基于GSM的远程家电控制系统设计.pdf

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1、武汉理工大学硕士学位论文基于GSM的远程家电控制系统设计姓名：毛晓波申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：黎洪生20050501武汉型r 大学坝l：学位论文摘要随着现代网络和通信技术的不断发展，以及移动通信技术不断普及，远程控制家用电器的条件已经逐步成熟。文章利用G S M 移动通信的短消息服务设计了一个的远程控制家电的系统。设计了利用G S M 模块的短信数传功能来实现家电远程控制的方案。在分析G S M 通信协议的基础上阐明了中文短消息的编解码方式与收发控制，讨论了在嵌入式系统中实现中文短消息编解码的方法。通过家电控制器单片机的串口连接R S 4 8 5 网络，利用多机串口通

2、信实现了对系统功能的扩展。以家电控制器为核心，利用M 2 M 技术和R S 4 8 5 网络将家庭智能设备、控制功能模块联系起来，组建了家庭控制网络。在此基础上各种功能模块可以实现无缝接入网络，降低了系统成本，便于维护，同时具有很高的可定制性。针对家庭控制网络的特点，在分析其它家电控制协议的基础上设计了四层网络结构的开放型数据交换模型，并且设计了控制网络数据通信协议，以确保通信的可靠性。定义了设备描述的数据结构，并利用设备描述完成了对接入控制网络的设备的管理，实现了即插即用的功能，也规范了对功能模块外部功能的描述和内部指令的格式，从而提高了系统的开放性和兼容性。设计了家电控制器来完成控制信息转

3、接、短消息解码、信息显示和双串口通信等功能；专门设计了驱动程序来完成中文短消息的接收、发送和删除等工作，提高了系统的易用性，可以很方便直观的对家用电器进行远程控制。在控制器上实现了1-w i r e 和1 2 C 总线接口，提高了控制器的可扩展性。利用继电器完成对家电的筒单开关控制。并且，以家用空调器为对象，设计了以传感器为核心的监溯模块，通过检测环境温度来调整空调的工作状态，达到了节约能源的目的。设计了具有自学习功能的红外线遥控模块，可以代替空调遥控器实现对空调的控制，从而更好的实现了制冷系统的控制功能。关键词：远程控制家电数据交换协议短消息汉理。l，产坝：学位论文A B S T R A C

4、 TW i t ht h er a p i dn e wd e v e l o p l u e n to fn e t w o r ka n dc o m m U N i c a t i o nt e c h n o l o g Y，a n dt h eP o p u l a r i z a t i 0 1 10 fm o b i l et o m m u n i c a t i o n，r e m o t ec o n t r o lt e c h n o l o g yf o rh o m eh o l de l e c t r o n i c su s e dh o m eh o l d

5、e l e c t r o n i ca p p l i a n c e sw a sm a t u r e d B a s e do i it h eG S MS h o r tM e s s a g eS e r v i c e，t h i si t e mo nr e m o t ec o n t r o lh o m eh o l de l e c t r o n i ca p p l i a n c e sw a sP u tf o r w a r d U s i n gt h eS M Sd a t at r a n s m i s s i o nf u n c t i o no

6、ft h eG S Mm o d u l，r e m o t ec o n t r o lo fh o m eh o l de l e c t r o n i ca p p l i a n c e sw a sp u tf o r w a r di nt h i st h e s i s B a s e do nt h eG S M0 r o t o c 0 1 t h ei t e r nr e a l i z e dt h es u b m i t d i s p a t c ha n dc o d e d e c o d eo fC h i n e s eS M S D i s c u

7、s s e d t h em e t h o do fc o d j n g，d e c o d i n gC h i n e s eS M So ne m b e d d e ds y s t e m U s i n gt h es e c o n ds e r i a lp o r to ft h ec o n t r o l l e rt oc o n n e c tt h eR S 一4 8 5n e t w o r k，t h er u c t i o no ft h es y s t e mw a se x t e n d e d W i t ht h eR S 4 8 5b u

