智能家居系统中GSM功能模块设计与实现.doc

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1、目 录摘要5Abstract51 引言61.1 智能家居的起源62 系统设计72.1 设计要求72.2 设计方案论证和确定72.2.1 对于主节点主控单片机选择：73.1.2 对于次节点主控单片机的选择72.4 系统硬件框图83 系统主要硬件电路设计93.1 硬件资源介绍及电路93.1.1 SIM300介绍93.1.2 MC9S12XS128单片机介绍103.1.3 MSP430F2002单片机介绍103.1.4 NRF24L01无线模块介绍113.1.5数字温度传感器DS18B20113.1.6红外光电发射型传感器原理及设计123.1.7烟雾、燃气传感器MQ-2133.1.8电子锁、红外光电

2、传感器143.2 供电电路设计153.2.1 5V电源电路设计153.2.2 3.3V电源电路设计163.2.3 12V电源电路设计164 系统的软件设计174.1 系统软件的整体方案174.1.1主要软件模块介绍174.1.2软件开发环境介绍184.2 单片机初始化184.2.1 MC9S12XS128的初始化184.2.2 MSP430F2002的初始化204.3 主节点对GSM及与次节点的NRF24L01通信224.4 次节点的动作235 GSM短信系统285.1 GSM短信及AT指令的基本概念285.1.1 GSM短信的一些重要概念285.1.2 短信AT命令概念和格式介绍285.2

3、MC9S12XS128单片机控制SIM300短信收发315.2.1 PDU模式下的短信息发送315.2.2 TEXT模式下的短信息发送355.2.3 短信的读取和回复发信者信息365.2.4 短信的删除386 系统通信协议386.1 GSM模块功能信息编号386.2 主、次节点NRF24L01通信协议386.2.1 数据帧结构397 总结39致 谢40参考文献4037有基于SIM300GSM模块的智能家居系统设计摘要：随着无线无线通信技术的飞速发展, 各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。如何将信息技术应用到家居控制中, 为人类提供高科技带来的简便、时尚、安全的现代生活, 成为了一个

4、新的课题。为此, 本文通过SIM300模块为核心组成一个短信收发系统，利用飞思卡尔单片机接口总线的优越性能，搭建了家庭智能管理平台, 设计了一种智能家居控制系统, 用户通过GSM手机收发短信的方式查询和控制家庭安全和模块主动通过短信通知用户存在危险, 实现了用户对家居环境的智能无线监控、远程查询、集中管理和控制，自动报警。当检测到非法闯入或温度超高、煤气油烟浓度超高等报警信号时,及时触发室内报警装置, 并通过发送报警短信等方式及时通知用户，用户可通过短信主动查询家里温度、进行防盗门控制等。文中将对GSM模块短信收发、单片机及其外围电路和软件控制做详细介绍, 同时阐述了智能家居控制系统短信指令协

5、议、液晶显示、无线模块NRF24L01运用、温度采集DS18B20、油烟传感器、电子锁红外光对管、等监控中心软、硬件的实现方法。关键词：SIM300 GSM；飞思卡尔单片机；NRF24L01；智能家居Study on the electroluminescence efficiency and influential factors of organic light-emitting deviceAbstract: Organic light-emitting device(LED) has become a very attractive candidate as the next gene

6、ration flat panel displays due to its excellent features such as full color, high efficiency, high brightness, long lifetime and low power consumption. The history, application, structure and performance parameters of organic LED are introduced, and the light emission mechanism and electroluminescen

7、ce (EL) efficiency are presented respectively. Based on the photometry theory, the EL efficiency including quantum efficiency, energy efficiency and luminous efficiency are investigated from perfect and actual aspects for the double-layered organic LED of ITO/TPD/Alq3/Al. In addition, some measures

8、are put forward to improve EL efficiency of organic LED.Key words: organic LED; light emission mechanism; electroluminescence efficiency1 引言1.1 智能家居的起源20 世纪 80 年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化（HE，Home Electronics）出现。80年代中期，将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为 一体后，形成了住宅自动化概念（HA，Home Automation ）。80 年代末，由于通信与信息技术的发

9、展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为 Smart Home，也就是现在智能家居的原型。智能家居概念的起源甚早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司（United Techno1ogies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州（Conneticut)哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的智能型建筑,从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。1智能家居又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。与智能家居含义近似的有家庭

