基于GSM和AVR单片机的智能家居控制系统样本.doc

基于AVR单片机和GSM短信网关

成员：成星 鲁得泂 王龙 马向超
学院： 物理学院
指引教师： 李茂奎

6月

基于AVR单片机和GSM短信网关
物理学院 成星 鲁得泂 王龙 马向超
摘要：本产品以AVR系列单片机ATMEGA16为控制核心，以GSM短信息发送与接受模块wavecome为辅助设备，来实现短信发送与接受功能，进而实现远程通信与控制。
核心词：GSM ATMEGA16单片机
设计背景：随着3G网络浮现，以及3G手机普及，无线通讯技术已经发展到相称成熟水平，而无线控制也在各种场合极大发挥着作用。GSM模块与单片机通信是GSM模块应用一种核心技术。咱们所设计系统，运用单片机串行口知识，来实现与GSM模块通信，以对无线通讯和无线控制有一种更加清晰结识。

一、系统设计目、用途及功能：
目：运用单片机串口功能，实现与GSM模块通讯，进而实现短信发送功能。
用途与功能：可实现远程无线通讯，也可增长扩展实现远程控制功能。
二、硬件设计思想与原理图
1.单片机接口
咱们使用是Atmel公司AVR高速8位微控制器ATmega16 。ATmega16芯片为40个引脚,内部集成了1K字节RAM、512字节EEPROM、16K字节Flash以及2个UART串行接口等。由于采用了高性能MCU,省掉了大量外围器件,如外扩RAM、ROM存储器等,使硬件构造大大简化,提高了系统可靠性。
它与51单片机、PIC单片机相比具备一系列长处：
1：在相似系统时钟下AVR运营速度最快；
2：芯片内部Flsah、EEPROM、SRAM容量较大；
3：所有型号Flash、EEPROM都可以重复烧写、所有支持在线编程烧写(ISP)；
4：各种频率内部RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，零外围电路也可以工作；
5：每个IO口都可以以推换驱动方式输出高、低电平，驱动能力强；
6：内部资源丰富，普通都集成AD、DA模数器、PWM、SPI、USART、TWI、I2C通信口、丰富中断源等。
当前支持AVR单片机编译器语言重要有汇编语言、C语言、BASIC语言等。其中C编译器重要有CodeVisionAVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR等，C语言编译器由于它具备功能强大、运用灵活、代码小、运营速度快等先天性长处，使得它在专业程序设计上具备不可代替地位。

ATmega16芯片引脚图如下：

其中PD0即为RXD引脚（RXD是USART数据接受引脚），PD1即为TXD引脚（TXD是USART数据发送引脚），引脚11即为GND接地。

2.Max232电平转换芯片接口
Max232芯片是Maxim公司生产涉及2路接受器和驱动器，合用于各种EIA—232C和v.28/v.24通信接口。Max232芯片内部有一种电源电压变换器，可以把输入+5伏电源电压变换成RS232C输出电平所需正负10v电压。此芯片工作电压为+5V。

3.GSM模块与单片机硬件接口连接
咱们所用GSM模块具备数据引出与接受口，并且支持与GSM 短信息有关 AT 控制指令(GSM-SMS-AT 指令)，GSM模块通过数据口以串行方式接受指令并向外输出数据。硬件连接相称简朴，在数据口中找出RXD、TXD 和 GND 引脚与单片机串口相应连接即完毕了硬件接口。
注：GSM模块数据线是专为连接PC 机9 针串口而设计，其信号电平为原则RS232 电平，而单片机信号电平为TTL电平， 因而只要通过电平转换，就可很以便与模块相接。这里可以用开发板上电平转换某些，也可以用Max232电平转换芯片。
连接电路如图 1 所示。