8、sa n dt h eM 2 Mt e c h n i q u e，t h es m a r Ih o m eh o l da p p l i a n c e sa n dt h em o d u l sw e r ec o n n e c t e da n df o r m e dt h eh o m e h o l d c o n t r o ln e t w o r k A l lk i n d so fm o d u l sc a nb es e a m l e s s l Yc O n n e c t e di n t ot h en e t w o r k。s ot h a tt

9、h ec o s tw a sr e d u c e da n dt h es y s t e mc a nb ee a s i l Ym a i n t a i n e d T h eo p e n e d4 一l a y e rs t r u c t u r cd a t ae x c h a n g em o d e lw a sp u tf o r w a r do nb a s eo fa n a l y z i n go t h e rn e td a t ae x c h a n g ep r o t o c o li no r d e rt oe n s u r et h er

10、 e l i a b l ec o m m u n i c a t i o n B yt h em e a n so ft h ed e v i c ed e s c r i b ej n f o r m a t i o n，d e v i c e so ft h ec o n t r o ln e t w o r kw e r ew e l lm a n a g e ds ot h a tc a np l u ga n dp l a y T h ef u n c t i o n so ft h ec o n t r o ln e t w o r kd e v i c e sa n dt h

11、ei n t e r i o rc o m m a n d sw e r es t a n d a r d i z e d。T h ec a r do fh o m ec o n t r o lw h i c hu s e dt ot r a n s f e rc o n t r o ld a t a d e c o d eS M Sd a t aa n dt h et w op o r ts e r i a lc o m m u n i c a t i o nw e r ed e s i g n e di nt h i si t e m D e s i g n e dd r i v ea p

12、 p l i c a t i O I l St oo p e r a t et h eS M S，t h u st h ec o n t r o ls y s t e mc a nb ee a s i l Yo p e r a t e d T h ei n t e r f a c eo f1 w i r eb u sa n d1 2 Cb u sw e r ea l s od e s i g n e d D e s i g n e dt h ea i rc o n d i t i o n e rc o n t r o lm o d u lb a s e do ns e n s o r st o

13、c h e c kt h ea i rc o n d i t i o n e r，s ot h a te n e r g yw a ss a v e d D e s i g n e ds e l fl e a r n i n gj n f r a r e dt c l e c o t f O l l e rw h i c hc a nb e u s e dt os u b s t i t u t et h eo r i g i n a lt e l e c o n t r o i I e r K e yW o r d s：R e m o t eC o n t r o l，H o m eH o

14、l dE l e c t r o n i cA p p l i a n c e s，M e s s a g eE x c h a n g eP r o t o c o l，S M S武汉理：大学硕士论文第1 章引言1 1 远程家电控制的前景以及重要性随着人民生活水平的日益提高及现代信息技术的发展，人们对于自身的居住环境以及生活的舒适性、安全性，也有了更高的要求。居住的舒适、安全涉及到许多方面。基本可归纳为：家庭内的抄表、对讲及家庭防盗报警、家电控制。对于通常所说的家庭智能化建设，就是指如何通过技术手段，实现以上的各种实际需求。目前，随着数字技术的发展，模拟的电、水、气表基本实现了数字化，只要解

15、决信息的采集，就能实现远传抄表；对讲及防盗报警在许多小区已基本普及：而真正影响到生活舒适性革命的是家电的控制。2l 世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步，给人们的生活带来了巨大的变化。随着现代家庭中家用电器设备的增多和通讯线路的发展利用现有的通讯设备和线路对家用电器和仪表进行远程控制，已经成为未来家居发展的趋势。数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地点对家中的各种电器(空调、电热水器、电饭煲、灯光、录像机等)进行远程控制；也可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水嚣提前烧好热水而这一切的实现所需要的都仅仅是轻轻的点几下鼠标，或