10、自动化（Home Automation）、电子家庭（Electronic Home、E-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net/Networks for Home）、网络家居（Network Home）、智能家庭/建筑（Intelligent Home/Building），在中国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。 GSM( NRF24L01联网) 从而采集家居信息,对家居安全现场监测和控制,传统的监视一般采用摄像机录像、温度采集,以模拟信号方式保存在本地的存贮盘,保存在本地只能够事后掌握监视信息,传统方法监测的方法不能把家居信息及时告知户

11、主，户主也不能随时查询家居信息。家居信息只有被户主及时地远程掌握才会发挥最大的价值。例如, 主人外出期间家居进人窃贼、家中煤气泄漏或空调忘记关闭, 户主马上就能接到短信通知; 门窗开闭状态告知、预约做饭等。要对家居信息无线远程传输, 需要利用公共移动网络。GSM(Global System of Mobile communication) 全球移动通讯系统，SIM300由SIMCOM推出的一款三频段GSM/GPRS 模块，可在全球范围内的EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MHz 三种频率下工作，可实现语音通话、短信收发、GPRS网络数据收发、彩信收发等功能，模块工

12、作电压为3.3-4.5V， 具有低功耗设计，睡眠模式下的电流消耗仅为2.5mA，系统采用4V电压，模块有AT指令集接口，支持文本和PDU模式的短消息。利用SIM300构建一个通信设配，利用现有覆盖面积庞大的GSM网络很容易实现短信的收发，并用单片机对短信指令进行识别处理，再通过无线模块NRF24L01对信息做传输，从而实现对家居安全控制。庞大的GSM网络很容易实现短信的收发，并用单片机对短信指令进行识别处理，再通过无线模块NRF24L01对信息做传输，从而实现对家居安全控制。2 系统设计2.1 设计要求本系统的远程控制性能需求如下：（1） 当任何传感器产生异常信号时，可以通过GPRS 以短信的

13、方式给某人发送通知短信（由短信来打开期望关注的输入信号）。（2） 当烟雾传感器、燃气传感器、温度传感器、红外收发报警等产生信号时，拉响警报同时通过短信向指定号码发送具体参数。（3） 通过手机向模块发送对应指令查询家里各个信息，以及想控制家里电子锁、窗帘开关等，并返回执行的结果。（4） 节能环保是时代的主题，家居的无线收发功率不仅关系功耗更关系到主人的生命健康，所以本系统要求功耗低的无线模块系统。2.2 设计方案论证和确定 2.2.1 对于主节点主控单片机选择：采用MCS-51系列单片机做网络主节点，控制SIM300、NRF24L01等。采用采用飞思卡尔MC9S12XS128单片机为核心器件，构

14、成网络主节点构成对SIM300模块和NRF24L01的信息传输控制其他子节点的主控器。方案的确定：采用若MCS-51系列单片机，相对比较熟悉编程容易，但51单片机是比较低端的8位单片机内存ROM、RAM等内部资源不够，运行速度慢，不足提供主节点主控单片机要求的支持SPI、SCI等功能，飞思卡尔MC9S12XS128单片机作为16位单片机，主要应该于汽车控制网络，有丰富的资源，抗干扰能力强，总线速度高达40 MHz；128 KB程序Flash和8 KB DataFlash，用于实现程序和数据存储，均带有错误校正码（ECC）；可配置8位、10位或12位ADC，3s的转换时间；故选择MC9S12XS

15、128作为主控单片机。2.2.2 对于次节点主控单片机的选择 1.采用MCS-51系列单片机做网络次节点，控制NRF24L01与主节点通信，同时控制温度传感器DS18B20、烟雾传感器等。 2.采用MSP430F2002单片机做网络次节点，控制NRF24L01与主节点通信，同时控制温度传感器DS18B20、烟雾传感器等次节点功能模块。方案的确定： 次节点对单片机要求不高，MCS-51和MSP430都能满足设计要求，但MSP430F2002是TI主推的低功耗单片机，只有14引脚电路设计简单，含有SPI、I2C、AD等功能，可满足次节点的各项需求，性能稳定还可以免费申请，故最后选择MSP430F2

