基于3G手机短信(SMS)的家电物联网系统

3G MODEM系统是目前移动通信体制中比较成熟而且应用比较广泛的一种系统。而红外线遥控则是目前使用最广泛的一种遥控手段，而且可通过学习各种红外遥控器的码型来实现对家电的遥控。因此,可以将3GMODEM和红外遥控结合起来，通过对家电的远程遥控来完成家庭电器物联网的构建。例如在工作、逛街或归家途中，发一条短信就可以控制家里的情况，不用为家里的门窗、电器、煤气担心。

本系统中采用的3G MODEM是一款基于WCD-MA网络的短信平台，内嵌工业级的3G无线模块，同时可以支持GSM、GPRS等网络。该平台采用标准工业级规范设计，具有中文短信收发、英文短信收发及无线上网功能。并提供RS232.USB2.0等标准接口，可直接与用户电脑连接，以实现短消息收发功能。

由于3G MODEM的价格较贵，不可能为每一个家电遥控器安装一个3GMODEM,因此，只能把3G MODEM模块安装在一台主控机上（本设计使用PC机），然后建立一个控制网络，以通过网络传输控制指令。但是，网络一般都需要通信介质，若使用有线网络，布线非常不方便，特别是在已装修的家庭。因此，本设计采用无线方式建立控制网络，其数据安全问题则使用软件解决。

1  系统组成

本系统由3G手机模块、红外遥控模块和控制程序平台三部分组成。其中3G手机模块包含3GMO-DEM和PC辅助程序两部分,3GMODEM主要用来建立无线GSM网络信道，PC辅助程序接收串口（USB口）发来的数据，检验手机号码的权限,根据短信的内容生成控制机地址以及控制指令，并通过无线数传模块发送给红外遥控系统。红外遥控系统收到无线模块传来的数据后,会根据收到的数据找到受控电器的红外发射码型（此码预存入PC机），并发出红外光信号，从而实现对电器的控制。

2  红外遥控模块

遥控器发射的信号由一串包含0和1的二进制代码组成，可用38kHz的载频进行二次调制，以提高发射频率，降低电源功耗。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。当按下遥控器按键时，遥控器发出一串二进制代码，通常分为引导码、地址码、数据码和数据反码。

2.1  红外编码学习部分

家庭环境中的电器多数以红外遥控方式工作，具有便捷、易操作等特点。而每一件电器的每一个操作都是由发射的红外编码来决定。由于红外编码格式统一、数量繁多,如果用固定记忆方式则应用不灵活、不广泛。本模块采用动态学习记忆红外编码方式，该方式对由于新加入的电器、操作而增加的红外编码，能够进行实时学习，并不断加入红外编码数据文件中。图1所示是系统中的红外编码学习功能操作界面图,对于图1的界面，其操作说明如下： 

首先,应通过选择红外遥控装置对应的串口编号来设置波特率19200bps,8位数据位,1位停止位等参数并打开相应的COM端口。在连接正确的情况下，系统会提示“红外串口已打开!”否则报错。

然后，在家电控制区域中填写"家电名称”和“家电状态”，代表对应的家电和对应的操作，该参数组合唯一确定了一个红外二进制编码组值。这里的内容要按照预先规定的格式进行填写。

在确定操作内容后，点击“学习”按键，即可进行学习操作，同时在界面下方的“键值”区域显示16进制编码内容，同时在界面上也可以看到当前记录键值的数量。

2.2  红外遥控发射部分

红外遥控发射操作主要由软件与硬件两部分组成,软件完成读取对应红外编码的操作，而硬件与普通红外遥控器原理基本相同。编码信号送至红外遥控装置的内部芯片，经电阻限流后送至红外发射管,发出红外光信号,从而控制电器动作。

3  3G手机模块

3G模块由于3GMODEM和PC两部分组成。其中3GMODEM主要负责建立无线3G网络信道，并通过3G网络接收和发送短消息，它通过串口与PC通信;PC则负责从串口接收3GMODEM发来的数据,检验手机号码的权限，根据短信的内容生成受控机地址以及控制指令,并通过无线数传模块发送给红外控制系统。本设计中的3GMODEM选用的是Caimore3G调制解调器。

3.1  AT短信指令调试

Caimore可支持标准AT指令，调试时可使用Windows自带的"超级终端"工具。将Caimore连接到PC的串口上，硬件连接好以后，便可启动超级终端,建立串口连接，并设置串口（波特率9600,8位数据位,1位停止位，无奇偶检验，流控制使用Xon/Xo-ff）。然后发送AT指令测试设备是否已正确连接，看能否正常通讯。

3.2  短信控件SMSControl

为了提高开发速度,本设计中使用了短信开发控件SMSControl。SMSControl以OCX控件的形式提供,可支持VB。该控件具有短信发送、短信自动接收、监控界面显示、从SIM卡中读取短信、从SIM卡中删除短信等功能。PC端程序开发可使用VB和SMSControl控件来完成，其程序界面如图2所示。

3.3  3G手机模块操作方法

用手机向Caimore上的SIM卡号码发送一条按照规定格式编辑的短信消息，其基本格式为家电名称拼音缩写+状态。如，编辑格式为”kt+on”，即完成打开空调的操作；编辑格式为"dsj+off",即完成关闭电视机的操作。

3G手机模块收到短信后,将先检测发送短信的手机号，若是在程序中设置的手机号码，则发送控制指令给红外控制模块;若是其他非法号码，则进行排除，并拒绝执行操作,这样可增加系统的安全性。

在图2所示界面中，可以完成的功能首先是选择连接3GMODEM的串口编号，实现3GMODEM与PC机的通信;也可以实现发送、接收、査看和删除短信操作；同时可以实现系统自动接收新短信，完成实时显示等。

4  控制平台程序

家电物联网系统的核心模块是控制平台程序，它用于完成各个分立模块之间的功能连接，其程序界面如图3所示。这里要先选择红外发射串口端口和相关参数，点击“开始控制”后，系统即开始运行。

程序后台所完成的几个步骤的操作，首先是从短信记录中提取新短信(未执行)，分析号码权限、受控家电名称和执行动作；其次，将家电和动作与红外编码学习记忆库进行比较，如有匹配者，则读取对应的红外编码，如无匹配，则发出告警；第三，将红外编码发送至红外遥控装置，由其完成对电器的操作。同时也可以通过图3中的“状态说明”来进行监控。

5  结语

基于3G网络的SMS是一种在2G技术基础上发展、演进而来的基本服务，是能够实现一种信息在移动网络上以高效、便捷、经济的特点进行存储和转寄的过程，可以跨市、跨省甚至跨国传送，灵活方便、廉价可靠。本文利用SMS这种通信基本形式作为载体来实现超远程遥控，以完成家电物联网基本系统的搭建。用户只要用随身携带的手机向家里的3GMODEM模块发送一条短消息，就可以对家里的电器或防盗报警器进行全球范围的遥控。由于本系统采用无线方式，因而不会破坏家庭已有的装修，具有一定的实用性。而且,3GMODEM和红外线遥控技术比较成熟完善，因此，这是一种可行方案，且方案成本低、性能高,具有灵活可靠的特点，它可使得对家电的控制变得更容易、更快捷、更方便、更安全。