16、者打一个简单的电话，发一条短消息。1 2 远程家电控制的发展现状家庭网络是远程家电控制的广义概念，它能将家用电器和电子产品按照某种通信协议通过一个系统平台连接起来，用户通过这一平台来控制所有电器的运做。在智能化家庭网络的发展过程中，美国一直处于世界领先水平。近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国际知名企业，先后挤身于智能家庭网络的研究及开发中，微软的开发的“梦幻之家”、I B M 公司开发的“家庭主任”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”家庭网络，3 c o M 公司一直在向用户宣传家庭网络这一概念，并研发出家用无线网关等网络产品。此外3 C o m 还与M i c r o s o f

17、 t联手开发了通用式即插即用的家庭网络系统，该系统可使各种家电产品与网络方便地连接，高速传输文字、语音、视频等资讯。该不单适合普通家用，还同样适合小型办公室。国内的家电以及r r 厂商也推出了自己的网络家电产品，科龙集团的“智能网络家居系统”，海信的“智能家居控制系统”等，但由于经济和技术原因这类产品都没有大量生产。不过有关家庭网络系统平台研发和标准的争论一直没有停止。目前，关于家庭网络系统平台的相关标准比较多，影响比较大的网络家电协议有微软的U p n P I l】协议、S o n y 的H A V i l l l 协议以及S U N 的J i n i t l l 协议等。1)微软的U P

18、n P 协议U P n P(U n i v e r s a lP l u ga n dP l a y)协议主要用于实现设备的智能互联互通。使用U P n P 协议不需要设备驱动程序，利用U P n P 建立的网络是与介质无关的。可以运行在几乎所有的操作系统平台上。可以在办公室、家庭和其它公共场所方便的建立设备相互联通的网络环境。U P n P 是实现智能设备端到端网络连接的结构，也是一种构架在T C P I P 和H T T P 之上的开放的分布式网络结构，在联网的设备之闻传递控制和数据信息。武汉理工大学硕士论文2)S U N 的J i n i 协议J i n i 技术使范围广泛的多种硬件和软

19、件可以自主联网。J i n i通过网络拨号实现即插即用，目标是最大限度的简化与网络的交互性。J i n i 利用了J a v a 技术的优势，包含了少量类库格式的J a v a 代码和惯例，可以在网上创建一个J a v a 虚拟机的社区，其中所有的人、设备、数据和应用程序等对象均被动态的连接起来，从而能够共享信息和执行任务。3)S o n y 的H A V I 协议H A V I(H o m eA u d i o V i d e oi n t e r o p e r a b i l i t y)体系是家庭网络中音频视频电子产品互联和控制方面的标准。它建立在I E E E 1 3 9 4 的底层

20、协议基础上，主要实现对H A V I 设备之间音频，视频内容的传送以及对内容的操作，如播放、录像、回放等。互操作性是H A V I 标准的主要特点，一个H A V I 设备上的应用软件可以探测并直接使用H A V I 网络上其它设各所提供的功能。以上协议的共同特点是：最大限度的实现即插即用，简化数据通信。但是包含内容广泛实现难度大，未能被广大家电厂商接受。而随着控制技术的发展，现场总线技术也在家庭环境中得到了应用。1)X 1 0 控制总线f 2 Jx 一1 0 控制总线直接利用住宅电力线作为控制总线，通过电力线将各控制器与各功能接口器相连并实现程序控制，无需布线，安装便捷。将发射控制器插到一个

21、房闻的插座上，按动按键发出控制信号(开、关、调光等)，信号通过原有的电线传播，其它房间的接收开关可以接收指令并产生相应动作。电力线将电能传到家中的各个房间，同时也将家中所有的电灯、电器连成了网络。用电力线做载体传输控制信号，最多可有2 5 6 个不同的地址，如果需要多个器件响应一个信号，只需将它们设为同一个地址。x 1 0 控制总线经过这么多年的发展和完善。在家庭自动化系统中的应用主要优势为：技术成熟、无须布线、性价比高、产品种类齐全、控制方式简单灵活、组建系统容易、可以不断扩展升级和兼容性好。1 0 控制总线在我国主要应用在电力系统的远程通信和调度控制领域，在家庭自动化系统中的应用并不多见，