16、002单片机作为次节点主控单片机与主节点构成网络。2.4 系统硬件框图 本系统主要由一个主节点和三个次节模块组成，主节点由MC9S12XS128单片机控制SIM300模块和蜂鸣器、触摸屏显示器、NRF24L01无线模块组成，主、次节点间通过NRF24L01无线模块通信，各次节点别别放置于屋内各需要的角落通过MSP430F2002单片机控制和外围电路实现各自的功能，主、次节点、用户手机等组成一个闭环的通信系统实现智能家居的控制和安全保护，具体硬件框图如图1： 图1 系统硬件框图 3 系统主要硬件电路设计3.1 硬件资源介绍及电路3.1.1 SIM300介绍 SIM300由SIMCOM公司推出的一

17、款三频段GSM/GPRS模块，可在全球范围内的EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MHz 三种频率下工作，可实现语音通话、短信收发、GPRS网络数据收发、彩信收发、拨打接听电话等功能，满足本系统设计的各项功能同时为扩展功能做准备，模块工作电压为3.3-4.5V， 具有低功耗设计，睡眠模式下的电流消耗仅为2.5mA，系统采用4V电压，模块有AT指令集接口，支持点到点短消息移动发送和接受、文本、PDU 模式，短消息存储于 SIM 卡中，支持 CSD 和GPRS 模式的短消息发送，可以根据自己的需要来选择传输模式，可支持的自动波特率为：1200bps115200bps，S

18、IM300内嵌了处理器，允许用户开发基于C语言的脚本程序去实现所设计的功能，在程序运行时，可以通过IO口、UART或其它接口连接监控系统。作为全球有名的通信设备设计公司SIMCOM设计的SIM300功能强大、稳定性高，故选择该产品，本文采用的是单片机通过外部串口UART发送AT指令的控制方式，SIM300模块应用广泛主要应用在通讯领域，如移动电话、远程数据监控、短信提醒发送、无线抄表、无线监控、GPS车载终端、无线公话、无线数据传输传模块、GPRS MODEN等。本系统还需SIN卡与SIM300模块配合使用，GPRS无线Modem中必须插有开通带有被叫数据服务业务的SIM卡，才能完成数据传输的

19、任务。SIM卡也叫用户识别卡，其中存储着用户的数据、鉴权方法及密钥，供GSM系统对用户身份进行鉴别。同时，用户通过它完成与系统的连接和信息的交换。需有短信收发功能，用户在具体应用中使用的具体参数可咨询当地网络运营商。 图:2 SIM卡的引脚定义图 图3 SIM300模块3.1.2 MC9S12XS128单片机介绍 MC9S12XS128单片机是飞思卡尔半导体公司设计的16位微控制器，此单片机采用5V供电，主要用于工业控制、无线通信领域。该系列单片机的特点是丰富的I/O模块和工业控制专用的通信模块。其80引脚封装的单片机有59个I/O引脚，112引脚封装的有91个I/O引脚。通信模块有SCI、S

20、PI、IIC、CAN、J1850、byteflight等模块。在此使用了112脚LQFP封装的DP512。其主要参数如下：（1）.最高总线速度可达40MHz （2）. 64KB、128KB和256KB闪存选项，均带有错误校正功能（ECC） （3）. 带有ECC的、4KB至8KB DataFlash，用于实现数据或程序存储 （4）. 可配置8 、10或12位模数转换器（ADC），转换时间3s （5）. 支持控制区域网（CAN）、本地互联网（LIN）和串行外设接口（SPI）I2C协议异步串口SCI模块.（6）. 带有16-位计数器的、8-通道定时器 （7）. 出色的EMC，及运行和停止省电模式3.

21、1.3 MSP430F2002单片机介绍 MSP430F2002是TI公司一个超低功耗微控制器，只有14引脚适合应用场合广，但片内组合了不同的功能模块，支持A/D、SPI、I2C等，可适应不同应用层次的需求，在硬件架构上提供五种不同的功耗模式，最大限度的延长手持设备的电池寿命，采用16位精简指令集，主要特性如下：（1）.低压范围1.8-3.3V，响应快从待机到唤醒时间不超过0.1us（2）.内部集成参考电压，10位A/D，两个比较捕获寄存器的16位定时器（3）.基本时钟模块:内部频率高致16M,频率经校准精度达1%，外部32KHz晶振（4）.通用串行接口（USI）支持SPI和I2C（5）.串行

