GSM网络在网络家电中的应用

1 前言　　

随着经济的迅猛发展及生活质量的不断提高，人们对居住环境的舒适度、安全性以及操作的便捷性等要求也越来越高。比如在炎热的酷暑，希望一上班就能享受到空调带来的凉爽；人们旅游在外时，希望能将家中的灯、电视机打开一段时间再关闭以造成有人在家的假象，提高家居的安全性；当小偷破坏车主的汽车防盗报警系统时，能触发另一系统自动给正在外地办事的车主手机或当地警察报警；还有半小时就下班了，现在就将家中电热器打开烧水等等。再比如，现在很多商用空调（如电信基站用的空调）安装在遥远、偏僻、荒芜人烟的场合，这些地方的气候条件非常恶劣，且终年无人职守，要确保里面的设备能正常稳定运行，就必须时刻监控机房中的环境温度、湿度、空调运行状况，当遇到空调发生故障时应能及时、自动向控制中心或值班人员手机报警等。　　

在这些应用中，通过有线网络（如有线Internet网络和PSTN网络）需要专用网线，实现起来不经济也不方便。由于GSM网络覆盖范围广，用户无需另外组网，且用户数量无限制，因此比起传统的有线集群系统具有无法比拟的优势，加上GSM的SMS功能不受时间、地点的局限，使得利用GSM网络构筑的网络家电的应用前景越来越广。为此，公司于2004年立项并成功开发出基于GSM网络的网络家电 - GSM网络空调系统。　　

2 系统简介　　

系统示意如图1。

图1 GSM系统示意图

图中系统可分为4部分；(1) PC（包括一个通过串口连接的无线调制调解器）或手机，通过GSM网络发送或接收数据；(2)GSM网络；(3) GSM网关，是PC和家电通讯的桥梁；(4) 网络家电，可以是网络空调、冰箱、电热器具、电动窗帘等（下以空调为例）。　　

在该系统中，1台PC可带任意多个网关，通讯时根据网关的电话号码（SIM卡号）来识别；1个网关可带128台（受485总线限制）网络家电，根据网络家电的地址来识别。网络家电的高位地址表示家电的类别，如空调为1、热水器为2等，而低位地址是由网关根据各类家电已登陆注册的台数按顺序自动分配的。　　

网关是整个系统的技术关键，因此下面介绍GSM网关的设计。

3 GSM网关硬件设计　　

图2是GSM网关原理图。其中D101为89C58单片机；D106、D107一起组成外扩RAM，主要用于存贮网关下所有空调的即时状态信息；GP101的型号为TC35模块，与单片机通过RS232（D102）连接。该模块是西门子为嵌入式设备设计的GSM双频通讯核心模块，支持语音通讯、数据通讯和短信功能，具有GSM07.05定义的标准AT命令接口；D105为EEPROM，用于存储通讯密码、电话号码、空调信息码等，同时起到外部Watchdog作用；X102通过485总线（D101）接网络空调。

图2 GSM网关原理图　　
由于GSM模块在拨号及收发短信时有较强的射频干扰，因此在设计PCB时应注意抗干扰问题。　　

4 GSM网关软件设计　　

4.1 Modem初始化　　

4.1.1 将Modem给单片机的返回结果码初始化为数字模式（用"ATV0"命令），可简化程序。如在数字模式时铃声的返回为"2r"；而在参数V的默认设置时返回结果为字符模式，因此铃声的返回就变成"RINGr"。(r为回车符，下同)。　　

4.1.2 因需发送汉字，短信必须采用PDU（protocol descriptiON unit）模式（用"AT+CMGF=0r"命令）。PDU模式支持所有的手机。PDU串仅由数字或大写字母的ASCII符组成。中文或中英文混合短信须用UCS2编码方式，短信内容需转化成Unicode码。　　

4.1.3 在收到新短信时要求Modem提示（用"AT+CNMI＝1，1，0，0，1r"命令）以便及时处理。　　

4.1.4 单片机在收到规定次数的打铃信号后，要求手工摘机（用"ATS0＝0r"）　　

4.2 数据通讯　　

网关与空调之间，网关是主机空调是从机；PC与网关之间，PC是主机网关是从机。　　

PC用数据拨号方式（TC35分语间拨号和数据拨号）和网关建立连接后，必须先验证通讯密码，如密码不对，系统将挂机。密码通过后，用户可对本网络所辖空调进行开停、设置、查询等操作；PC会每隔一定时间发一个命令给网关以表明系统连接正常，如在规定时间内网关没有收到任何数据，则网关认为PC出现故障（如PC突然断电），网关将挂机；PC还可设置网关报警电话号码、通讯密码、短信密码、信息服务中心码等。　　

网关收到PC命令后，先判断该命令是给空调的还是给网关本身的，如是给空调的，则转发给空调，待空调返回后最终将返回结果发给PC。在转发PC命令给空调时，须等待正在进行的网关扫描空调的命令发送完毕且已返回或延时一段时间才能执行，否则将降低通讯成功率。　　

PC与网关之间采用UART口通讯，波特率为9600（TC35的波特率是自适应的）。当收到PC一帧正确数据后，对数据的处理我们将其视为一个任务。　　

程序采用任务堆