22、主要原因还是产品不太适合国内使用。X-1 0产品在美国主要是用在旧房的改造上，而国内则一般是在买新房或在旧房装修时才会考虑这个闯题。如果局室是入墙式装修，要外加X-I O 功能模块在开关插头上，多少会觉得不太协调。另外人们采用新技术时，往往又对新技术期望过高，X-I O 的一些技术限制例如反应速度慢(在6 0 H Z 供电系统中，传送一个指令需时0 8 8 3 秒)，抗干扰性能差(这是由于信号载波在电力线中传送造成的)等，这都给x 1 0 在我国的推广应用带来实质性的困难。2)C E B u s 总线1 2】为了解决X-1 0 技术上的不足，美国电子工业协会饵n)于1 9 9 2 年正式推出C

23、 E B u s(C o n s u m e rE l e c t r o n i cB u s)，并定为I S 6 0 E I A-6 0 0 标准。C E B u s 是一个较完整的开放系统，它定义了在几乎所有传送媒体(M e d i u m)中信号的传输标准，并要求控制信号在所有的媒体中都要以相同的传送速度(I O K B P S)传送，从而有效地避免信号传输中可能出现的“瓶颈”问题。C E B u s 采用了简化的O S I 模型，分为物理层、数据链路层、网络层和应用层。C E B u s 是一个完全面向报文分组(p a c k e t)的对等网络，使用载波侦听多重访问和冲突检测与冲突

24、分辨协议(C S M A C D C R)。C E B u s 在应用层定义了一种面淘对象的、严格的设备描述语言C A L(C o m m o n A p p l i c a t i o n L a n g u a g eE I A 7 2 1)，简称公共应用语言，其内容涵盖了家庭中可能拥有的家电。它采用了面向对象的方法，把任意一个家电设备按照功能分解成几个预定义的对象模型。在面向对象的编程语言中，一个对象由数据和操作这些数据的函数组成。在消费总线中，这些对象也由数据(称为实例变量)和2武汉理工大学硕士论文操作(称为方法)组成，不同的设备可以使用相同的对象，用相同的方法来操作，但是控制结果随设

25、备的不同而有不同的意义。C A L 用一种层次关系描述设备的功能。一个设备可以分成几个上下文，它们代表了这个设备按照功能分的子系统。上下文又被分为几个对象，每个对象代表了上下文中的一种控制功能，对象分为若干类，每一类代表一种共有的功能。C A L 预定义了2 7 个对象模型。一个对象的具体功能完全由它所属的上下文决定。每个对象包含一定数量的实例变量。每个对象都能够解释执行方法，更新实例变量，并完成实际操作。任何符合C E B u s 标准的电器产品都可以直接互连及通信，其寻址能力足以与互联网相比美。C E B u s 的抗干扰能力比X-I O 强，控制功能也十分丰富。但由于C E B u s

26、接口技术比较复杂，价格也非常昂贵，因此使用C E B u s 产品的用户相对较少，C E B u s 在中国的应用也不多见。3)L o n W o r k s 控制总线【2 lL o n W o r k s 是由美国E c h e l o n 开发的全分布式智能控制总线。它把系统中的一次元件，如传感器、执行元件、断路器等，通过基于L o n T a l k 协议采用自由拓扑结构方式把控制单元连接成开放的测控网络。L o n w o r k s 总线的核心技术是神经元芯片和L o n T a l k 协议。神经元芯片(N e u r o nC h i p)是一种高度集成的电路，内部包含三个8 位

27、的C P U。神经元芯片可以通过5 个通信管脚与网络上的其它节点交换信息，也可以通过1 1 个应用管脚与现场的传感器和执行器交换信息。1 1 个应用管脚具有3 4种应用操作模式，可以在不同的配置下为外部提供灵活的接口和芯片内部的计时器应用。L o n T a l k 协议遵循I S 0 定义的开放系统互连(O s I)模型，并提供了O S I 参考模型所定义的全部七层服务。协议支持包括双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤在内的多种传输介质，可以运行在任何主处理器上。L o n T a l k 协议使用网络变量与其它节点通信，简化了复杂的分布式应用的编程，大大降低了开发人员的工作量。L