22、在线编程，集成Spy-Bi-Wire调试接口（6）.1KB+256KB FLASH存贮器128KB RAM3.1.4 NRF24L01无线模块介绍 nRF24L01 是一款工作在2.42.5GHz 世界通用ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括:频率发生器、增强型SchockBurstTM 模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置。极低的电流消耗当工作在发射模式下发射功率为-6dBm 时电流消耗为9.0mA 接收模式时为12.3mA掉电模式和待机模式下电流消耗更低。主要可应用于：无线鼠标键盘游戏机操纵杆、 无线门禁

23、、无线数据通讯、安防系统、遥控装置、遥感勘测、智能运动设备、工业传感器、 玩具等。3.1.5数字温度传感器DS18B20 DS1820 器件是美国达拉斯(DALLAS) 公司生产的单线数字温度传感器,它是新一代温度传感器的典型产品. DS1820 温度传感器的特点是测量精度高、功耗低,可不需用外部电源(寄生电源工作方式) 就可进行温度测量. 多只DS1820 器件只需一根导线就可和主控器(微处理器) 连接成网络,这些功能是传统的温度传感器不能实现的. DS18B20 是基于串行接口的的一线式数字温度传感器，它是将半导体温敏器件、A/D 转换器、存储器等做在一个很小的集成电路芯片上，传感器直接输

24、出的就是温度信号数字值。它具有如下特性：（1） 采用单总线技术，与单片机通信只需要一根I/O 线，在一根线上可挂接多 个DS18B20。（2） 每只DS18B20具有一个独立的、不可修改的64 位序列号，根据序列号可以 访问对应的器件。（3） 低压供电，电源范围从35V，可以本地供电，也可以直接从数据线上窃取电源（寄生式供电）。（4） 测温范围为55125，在1085范围内误差为0.5。（5） 可编程数据为912位，转换12位温度时间为750ms（最大）。（6） 用户可自设定报警的上、下限温度值。（7） 报警搜索命令可识别和寻址哪个器件的温度超出预定值。（8） DS18B20 的分辨率可由用户

25、通过EEPROM设置为912 位。（9） DS18B20可将检测到的温度值直接转化成数字量，并通过串行通信的方式与主控制器进行数据通信。 DS18B20 存储器的结构见图4 所示. 它主要包括寄生电源、64 位激光ROM 单线接口、高速暂存存储器和一个非易失电擦除的E2存储器、温度传感器等. E2存储器中的数据可以反复写50 000 次,DS18B20的内部框图如下： 图4 DS18B20内部框图图5 DS18B20的引脚图3.1.6红外光电发射型传感器原理及设计 光电传感器是指能够将光线转换成某种电量的传感器。光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有

26、一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN 结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（A），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。红外光电反射式传感器主要由光电发射二极管和光电接收二极管组成。由于光电接收二极管对普通光线比较敏感，除非在光线偏弱的地方可以直接使用，因此需要在外围增加一些电

27、路来进行辅助使用；另外，由于本系统中要求光电传感器做成反射式，因此，对于它对检测距离也提出了一个比较高的要求。基于以上因素，可以通过一个简单电路既能闭开外界光的干扰，又能提高检测距离。可将整个发射部分用单片机引脚控制，正常工作时，单片机引脚输出一个固定频率，使发射管处于一个类似于交流的工作状态，而在接收管处通过一个电容耦合将信号送到单片机引脚，这样就能轻易闭开外界光的影响了（注：如外界有一个光线频率和发射管频率一样，这时接收管也会受到干扰），单片机通过A/D采样判断出红外的状态。由于发射管并不处于直流状态下工作，因此我们可以加大发射管电流（但其平均发射功率不能大于该管的额定功率），而在接收管方

28、面我们可以通过一个三极管将信号放大，从而能使我们的检测距离大大提高。电路如图5 所示。 图5 红外光电发射型传感器电路原理图及实物图3.1.7烟雾、燃气传感器MQ-2 在自动报警装置中，安装有一个类似人的嗅觉器官的烟雾传感器。烟雾传感器由一种对烟雾反应极为灵敏的敏感材料制成。这种材料有一个特点：只要与一氧化碳和烟雾一类的气体一接触，传感器内的电阻就立即发生显著变化，所谓敏感材料是指那些物理和化学性能对电、光、声、热、磁、气氛和湿度变化的反应极为灵敏的材料。所以，敏感材料又有电敏、光敏、声敏、磁敏、气敏和湿敏之分。这些敏感材料是实现自动化控制的重要物质基础，它们就像人体的各种器官一样，能非常灵敏