4.系统总体电路连接图

三、软件设计系统
1.GSM模块软件接口及控制技术
在咱们设计系统中，采用是GSM通信模块为WAVECOM，该模块具备GSM无线通信所有功能,并提供原则USART串行接口,支持GSM 07.05所定义AT命令集指令。
模块通讯所有采用AT+XXXX完毕。基本AT指令如下所述：
短消息格式 AT+CMGF 选取短消息支持格式（TEXT or PDU）
显示TEXT参数 AT+CSDH 显示当前TEXT模式下成果代码
新消息提示 AT+CNMI 选取当有新短消息来时系统提示方式
读短消息 AT+CMGR 读取短消息
列短消息 AT+CMGL 将存储短消息列表
发送短消息 AT+CMGS 发送短消息
设立TEXT参数 AT+CSMP 设立在TEXT模式下条件参数
删除短消息 AT+CMGD 删除保存短消息

依照GSM 07.05定义,SMS短信息发送和接受模式共有三种：Block模式、基于AT命令Text模式和基于AT命令PDU模式。
其中发送和接受中文或中/英文混合短信息必要采用PDU模式，Text模式只支持传送英文及数字信息。由于Block模式有关资料较少，PDU模式编解码过程复杂，咱们选取Text模式作为咱们系统通讯模式。

2. TEXT模式简介
Text模式只支持传送英文及数字信息，但它编码要比PDU模式简朴诸多。 在Text Mode下，发送及接受到数据均以ASCII码形式来表达。TEXT模式在信息传送时通过串口传递是十六进制ASCII码。其USART通讯默认使用9600比特率，8位数据信息，无奇偶校验，有一位开始位和一位结束位。
例如，咱们要发送指令来读取第一条短信，使用命令：AT+CMGR=1；咱们只需要通过串口发送十六进制数码：0x41,0x54,0x2b,0x43,0x4d,0x47,0x52,0x3d,0x31,0x0d 即可。其中0x41是A相应ASCII码，0x54是T相应ASCII码，以此类推，只要将相应英文字母ASCII码以十六进制形式发送即可。

3.GSM通讯模式阐明（在实验中得出某些结论）
鉴于TEXT模式在运营中易操作性，咱们最后选取了这种模式作为咱们GSM模块与单片机之间通信方式。咱们一方面编写了一种串口通信程序，使数据能从单片机接口发送出来（运用串口调试助手观测）。下一步定义各种要用AT指令及短信内容，将这些指令通过串口传给GSM模块，经由模块辨认来发送短信内容。咱们通过重复测试，总结出来如下某些规律：

① 所有AT 指令指令符号、常数、TEXT 数据包等都是以ASCII 编码形式传送， 例如 “A ” ASCII 编码为41H，“T”ASCII 编码为54H，数字“0” ASCII编码为30H 等。

② 单片机控制GSM模块工作，必要把GSM模块短信息工作模式设立为TEXT（只发英文和数字）格式，即通过指令 AT+CMGF=1 完毕。指令可以写在程序里，也可通过电脑进行一次设立。后来使用时不需再次设立。

③ 单片机向GSM模块发送每一条指令后，必要以回车符作为该条指令结束，回车ASCII 编码为0DH。例如，单片机向GSM模块发送“AT+CMGF=0” 这条指令，其ASCII编码序列为“41H、54H、2BH、42H、4DH、47H、46H、3DH、3 0 H、0 D H”，最后一种字节0DH 就是回车符，表达该条指令结束，如果没有这个回车符，GSM模块将不辨认这条指令。指令在程序中定义方式为 char a[]="AT\r\n";

④GSM模块向单片机传送短信息内容时，其TEXT数据包内容是以十六进制表达数据， 但并不是直接向单片机传递十六进制数据，而依然是把每一位十六进制数以A S C I I 编码来发送。这样二个字节十六进制数就变成4 字节ASCII码。但是TEXT数据包中数据字节长度某些依然是实际字节长度，而不是变成ASCII码字节长度。

