隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展及生活質(zhì)量的不斷提高,，人們對居住環(huán)境的舒適度,、安全性以及操作的便捷性等要求也越來越高。比如在炎熱的酷暑,，希望一上班就能享受到空調(diào)帶來的涼爽,；人們旅游在外時，希望能將家中的燈,、電視機(jī)打開一段時間再關(guān)閉以造成有人在家的假象,，提高家居的安全性；當(dāng)小偷破壞車主的汽車防盜報警系統(tǒng)時,，能觸發(fā)另一系統(tǒng)自動給正在外地辦事的車主手機(jī)或當(dāng)?shù)鼐靾缶?；還有半小時就下班了，現(xiàn)在就將家中電熱器打開燒水等等,。再比如,，現(xiàn)在很多商用空調(diào)（如電信基站用的空調(diào)）安裝在遙遠(yuǎn)、偏僻,、荒蕪人煙的場合,，這些地方的氣候條件非常惡劣，且終年無人職守,，要確保里面的設(shè)備能正常穩(wěn)定運(yùn)行,，就必須時刻監(jiān)控機(jī)房中的環(huán)境溫度、濕度,、空調(diào)運(yùn)行狀況,，當(dāng)遇到空調(diào)發(fā)生故障時應(yīng)能及時、自動向控制中心或值班人員手機(jī)報警等,。

　　在這些應(yīng)用中,，通過有線網(wǎng)絡(luò)（如有線Internet網(wǎng)絡(luò)和PSTN網(wǎng)絡(luò)）需要專用網(wǎng)線，實現(xiàn)起來不經(jīng)濟(jì)也不方便,。由于GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣,，用戶無需另外組網(wǎng)，且用戶數(shù)量無限制,，因此比起傳統(tǒng)的有線集群系統(tǒng)具有無法比擬的優(yōu)勢,，加上GSM的SMS功能不受時間、地點的局限,，使得利用GSM網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑的網(wǎng)絡(luò)家電的應(yīng)用前景越來越廣,。為此,，公司于2004年立項并成功開發(fā)出基于GSM網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)家電-GSM網(wǎng)絡(luò)空調(diào)系統(tǒng)。

　　2 系統(tǒng)簡介

　　系統(tǒng)示意如圖1,。

　　圖中系統(tǒng)可分為4部分,；(1) PC（包括一個通過串口連接的無線調(diào)制調(diào)解器）或手機(jī)，通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送或接收數(shù)據(jù),；(2)GSM網(wǎng)絡(luò),；(3) GSM網(wǎng)關(guān)，是PC和家電通訊的橋梁,；(4) 網(wǎng)絡(luò)家電,，可以是網(wǎng)絡(luò)空調(diào)、冰箱,、電熱器具,、電動窗簾等（下以空調(diào)為例）。

　　在該系統(tǒng)中,，1臺PC可帶任意多個網(wǎng)關(guān),，通訊時根據(jù)網(wǎng)關(guān)的電話號碼（SIM卡號）來識別；1個網(wǎng)關(guān)可帶128臺（受485總線限制）網(wǎng)絡(luò)家電,，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)家電的地址來識別,。網(wǎng)絡(luò)家電的高位地址表示家電的類別，如空調(diào)為1,、熱水器為2等，而低位地址是由網(wǎng)關(guān)根據(jù)各類家電已登陸注冊的臺數(shù)按順序自動分配的,。

　　網(wǎng)關(guān)是整個系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵,，因此下面介紹GSM網(wǎng)關(guān)的設(shè)計。

　　3 GSM網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計

　　圖2是GSM網(wǎng)關(guān)原理圖,。其中D101為89C58單片機(jī),；D106、D107一起組成外擴(kuò)RAM,，主要用于存貯網(wǎng)關(guān)下所有空調(diào)的即時狀態(tài)信息,；GP101的型號為TC35模塊，與單片機(jī)通過RS232（D102）連接,。該模塊是西門子為嵌入式設(shè)備設(shè)計的GSM雙頻通訊核心模塊,，支持語音通訊、數(shù)據(jù)通訊和短信功能,，具有GSM07.05定義的標(biāo)準(zhǔn)AT命令接口,；D105為EEPROM，用于存儲通訊密碼,、電話號碼,、空調(diào)信息碼等,，同時起到外部Watchdog作用；X102通過485總線（D101）接網(wǎng)絡(luò)空調(diào),。

　　由于GSM模塊在撥號及收發(fā)短信時有較強(qiáng)的射頻干擾,，因此在設(shè)計PCB時應(yīng)注意抗干擾問題。

　　4 GSM網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計

　　4.1 Modem初始化

　　4.1.1 將Modem給單片機(jī)的返回結(jié)果碼初始化為數(shù)字模式（用“ATV0”命令）,，可簡化程序,。如在數(shù)字模式時鈴聲的返回為“2r”；而在參數(shù)V的默認(rèn)設(shè)置時返回結(jié)果為字符模式,，因此鈴聲的返回就變成“RINGr”,。(r為回車符，下同),。