29、地感知各种环境条件发生的变化，然后根据变化的信息，向人们及时发出警报或自动采取相应的措施。本系统使用的MQ-2 可用于家庭和工厂的气体泄露检测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。通过电路电平变化，次节点单片机根据检测I/O口电平，来启动防盗报警工作。离子式传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器为火灾预防和早发现提供有力帮助。为了精确本系统采用A/D采样的办法读取模拟量，具有如下特性：（1）电源：5V电源输入； （2）支持数字输出：0、1 （0有效）当烟雾浓度大于设定限值的时候输出0. 低于设定浓度时候输出1； （3）支持模拟量输出：浓度越大 输出电压值越高。0-

30、5V输出； （4）限值可以通过电位器调节。 图6 MQ2烟雾、燃气传感器实物图3.1.8电子锁、红外光电传感器电子钥匙式电子锁：电子锁可分为：1、按键式电子锁；2、拨盘式电子锁；3、电子钥匙式电子锁；4、触摸式电子锁 ；5、生物特征式电子锁 ；本系统设计使用的电子锁是电平控制式，当有12V高电平时电子锁将被打开，当低电平时保持关闭，并加上之前设计的红外光电管传感器，实现对电子锁的安全监控，设计具有如下功能：当电子锁出现被强制开锁等意外红外传感器将检测到然后拉响警报和短信通知主人；当收到正常指令执行开锁动作，外红光电管将做检测电子锁有没有能正常执行动作的监控器，并返回结果发送到主人手机；收到正常

31、开锁指令后，电子锁开锁1分钟后又自动关闭（时间可设定），通过红外光电传感器来检测电子锁有没有正常关闭并返回结果发送到主人手机；由于低功耗的MSP430F2002单片机供电电压为3.3V，其I/O口输出电压也为3.3V，如何通过低压控制12V的电子锁，本系统选用了继电器，其电路设计如下： 图7 单片机通过继电器控制电子锁电路原理图3.2 供电电路设计 1 整个系统采用12V的直流镍镉电池电源，单片机电源电路主节点MC9S12XS128单片机采用5V供电，离子烟雾传感器和电子锁需要12V供电，其他均采用33V电压供电，考虑到硬件系统对电源要有具有稳压功能和纹波小等特点，另外也考虑到硬件系统的低功耗

32、等特点，因此硬件系统的33V电源部分采用ASM1117, 5V部分由LM4905从7.2V稳压供应，12V则由MC34063升压，5V供电电路图如下:3.2.1 5V电源电路设计 图8 5V电源电路2 LM2940内部含有一个静态电流降低电路，当输入输出压差超过3V时，可以减少地电流。在输出电流为1A或输入输出压差为5V时，静态电流仅为30MA.此外，该电路内还没有防反接电路，防止输入电压反接对电路造成损害。因此，LM2940单片机等对电源稳定性要求比较高的场合使用，为保证输出电压文波很小，在输出端接一大一小的电容，起到稳压、滤波的作用。 3.2.2 3.3V电源电路设计 图9 3.3V电源电

33、路 本设计中单片机MSP430F2002、无线模块NRF24L01等都需要3.3V电压，ASM1117是高效线性稳压器，可用于5V至3.3V的稳压，因电路点电流需求不大，采用贴P片的ASM1117就足够了。3.2.3 12V电源电路设计 图10 12V升压电路 MC34063是单片双极型线性集成稳压芯片，专用于DC-DC转换器控制部分。片内含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。能在3.0-40V的输入工作，满足本系统的电源设计要求，故选择MC34063作为升压芯片。4 系统的软件设计4.1 系统软件的整体方案 本系统主要由SIM30