⑤GSM模块执行指令过程中，需要将短信内容凑够一定字符数才往外发送，并且中间有一定期间延时。

4.软件设计思想与流程图
本系统旨在完毕对SMS短信发送功能。软件流程图如下：
单片机初始化

GSM模块初始化

发送AT联机指令

Y
设立短消息中心号码

发送短信内容
Y

软件代码：
//ICC-AVR application builder ：-5-20 11:21:23
// Target ：M16
// Crystal：7.3728Mhz

#include <iom16v.h>
#include <macros.h>
char a[]="AT\r\n"； //定义AT联机指令
char b[]="AT+CMGS=\r\n"； //设立接受手机号码
char c[]="someone has broken into your house.someone has broken into your house.someone has broken into your house.someone has broken into your house.someone has broken into your house.\r\n"； //定义短信内容
void delay250(unsigned int k) /*延时函数*/
{unsigned int j,i;
for (i=0;i<k;i++)
{
for(j=0;j<25;j++);
}
}
void port_init(void) //端口初始化
{
PORTA = 0xFF;
DDRA = 0xFF;
PORTB = 0x00;
DDRB = 0x00;
PORTC = 0x00；//m103 output only
DDRC = 0x00;
PORTD = 0x03;
DDRD = 0x02； //PD0口接受数据，PD1口发送数据
}
//UART0 initialize
// desired baud rate：9600
// actual：baud rate:9600 (0.0%)
void uart0_init(void)
{
UCSRB = 0x00；//disable while setting baud rate
UCSRA = 0x00;
UCSRC = BIT(URSEL) | 0x06;
UBRRL = 0x2F；//set baud rate lo
UBRRH = 0x00；//set baud rate hi
UCSRB = 0x98;
}
void init_devices(void)
{
//stop errant interrupts until set up
CLI()；//disable all interrupts
port_init();
uart0_init();

MCUCR = 0x00;
GICR = 0x00;
TIMSK = 0x00；//timer interrupt sources
SEI()；//re-enable interrupts
//all peripherals are now initialized
}
void USART_TRANSMIT(char data) //发送数据函数
{
while(!(UCSRA&(1<<UDRE)));
UDR=data;

}
void main()
{int n,u,m;
init_devices()；
for(n=0;n<4;n++)USART_TRANSMIT(a[n])； //发送AT指令
delay250(0);
for(u=0;u<21;u++)USART_TRANSMIT(b[u])； //设立接受手机号码
delay250(0);
for(m=0;m<180;m++)USART_TRANSMIT(c[m])； //发送短信内容
delay250(0);
}

四．系统测试过程以及测试数据
1．测试仪器
ICCAVR（ FOR IMAGE CRAFTING），AVR STUDIO 4.0，JTAG，串口调试助手，ATMEGA16单片机等
任何一种模块初次使用时,必要要测试其工作与否正常,由于其自带RS232接口,因此咱们可以用PC机串口调试软件进行调试。
2、启动串口调试软件(见界面)

1.串口调试软件有许多,可以使用任意一款软件,也可以使用WINDOWS自带“超级终端"。设立波特率19.2k,这是模块默认波特率,初次连机可以从2400～57.6k不断测试,直到模有应答。

2、发送“AT"’
  AT 回车

3、变化波特率“AT+IPS=XXXX"
  模块默认波特率是19.2k,实际使用时,可以改成9600或38.4K,办法如下：
  AT+IPR=9600 回车

4、短信模式设立
  (GSM模块短信模式有2种。第1种是：TEXT模式;第2种是：PDU模式。PDU模式可以采用unicode编码发送英文、中文。但合成PDU码比较复杂,而TEXT模式只能发送英文,但不必编码。实际使用可以采用TEXT模式。
设立如下：
    AT+CMFG=1 回车
5、短信模式简介
    SMS是由Etsi所制定一种规范(GSM 03.40和GSM 03.38)。当使用7-bits编码时候它可以发送最多160个字符;8-bit编码(最多140个字符)。普通无法直接通过手机显示;普通被用来作为数据消息,例如：smart messaging中图片和铃声和OTA WAP设立。16-bit信息(最多70个字符)被用来显示Unicode(UCS2)文本信息,可以被大多数手机所显示。一种以class 0开头16-bit文本信息将在某些手机上作为Flash SMS显示(闪烁SMS和警告SMS)。
    有两种方式来发送和接受SMS信息：使用文本模式或者使用PDU(protocol description unit)模式。文本模式(也许某些手机不支持)事实上也是一种PDU编码一种体现形式。在显示SMS信息,也许使用不同字符集和不同编码方式。