28、o n T a l k 协议支持总线型、星型、自由拓扑等多种拓朴结构类型，极大地方便了控制网络的构建。L o n W o r k s 总线的主要的优点是：支持完全分布式的网络系统；支持多种传输介质；L o n W o r k s 总线通过网关进入数字网络，经过I n t e m e t 与远程的节点共享：它可在任何操作系统平台上，如D O S、W i n d o w s、U N 等进行操作。尽管L o n W o r k s 是E I A 定义的家庭网络标准，但是在中国则主要用于楼宇自控和电气自动化等方面，在家庭自动化领域的应用则要逊色一些，主要原因是产品价格还未能被普通家庭所接受。L o n

29、 W o r k s 最大的优点是开放性、分散性和互换性，一个具有L o n M a r k 标志的节点(N o d e)可以互操作(I n t e r o p e r a b i l i t y)也可以互替换，但是要达到这个目的，就必须尽量把产品细分，增加控制器变量的种类，简化及固定操作流程等，而这就会不可避免的增加控制节点的数量从而提高了系统的成本。在家庭自动化中最基本的操作是电器的开关控制，目前最方便可行的方法是使用可控插座，例如美国的L e v i t o n 生产的一款有L o n M a r k 标志的插座，包含有三个8 位微处理器(N e u r o n 芯片)或一个3 2 位微

30、处理器(M o t o r o l a6 8 3 6 0)，但是价格昂贵，很难在家庭自动化系统中进行推广。本文在分析各种家庭网络协议平台的基础上，利用R S 4 8 5 总线设计实现了比较简单可靠的家庭控制网络，也具备即插即用的功能。1 3 几种家电远程控制方法的比较武汉理l：大学硕士论文目前对家电进行远程控制的方法，主要通过I n t e m e t 网络、蓝牙接口和电话线路以及移动通信网络来实现。1)利用嵌入式控制器实现网络技术的发展已经使很多家庭都有I n t e m e t 的接口，很多家庭都可以上网，人们也已经开始尝试在互连网上进行远程控制了。随着新的互连网球协议I P v 6 的提

31、出，I P 地址的长度由3 2 位扩展到1 2 8 位，提供了充分大的空间以满足各种设备的需要。由于I P v 6 地址空间中有一部分是分配给一些低级处理设备的，所以未来的智能家电也将具有一个I P 地址，这些智能家电也可以在未来的高速互连网络中占有一席之地。目前已经有网络家电产品如M R V 空调(智能网络中央空调)。但是一方面将家电直接接入I n t e m e t 网络，需要在控制端的M C U 上实现T C P I P 协议栈，对于微控制器的运算速度和硬件存储资源提出了较高的要求，会提高产品的成本；另一方面，家庭用户还需要提供一个I n t e m e t 网络接口(接入宽带网)，而且

32、每台家电设备还需要具备独立的I P地址，在目前的网络覆盖条件下，实现产品的普及也有困难。2)利用P c 机作为网关实现远程控制另一种通过I n t e r a c t 网络进行远程控制的方案是将P C 机作为I n t e r a c t 网关，利用P C 机串口与单片机通信来实现控制。这种方案充分利用了P C 枫强大的软、硬件资源，人机界面也很友好，但是需要投资一台P C 机，成本较高。并且P C 机在长时间运行后需要重启，同时P C 机本身容易死机系统功耗也很高，这些缺陷对于一个监控系统来说都是不利的。3)通过电话线进行远程控制现在被人们采用的远程控制更多是通过现有的电话线来完成。这种装置

33、叫做电话遥控器，在很多智能小区已经得到了应用。但是受到固定电话终端物理位置固定性的限制，这种通过电话线路来控制家用电器的方法还是有一定的局限性，无法实现随时随地豹对家电进行控制。而且，电话机作为输入设备只能提供一些数字按键，这就意味精在进行远程控制时必须记忆各种电器的分组编号，如果忘了还得要翻说明书，这是很不方便的。4)利用移动通信网实现远程控制利用手机等移动通信工具与处于家庭控制现场的G S M G P R S 模块通信，驱动相应的设备实现对家电的远程控制。这种方法操作最为简便灵活，实现成本也不高，但是移动通信的可靠性相对较差。本文选择方案4，利用现有的G S M 无线通信网络，通过手机短消