34、0 GSM网络、NRF24L01无线网络、飞思卡尔单片机主节点和多片MSP430单片机组成监控采集次节点五大部分构成。其中，主节点由MC9S12XS128单片机控制SIM300、触摸屏、NRF24L01、蜂鸣器报警等及外围电路所组成。GSM通信网络是主节点与用户家居信息传输的桥梁。而NRF24L01是次节点监控（温度采集、红外警报、烟雾传感器、燃气传感器电子锁）与主节点数据指令传输的桥梁，指令和数据信息的处理是整个通信系统的核心，主要功能是接收和主人发来的指令，发现异常也能主动通知主人。4.1.1主要软件模块介绍1由MC9S12XS128单片机和SIM300、NRF24L01构成的主节点主节点

35、部分的软件部分可分为：单片机时钟、I/O口等初始化模块、SIM300模块控制、NRF24L01模块控制、液晶显示等，其主要架构如下图。 图11 主节点软件架构2由多片MSP430F2002单片机、温度传感器DSl8820、无线模块NRF24L01次节点次节点的软件部分主要有：控制NRF24L01与主节点通信、控制DSl8820温度传感器、油烟燃气传感器、电子锁、光电发射传感器等，主要完成以下功能：通过NRF24L01与主节点保持通信，随时接收主节点的指令，用定时器中断定时采集DSl8820温度、油烟燃气传感器的值，若超过安全值则通知主节点并拉响蜂鸣器警报，再由主节点通过GSM网络通知主人，主人

36、通过短信查询家里温度或者控制自动开关窗帘电机时，次节点根据相应指令执行相应动作。其主要架构如下图： 图12 次节点软件架构4.1.2软件开发环境介绍 1主节点使用飞思卡尔单片机，开发环境使用配套的开发环境Freescale CodeWarrior开发，它同时支持汇编语言和C语言编写，通过配套的仿真器BDM可以方便地代码下载和在线调试。 2次节点MSP430系列单片机，所以采用MSP430配套的开发环境IAR EmbeddedWorkbench开发，它同时支持汇编语言和C语言编写，本系统采用IARC430语言开发。通过TI公司所带的仿真器FET可以方便地进行程序调试和代码下载。4.2 单片机初始

37、化 当单片机上电开始执行控制程序前，必须先对所有IO口和其它相关模块及寄存器进行初始化编程，设置成系统需要的工作模式。主要包括各变量的初始化，系统时钟的设置，看门狗初始化，串行口的初始化，各IO端口的初始化等。4.2.1 MC9S12XS128的初始化时钟、看门口、I/O口、串口、中断等设置：MC9S12XS128时钟模块由锁相环PLLCTL寄存器、时钟合成寄存器SYNR、时钟分频器REFDV、时钟选择寄存器CLKSEL等构成，通过锁相环倍频把总线时钟BUS CLOCK设置成40M,SCI异步串口的初始化：MC9S12XS128 单片机有两个SCI模块，复用PS口的四个I/O引脚（0-3）位，

38、作为RXD0，TXD0,RXD1，TXD1，当收发器容许时SCI将控制RXD，TXD进入相应的操作，SCI的接收器和发送器都是双缓存各自有工作使能和中断控制，在本系统中用SCI串口控制SIM300，往SIM300模块写AT指令，同时控制LCD12864显示，将收发短信情况显示出来，其流程图如下图： 图13 MC9S12XS128的系统初始化对外围器件的初始化和控制，SIM300、触摸屏、NRF24L01、蜂鸣器等；其流程图如下： 图14 MC9S12XS128系统对外围设备的初始化4.2.2 MSP430F2002的初始化1.次节点MSP430F2002的初始化主要包括单片机的时钟、看门狗、I

39、/O口、SPI串口、中断等设置：MSP430F2002是低功耗单片机，时钟模块的选择比较多，有LFXT1CLK、XT2CLK、DCOCLK、VLOCLK四个时钟源，MSP430F2002单片机只有14个引脚，I/O复用比较多所以要对I/O口做细心初始化，根据实际需要作出选择,SPI同步串口的初始化主要是用于控制NRF24L01无线模块，由于各个次节点的外围应用不一样，其具体的初始化差别还是比较大，这里只是把大概的初始化流程图如下图： 图15 MSP430F2002单片机的初始化 4.3 主节点对GSM及与次节点的NRF24L01通信主节点是整个系统的核心，负责SIM300模块的GSM短信收发识