6、短信读取办法
    AT+CMGR=X回车
如果有短信息,短信模块回应：
AT+CMGR=1
+CMGR："REC UNREAD","",,"09/05/10,22：24：32+02
testOK
OK
短信息分析：
“test OK"就是短信息内容。
短信息存储容量与Ic卡关于,序号从1-N。
REC UNREAD"：代表短信息未读过。
REC READ"    ：已读过。
"  ：接罢手机号码。
09/05/10,22：24：32+02"：短信息发送时间。

无短信息,模块回应：
AT+CMGR=3
+CMGR：0,,0

7、短信删除办法
    AT+CMGD=1回车

8、短信发送办法
    短信息发送提成两步：

    1：发送接罢手机号码,等待应答：“>"
    AT+CMGS=""回车(目地址)
    模块回应：
    AT+CMGS=""  >

    2：  输入短信息内容(只能是英文)：Test 回车
下图为用PC机控制GSM过程（通过串口调试助手）

3. 将PC机输出控制命令转化成单片机输出指令
1.先定义AT指令字符串。
char a[]="AT\r\n";
char b[]="AT+CMGS=\r\n";
char c[]="someone has broken into your house.。someone has broken into your house.。someone has broken into your house.。someone has broken into your house.。someone has broken into your house.\r\n";
2.串口通信程序

void USART_TRANSMIT(char data) //发送数据函数
{
while(!(UCSRA&(1<<UDRE)));
UDR=data;

}

3..主函数
void main()
{
int n,u,m;
init_devices();
for(n=0;n<4;n++)USART_TRANSMIT(a[n]);
delay250();
for(u=0;u<21;u++)USART_TRANSMIT(b[u]);
delay250();
for(m=0;m<180;m++)USART_TRANSMIT(c[m]);
}

3．测试办法
咱们按照如下思路完毕作品，由于单片机就是一种“微型化计算机”，它将计算机重要功能集成在一块芯片上，成为一种控制器。因而，咱们先用计算机代替单片机，最后再将计算机操作功能写进单片机，完毕系统设计。

一方面是计算机与GSM模块通讯。此某些功能实现需要用到“串口调试助手”这块软件（这里强烈推荐一下这款软件，若要用到串口功能，这款软件是必不可少），这可以很直观看到究竟从串口传出了什么数据。其中这一某些内容要用到AT指令，详细用法与格式参看论文，这里不详述。

另一方面是单片机与计算机通讯，将程序写进单片机后，将单片机串口与计算机串口相连，点击运营，就可以从串口调试助手中看到从单片机中与否串出数据，以及数据格式对的与否。

最后，将单片机与GSM模块直接相连，通过串出指令控制模块发送短信，模块响应时间以及指令格式问题需要在程序中调节优化。

4．测试成果总结
经实验验证，实现了通过单片机控制GSM Modem 进行短信息发送。在发送过程中，有时会浮现响应过慢或发送内容不全状况，后经修改程序中延时函数，以及对GSM 模块初始化后，问题解决，系统工作状况良好。
四. 成员分工及完毕状况
成星 程序编写与调试 论文修正
鲁得泂 程序编写与调试 论文编写 开题报告与总结
王龙 电路板焊接 硬件连接 ppt制作
马向超 html网页 进度报告

五. 课程设计使用资源
Atmega16单片机，GSM模块，串口线，7.3728MHz外部晶振，导线若干。
六．参照文献
[1] WAVECOM——AT COMMONDS
[2] 《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践》 （马潮）
[3] AVR323数据手册