34、息来实现对家用电器的远程控制，是一种方便高效、成本较低、易于推广普及的解决方案，达到了“低成本，有特点”，有效的填补了高端网络家电留下的空白，市场前景看好。1 4 由升冗背景为适应我国加快住宅建设发展，增强住宅建设的科技含量豹要求，我国在继“解困”、“安居”工程后，又加大了小康工程的力度。建设部住宅产业办公室提出了我国住宅智能化的概念，即住宅小区智能化是利用4 C(计算机、通信、网络、自控、I c 卡)技术真正实现远程家庭的智能控制，通过有效的传输网络，将远程信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务管理，提供安

35、全舒适的家居环境。国家有关部门也将智能型住宅家庭设施自动控制作为国家重大科技产业项目，而家用电器的远程控制是其中的核心技术之一。目前，对于工业现场的远程监控的技术与方案已经很成熟了。这些在工业领域积累的设计经验对于发展家庭远程监控系统有着很好的启发作用，本课题也是4武汉理：大学硕士论文对将工业级无线远程监控技术移植到家庭环境的一种尝试。1 5 本文的研究内容本课题旨在阐明家庭控制网络的原理与构架，并且设计一个远程家电控制系统，以成本相对较低、容易实现的方式，通过家电远程控制器为核心的分布式控制网络控制家用电器。(一)阐明中文短消息的编码方式以及在嵌入式系统中编解码的实现。(二)阐明家庭网络的定

36、义、任务和结构，并设计家庭控制网络。利用继电器(开关)组模块和红外遥控器等多种功能模块来实现对各种家用电器的控制，并且通过相应的报警功能模块实现了家庭安防功能。设计控制网络的数据通信协议以确保通信的可靠性，设计一种设备管理机制来实现即插即用功能。(-)设计家电控制器完成与G S M 网络和家庭控制网络的通信功能，并且阐明红外遥控器这一典型控制节点的设计。在本课题阐述的方案中，远程控制的对象是以家用空调嚣为主要对象的家用电器。远程家电控制控制系统的原理如图1-1 所示。一竺竺H 竺 圈_ _ 一报警功能模块由上图可见，用户利用手机通过发送短消息来向家电控制器提交控制信息，然后由家电控制器通过家庭

37、控制网络与控制功能模块通信，实现对家电的控制：如果发生异常事件，则由报警模块进行报警。系统的核心是家电控制器，主要实现短消息的收发处理以及与家庭控制网络中的设备的通信，同时还具备继电器和调光电路实现电器开关控制和调光功能。本设计方案具有如下特点：1)操作方便通过手机短信控制家电在很多时候比其它手段更加方便。2)对现有家电兼容性本方案中提供了开关模块来实现对电器的开关控制。3)低成本本方案采用分布式控制的设计，各个功能模块分散在控制网络中，可定制性强，有利于降低成本，实现商品化。武汉理工大学硕士论文第2 章基于G S M 的无线远程家电控制系统2 1 无线远程家电控制的设计方案2 1 1 控制终

38、端实现方式家电控制器处于家庭工作现场，通常只完成数据的采集、处理和控制，任务相对单一、固定，无须使用功能强大的台式机来完成；考虑到节能和安装方便，控制器多为嵌入式系统。根据整个无线远程家电控制系统所要实现的功能，和对数据处理与对传感器控制能力的要求，控制器设计的复杂程度和采用的具体技术是不一样的。可以选用基于单片机的设计实现方式，基于D S P 的设计方式，基于M C U+D S P 的设计方式或者基于M P U 的设计方式。在本课题中，只是对家用电器进行控制，不需要很强的实时功能，对数据处理要求不高，运算量也不大。所以选择了基于单片机的实现方式，以降低成本和控制功耗，2 1 2 控制系统软件