40、别控制，又与次节点构成通信，为家居系统提供各种数据，与次节点的通信主要由NRF24L01无线模块实现，当主节点收到查询或控制短信指令，经判断后将向相应的次节点发送指令，如对DS128B的温度采集控制电子锁开关等，当次节点收到主节点的指令经判断执行完相关动作后向主节点反馈，如果有数据将传回数据，当主节点收到次节点的警告数据时会拉响警报，并对数据进行处理并通过短信发送到主人的手机。相关的软件流程图如下： 图16 主节点的GSM、NRF24L01通信流程图4.4 次节点的动作 次节点分别由3个MSP430F2002单片机分别控制，与主节点组成一个网络，通过NRF24L01无线模块与主节点保持通信，（

41、1）、数字温度传感器单独组成一个节点放大屋中央，用定时中断定时采集温度并与阀值做比较发现异常立即通知主节点，由主节点拉响蜂鸣器警报同时把实时温度发送到主人手机，主人也可以通过短信指令随时查询温度。（2）、红外发射型传感器放窗口门边，由MSP430检测电压变化，有异常就向主节点发送指令，由主节点拉响蜂鸣器和发送短信通知主人。（3）、烟雾、燃气传感器安放在厨房，发现异常将通知主节点拉响蜂鸣器发送短信通知主人和采取断电等措施。（4）电子锁和光电由一个MSP430控制，当主人发送开门指令，经判断正确将给一个高电平通过继电器控制12V给电子锁的信号，打开电子锁，当再收到指令再将电子锁关门。主要流程图分别

42、如下： 图17 次节点NRF24L01接收/发送数据处理流程图 图18 DS18B20温度采集次节点的动作流程图图19 油烟、燃气传感器次节点的动作流程图图20 电子锁、红外光电传感器次节点动作流程图5 GSM短信系统5.1 GSM短信及AT指令的基本概念5.1.1 GSM短信的一些重要概念 GSM中唯一不要求建立端-端业务路径的业务就是短消息，即使移动台已处于完全电路通信情况下仍可进行短消息传输。短消息通信仅限于一个消息，换言之，一个消息的传输就构成了一次通信。因此，业务是非对称的，一般认为移动起始短消息传输与移动终接短报文传输是两回事。这并不阻碍实时对话，但系统认为不同的消息彼此独立，消息

43、的传输总是由处于GSM外部的短消息服务中心（SMSC）进行中继，消息有目的地或起源地，但只与用户和SMSC有关，而与其他GSM基础设施无关。5.1.2 短信AT命令概念和格式介绍 AT指令集是从TE(Terminal Equipment)或DTE(Data Terminal Equipment)向TA(Terminal Adapter)或DCE(Data Circuit Terminating Equipment)发送的。通过TA、TE发送AT指令来控制MS(Mobile Station)的功能，与GSM网络业务进行交互。AT指令集的格式都是以“AT”或“at开头，“AT或者“at”前缀必须出

44、现在每一个指令行的开头。AT命令的基本格式为：AT+命令字符及相关设置参数。这里介绍本系统设计用到的基本AT指令：1. AT连接测试测试命令AT响应OK2. AT+CSCA 选择消息中心地址测试命令AT+CSCA=？响应OK读命令AT+CSCA？响应+CSCA：,OK写命令AT+CSCA=,参数：短消息中心地址：短消息中心地址的类型，如果地址首位是+号，则该参数为154，否则为129例子AT+CSCA=“+8613800270500”响应OK3. AT+CNMI 新消息批示方式测试命令AT+CNMI=？响应+CNMI：（list supporteds）,(list of supported s

45、), (list of supported s), (list of supported s), (list of supported s),OK读命令AT+CNMI？响应+CNMI：,OK写命令AT+CNMI=,参数=1,=1,=0,=0,=1。即当有新消息时，TA以如下的方式提示：+CMGI：“SM”，,index表示新消息存放在SIM卡中的位置。例子AT+CNMI=2，1，0，0，0响应OK此命令使得GSM模块收到新的短消息时，都会通过串口向PC机或单片机发送数据信息，数据为：AT+CMTI：“SM”，14. AT+CMGF 选择短消息格式测试命令AT+CMGF=？响应+CMGF：（0-1）OK注释：PDU 或TEXT模式读命令AT+CMGF？响应+CMGF：1OK注释：TEXT模式写命令AT+CMGF=响应OK参数:=0:PDU模式；=1:TEXT模式例子AT+CMGF