　　4.1.2 因需發(fā)送漢字,，短信必須采用PDU（protocol description unit）模式（用“AT+CMGF=0r”命令）。PDU模式支持所有的手機(jī),。PDU串僅由數(shù)字或大寫字母的ASCII符組成,。中文或中英文混合短信須用UCS2編碼方式，短信內(nèi)容需轉(zhuǎn)化成Unicode碼,。

　　4.1.3 在收到新短信時要求Modem提示（用“AT+CNMI＝1,，1，0,，0,，1r”命令）以便及時處理。

　　4.1.4 單片機(jī)在收到規(guī)定次數(shù)的打鈴信號后,，要求手工摘機(jī)（用“ATS0＝0r”）

　　4.2 數(shù)據(jù)通訊

　　網(wǎng)關(guān)與空調(diào)之間,，網(wǎng)關(guān)是主機(jī)空調(diào)是從機(jī)；PC與網(wǎng)關(guān)之間,，PC是主機(jī)網(wǎng)關(guān)是從機(jī),。

　　PC用數(shù)據(jù)撥號方式（TC35分語間撥號和數(shù)據(jù)撥號，見參考資料4）和網(wǎng)關(guān)建立連接后,，必須先驗證通訊密碼,，如密碼不對，系統(tǒng)將掛機(jī),。密碼通過后,，用戶可對本網(wǎng)絡(luò)所轄空調(diào)進(jìn)行開停、設(shè)置,、查詢等操作,；PC會每隔一定時間發(fā)一個命令給網(wǎng)關(guān)以表明系統(tǒng)連接正常，如在規(guī)定時間內(nèi)網(wǎng)關(guān)沒有收到任何數(shù)據(jù)，則網(wǎng)關(guān)認(rèn)為PC出現(xiàn)故障（如PC突然斷電）,，網(wǎng)關(guān)將掛機(jī),；PC還可設(shè)置網(wǎng)關(guān)報警電話號碼、通訊密碼,、短信密碼,、信息服務(wù)中心碼等。

　　網(wǎng)關(guān)收到PC命令后,，先判斷該命令是給空調(diào)的還是給網(wǎng)關(guān)本身的,，如是給空調(diào)的，則轉(zhuǎn)發(fā)給空調(diào),，待空調(diào)返回后最終將返回結(jié)果發(fā)給PC,。在轉(zhuǎn)發(fā)PC命令給空調(diào)時，須等待正在進(jìn)行的網(wǎng)關(guān)掃描空調(diào)的命令發(fā)送完畢且已返回或延時一段時間才能執(zhí)行,，否則將降低通訊成功率,。

　　PC與網(wǎng)關(guān)之間采用UART口通訊，波特率為9600（TC35的波特率是自適應(yīng)的）,。當(dāng)收到PC一幀正確數(shù)據(jù)后,，對數(shù)據(jù)的處理我們將其視為一個任務(wù)。

　　程序采用任務(wù)堆棧結(jié)構(gòu),，最大任務(wù)數(shù)10個,，超出的部分自動丟棄（一般任務(wù)數(shù)不會超過3個）。每增加一個新任務(wù),，任務(wù)壓棧：任務(wù)數(shù)加1,，并記下該任務(wù)的命令、地址,。程序檢查目前有無待處理的任務(wù),，如有，則依次彈棧處理,，每處理1個，任務(wù)數(shù)減1,，直到任務(wù)都處理完畢,。這些任務(wù)包括處理PC命令，轉(zhuǎn)發(fā)PC命令給空調(diào),，處理空調(diào)返回數(shù)據(jù),，回應(yīng)PC命令，網(wǎng)關(guān)掃描空調(diào),，容錯處理等,。

　　網(wǎng)關(guān)處理完所有任務(wù)后（任務(wù)數(shù)為0），才對已登陸的空調(diào)狀態(tài)進(jìn)行輪詢掃描，同時,，每隔一定時間查詢一次是否有新空調(diào)加入網(wǎng)關(guān),，如有，則由網(wǎng)關(guān)自動分配空調(diào)地址（低位）使其登陸,，登錄是以信息碼區(qū)分的,，所以不會出現(xiàn)不同空調(diào)具有相同地址的情況。

　　由于既要與PC通訊又要與空調(diào)通訊,，因此我們將與空調(diào)的通訊采用I/O口模擬,，波特率為1200?？照{(diào)數(shù)量越多,，網(wǎng)關(guān)輪詢一遍所需時間越長，按照我們的協(xié)議100臺空調(diào)輪詢一遍的時間約在550ms*100即1min左右,，但這已能滿足空調(diào)等家電實時性要求不高的場合,。網(wǎng)關(guān)將輪詢時得到的空調(diào)狀態(tài)保存在外擴(kuò)RAM中，當(dāng)PC要求刷新所有空調(diào)狀態(tài)時,，網(wǎng)關(guān)將這些數(shù)據(jù)按每15臺一組整體打包發(fā)給PC,，這樣既提高了PC的查詢速度，又保證了空調(diào)狀態(tài)的實時性,。