39、设计目前已有的实时操作系统(R T O S)种类繁多，软件结构各异，可适用于复杂程度不同的各种环境，包括循环查询系统、前后台系统、实时多任务系统和多处理机系统等，比如V x W o r k s、p S O S、Q N X、P a l mO S、W i n d o w sC E、和嵌入式L i n u x 等。选择合适的R T O S 要了解操作系统各自的特点和适用范围，比较其间的区别才能找到最为合适的一种。选择比较时，需要考虑的因素主要有：O R T O S 能否支持在项目中使用的语言和微处理器；R T O S 能否与I C E、编译器、汇编器、连接器及源代码调制器共同工作；R r O S 是

40、否支持设计中要用到的服务，如消息队列、定时和信号量等；R T O S 能否达到应用产晶韵性能需求，比如实时性需求；能否获得产品开发时必要的组件，比如协议栈、实时数据库、W e b 服务等；R a O S 是否能为公开出售的硬件提供设备驱动程序；使用R T O S 是否免费；能否获得目标代码；获得的技术支持有多少；对于需要授权的R T O S，授权方式是怎样的。嵌入式应用系统以任务为基本执行单元，用多个并发的任务代替通用软件的多个模块，并定义了应用软件任务阀的接口。由于整个无线远程监控系统的实对性能受R T O S 和应用软件的影响，所以，在软件的需求分析阶段就充分考虑其实时性要求。再加之嵌入式

41、应用软件对稳定性、可靠性、抗干扰等性能的要求都比较严格，所以嵌入式实时软件的开发难度较大。本课题选用基于单片杌的设计方案，通常不需要移植操作系统。而且系统的任务相对比较简单，在家庭环境下对实时性的需求也不高。所以采用c 语言从系统底层开始直接编写控制程序就可以很好的达到要求。2 1 3 无线通信实现方式的选择无线通信的设计相对而言比较简单，有许多现成的产品和通信系统可以利用，重点只是在于如何从多种实现方式中做出最优的选择。常用的实现方式有：利用现有的通信网络(G S M G P R S、C D M A 移动网等)和相应的无线通信产品；通过无线收发设备，如无线M o d e m，无线网桥等专门武

42、汉理工大学硕士论文的无线局域网。现有的通信网络较多，按业务建网是3 G 以前通信网络的特点，无线网络也不例外。设计无线远程监控系统可以借用的无线网络主要有：全球数字移动电话系统(G S M)、通用分组无线业务(G P R S)、采用码分多址(C D M A)技术的移动网、蜂窝式数字分组数据(C D P D)系统。G S M(G l o b e mS y s t e mf o rM o b i l e)是全球最主要的2 G 标准，能够在低服务成本、低终端成本条件下提供较高的通信质量。就其业务而言，G S M 是一个能够提供多种业务的移动I S D N(I n t e g r a t e dS e

43、 r v i c e sD i 舒t a lN e t w o r k，综合业务数字网络)。G P R S(G e n e r a lP a c k e tP a c k e tR a d i oS e r v i c e)在现有的G S M 网络基础上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体。它以分组交换技术为基础，采用I P 数据网络协议，提高了现有的G S M 网的数据业务传输速率，最高可达1 7 0 k b s。G P R s 把分组交换技术引入现有G S M 系统，使得移动通信和数据网络合二为一，具有“极速传送”、“永远在线”、“价格实惠”等特点。C D M A(C o

44、d e D i v i s i o n M u l t i p l e A c c e s s)网络采用扩展频谱技术，使用多种分集接收方式，使其具有容量大、通信质量好、保密性高和抗干扰能力强等特点。C D P D(C e l l u l a rD J l g i t a lD a t a)无线移动数据通信基于数字分组数据通信技术，以蜂窝移动通信为组网形式。通信方式基于T C P I P，系统结构为开放式，提供同层网络无缝连接和多协议网络服务。C D P D 网络具有速度快、数据安全性高等特点，可与公用有线数据网络互联互通，非常适合传输实时、突发性和在线数据。对于特定的无线网络器要用相应的接入设

