指定手机号码S I M 卡的无线模块(T C 3 5 i)发送控制指令，单片机检索到相关短信后，自动执行程序所设定的相应功能。从而实现了在用户全球漫游时，通过发送短信可以较方便地控制目标电器的目的。参考文献 1 刘硕，赵彦博，杜佳林，肖玉婷，岳梦歌.基于蓝牙的物联网智能家居系统设计 J .通信与信息技术，2 0 2 0,(0 2):7 2-7 3+6 1.2 杨泽宇，曹伟，林丽.基于W i F i 的可视化自动浇灌控制系统 J .信息与电脑(理论版),2 0 2 1,3 3(2 1):1 3-1 5.3 刘英，黄晓洋，王先进.基于Z i g B e e 和单片机智能卧室环灯光强度调节系统 J .通信与信息技术，2 0 1 7,(0 1):6 5-6 6+6 2.4 田亮.基于G S M 模块的远程温度监控系统设计 J .电脑编程技巧与维护，2 0 2 1,(0 5):2 3-2 5.5 黎志远，苏临霖.基于S M S o v e r M S 的短消息加解密方法和系统的研究 J .通讯世界，2 0 1 9,2 6(0 1):3-4.6 郭星辰：“数码管显示”仿真实验电路的设计与应用 J .软件，2 0 2 1,4 2(0 6):6 2-6 5.7 向乾.智能变电站无线温度监控系统的设计 J .上海电气技术，2 0 1 8,1 1(0 1):1 1-1 4+2 2.作者简介张翼天(2 0 0 1-),男，南京工程学院通信工程(电力通信)专业。邹曙光(1 9 7 6-),男，研究方向：无线通信模块的开发应用。(下转第1 0 3 页)8 3人工智能公安机关北斗+A I 5 G 宽带自组网系统及应用参考文献 1 熊立.无线M e s h 自组网在应急通信基站回传中的应用探讨 J 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a la g e,t h e p u b l i c s e c u r i t y w o r k n e e d s m o r e c o n v e n i e n t,e f f i c i e n t a n d r a p i d m e a n s o f c o m m u n i c a t i o n,w h i c h r e q u i r e s t h e e s t a b l i s h m e n to f a n e w c o m m u n i c a t i o n s y s t e m t o s u p p o r t t h e p u b l i c s e c u r i t y w o r k.T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e b a s i c w o r k i n g p r i n c i p l e o f t h e p u b l i cs e c u r i t y B e i d o u +A I 5 G b r o a d b a n d A D h o c n e t w o r k s y s t e m,a n a l y z e s t h e o v e r a l l s y s t e m a r c h i t e c t u r e,n e t w o r k i n g s t r u c t u r e,t e c h n i c a ls c h e m e a n d h a n d h e l d t e r m i n a l d e v i c e s,c o m p a r e s t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s,a n d d e s c r i b e s t h e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s c e n a r i o st o i l l u s t r a t e t h a t t h e s y s t e m h a s s t r o n g t h e o r e t i c a l a n d p r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e.K e y w o r d s:P u b l i c s e c u r i t y,B e i d o u,A I,5 G,B r o a d b a n d A D h o c n e t w o r k(上接第8 3 页)D e s i g n o f r e m o t e c o n t r o l d i s p l a y s y s t e m b a s e d o n m o b i l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r kZ H A N G Y i t i a n,Z O U S h u g u a n gS c h o o l o f I n f o r m a t i o n a n d C o m m u n i c a t i o n E n g i n e e r i n g,N a n j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y,N a n j i n g 2 1 1 1 6 7,C h i n aA b s t r a c t:A m i n i m a l s y s t e m i s d e s i g n e d w h i c h u s e s t h e c o m b i n a t i o n o f M C U a n d T C 3 5 i m o d u l e.T h e s y s t e m m a k e s u s e o f t h ee x i s t i n g m o b i l e c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k,T C 3 5 i m o d u l e a n d m i c r o c o n t r o l l e r t o r e a l i z e t h e m u l t i-f u n c t i o n c o n t r o l o f a l l k i n d s o fd e v i c e s b y s e n d i n g S M S r e m o t e l y.I t h a s w i d e s i g n i f i c a n c e f o r u s i n g s i n g l e-c h i p m i c r o c o m p u t e r a n d w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nm o d u l e.K e y w o r d s:W i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n m o d u l e,M i c r o c o m p u t e r,D e s i g n1 0 3