　　通過PC設(shè)定報警電話（如PCModem模塊的SIM卡號）后,，在網(wǎng)關(guān)查詢到某臺空調(diào)發(fā)生故障且網(wǎng)關(guān)Modem處于不忙狀態(tài)時，網(wǎng)關(guān)會主動向該電話撥號,，連接成功后可由PC自動查詢到空調(diào)故障,。也可以短信形式向用戶報警。

　　4.3 短信處理

　　4.3.1讀短信

　　收到PC或用戶發(fā)來的新短信時,，TC35模塊會告知網(wǎng)關(guān)該短息的index,如index＝0x31(ASCII符),，則通過“AT+CMGR＝1r”命令可讀到該信息的內(nèi)容。如SMSC的號碼是13800765500（順德地區(qū)信息服務(wù)中心碼）,，發(fā)送方手機(jī)號碼為13690673365,，信息內(nèi)容為“123空調(diào)10開”（123為密碼，10為空調(diào)低位地址）,，則網(wǎng)關(guān)收到的短信PDU串可以為：08 91683108705605F0 840D 91683196603763F5 0008 4060915135930010 0031003200337A7A8C03003100305F00

　　單片機(jī)讀到上述短信后,，需要進(jìn)行以下幾項工作：

　　（1）記錄發(fā)送方手機(jī)號碼（上表第6,、7部分）,，以便回復(fù)短信；

　?。?）根據(jù)短信編碼方式（第8部分）,，對短信內(nèi)容進(jìn)行解析。因編碼方式有7位、8位和16位（USC2）,，解碼程序也就不一樣（程序略）,；

　　（3）進(jìn)行密碼校驗,，如密碼不正確,，則直接將其刪除；

　?。?）進(jìn)行密碼校驗通過,，且短信內(nèi)容符合相關(guān)約定，則將短信命令以特定協(xié)議格式轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)空調(diào),，并將該短信刪除,。因此，網(wǎng)關(guān)收到上面短信后,，就將開機(jī)命令發(fā)給10號空調(diào),；

　　（5）在規(guī)定時間內(nèi),，空調(diào)未返回執(zhí)行結(jié)果,，網(wǎng)關(guān)將重發(fā)。如重發(fā)3次仍沒返回,，則識系統(tǒng)通訊故障,。

　　4.3.2寫短信

　　仍以上述短信為例?？照{(diào)收到網(wǎng)關(guān)的開機(jī)命令后執(zhí)行開機(jī)操作,，并將執(zhí)行結(jié)果返回給網(wǎng)關(guān)。如網(wǎng)關(guān)判斷該返回是回應(yīng)短信的,，則網(wǎng)關(guān)以中文短信形式將結(jié)果發(fā)到PC或用戶手機(jī)上（此例中號碼為13690673365）,，從而方便而又廉價地實現(xiàn)了對空調(diào)的雙向短信控制。發(fā)觸的PDU串為：08 91683108705605F0 1100 0091 6831966037635F 00 0801 107A7A8C03003100305F00

　　發(fā)送短信的格式如表1

　　經(jīng)測試(小靈通手機(jī)除外),，回復(fù)短信時,，為簡化程序，上述第1,、2,、4、5,、6、7,、9,、10、11部分可用表中的固定字段。

　　由于網(wǎng)關(guān)是用單片機(jī)控制來實現(xiàn)短信收發(fā)的,，因此在對信息內(nèi)容編碼時,，需用到GB2312到Uni-code編碼的轉(zhuǎn)換表，即對每個GB2312字符,，根據(jù)它是中文字符還是英文字符分別進(jìn)行查表轉(zhuǎn)換,，這樣也就要求單片機(jī)的ROM容量要在60k以上。我們使用的單片機(jī)才32k ROM,，沒有外擴(kuò),，因此程序中的漢字列表只能根據(jù)實際使用需要選擇2000個左右的常用漢字，這已能滿足絕大多數(shù)家電控制的要求,。

　　5 結(jié)束語

　　由GSM模塊TC35及單片機(jī)構(gòu)成GSM網(wǎng)關(guān),，可以很好的完成短消息收發(fā)和數(shù)據(jù)通信，由此構(gòu)成的GSM網(wǎng)絡(luò)空調(diào)控制系統(tǒng)是其應(yīng)用的一個實例,，其它網(wǎng)絡(luò)家電,，嵌入相應(yīng)協(xié)議后就可使用。通過較長時間的可靠性試驗和用戶試用,，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,，用戶反映良好。