45、备。这类设备市萄上有现成的产品可供选择。接入G S M G P R S 网络的通信模块有西门子的T C 3 5 i M C 3 5 i 模块，接入C D M A 网络的有华立H l l 0C D M A 模块，遵循C D P D 方式的无线调制解调器有O m n i S k y 和N o v a t e l M i n s t r e l。利用现有的网络覆盖面广和可以漫游等特点，系统的监控终端和控制中心的位置不受距离的限制；但由于利用公网，信息的安全性会有所降低。通过专用无线收发设备建立无线局域网，这种设计实现方式结构简单，且无须向网络运营商付费；利用专网，安全性高。无线传输以微波作传输媒体，

46、根据调制方式的不同，可分为扩展频谱方式和窄带调制方式两种。扩展频谱方式系统的抗干扰能力和安全性高，对其它电子设备的干扰小。窄带调制方式占用频带少，频带利用率高；通常选择专用频段，需要申请；相邻频道间影响大，通信质量、通信可靠性无法保障。本课题主要实现对家电的远程控制，具有传输的信息基小、对传输速度要求不高和通信要求简单可靠的特点，使用G S M 网络的短消息服务功能不必考虑信道的可靠性等因素，可以很好的满足本课题中对于家电远程控制的功能要求。G S M 系统是目前基于时分多址技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。其网络覆盖范围广，布线成本低，是我国目前主要使用的蜂窝数字移动

47、通信系统，也是目前唯一的具有最大覆盏范围和通信可靠性的无线通信网。在我国G s M 蜂窝数字移动透信系统已经遍布全国各地，目前已经覆盖全国9 8 以上的城市和广大农村地区。G S M 能提供语音功能，数据传输服务(提供给固定(有线)用户和I S D N 用户的大部份服务G S M 都提供，包括分组交换资料网所提供的服务。)和短消息服务。使用G S M 的系统具有如下特点：(1)由于G S M 网络在全国范围内实现了联网和漫游，具有网络能力强的特7武汉理工大学硕十论文点，用户无需另外组网，在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵的建网费用和维护费用。(2)G S M 网络对用户的数量也没有限

48、制，克服了传统的专网通信系统投资成本大，维护费用高，并且网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷。(3)使用G S M 网络可使系统的安装工作量大大降低，有效的缩短系统建设周期。同时，由于免去了对通信系统的维护，也使得系统维护量也大为降低。(4)G S M 没有同频干扰、保密性好、通信速率高、运行费用低，使用期间每则短消息只需0 1 元，每次可以发送1 4 0 个字节，基本能满足一般的实用要求。2 2 基于S M S 短消息的无线数据传输设计2 2 1S M S 短消息服务简介S M S(S h o r tM e s s a g eS e r v i c e)短信息服务是G S M 系统中提供的

49、一种G S M终端(手机)之间，通过服务中，t,(S e r v i c eC e n t e r)进行文本信息收发的应用服务，其中服务中心完成信息的存储和转发功能。短信息服务作为G S M 网络的一种基本业务，己得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。以G S M 网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的应用系统如无线数据的双向传送、无线远程检测和控制等。G S M 短信息服务的双向数据传输功能性能稳定，为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。G S M 的短信息业务S M S 利用信令信道传输，提供了一种有保证的双向服

50、务，这是G S M 通信网所特有的。它不用拨号建立连接，把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，经服务中心完成存储后再发送给最终的信宿。所以即使当目的G S M 终端没开机时信息也不会丢失。发送方发出条短消息后，得到一条传递成功或失败的消息，以及不可到达的原因。每个短消息的信息量限制为1 4 0 字节。目前G S M 芯片和G S M 收发模块的技术已经比较成熟，市场上也已经有现成的模块可供选用。这些芯片和模块一般都具备G S M 无线通信的全都功能，提供标准的U A R T 串行接口或是R S 2 3 2 接口，支持O S M0 7 0 5 所定义的A T 命令集的指令，很容易实现系统