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利用电磁继电器，可以用控制______电路的通断间接控制______电路，还可以利用电磁继电器进行远距离操纵和自动控制．
题型：填空题难度：中档来源：不详
电磁继电器实质是一个开关，其核心部件是电磁铁，利用低电压、弱电流电路的通断来控制高电压、强电流的工作电路，还可以实现远距离操纵和自动控制．故答案为：低压、高压．
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电磁继电器
定义：电磁继电器是通过电磁铁，利用低电压、弱电流的通断，来控制高电压、强电流电路的装置。
实质：电磁继电器的实质是一个由电磁铁控制的开关。工作原理：电磁铁通电时，把衔铁吸下来，使动触点和静触点接触，工作电路闭合，电磁铁断电时，电磁铁失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作电路。
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浅谈继电器和电磁阀为何不能直接驱动单片机
来源： 作者：日 09:58
[导读] 比如你要控制一条线的通断，就可以把这条线故意搞断以后，一端接到3脚，一端接到4脚，然后通过给线圈通电和断电，就可以控制这条线的通断了。线圈1脚和2脚加多大电压？这个问题，需要看你用的继电器的正面，比如我现在这个，你可以看到是05VDC，所以你可以给这个继电器的线圈通5V电，继电器就会吸合。
　　对于单片机的初学者，第一步学习的必然是继电器，如果没有搞懂继电器，那么对了后续学习单片机会是一个很大的难题。本文讲述继电器和电磁阀为何不能直接驱动单片机的原因也会适当的提一些其他的知识点。
　　继电器就是个开关，这个开关是由它内部的线圈控制的，给它的线圈通电，继电器就吸合，开关就动作了。
　　有些人还会问什么是线圈？看上图，1脚和2脚就线圈的两个引脚，3脚和5脚现在是通的，3脚和2脚是不通的。如果你给1脚和2脚通电，你就会听到继电器一声响，然后3脚和4脚就通了。
　　比如你要控制一条线的通断，就可以把这条线故意搞断以后，一端接到3脚，一端接到4脚，然后通过给线圈通电和断电，就可以控制这条线的通断了。
　　线圈1脚和2脚加多大电压？
　　这个问题，需要看你用的继电器的正面，比如我现在这个，你可以看到是05VDC，所以你可以给这个继电器的线圈通5V电，继电器就会吸合。
　　线圈电压怎么加？
　　你可以直接用两只手拿上5V和GND两条线直接通到继电器线圈的两个引脚，就会听到响声了。
　　那用单片机怎么给他加电压？我们知道，单片机引脚就可以输出5V，是不是直接用单片机引脚连接继电器线圈，就可以了呢？答案当然不是的。
　　为什么呢？万变不离其宗，还是欧姆定律。你用万用表量一下继电器线圈的电阻。
　　比如我这个继电器线圈的电阻，大概是71.7欧姆，加5V电压的话，电流就是5除以71.7约等于0.07A，就是70mA。记住，我们单片机的普通引脚最大输出10mA电流，大电流的引脚最大输出20mA电流（这点可参照单片机的datasheet）。
　　看到了吧，虽然是5V，但是输出电流能力有限，达不到驱动继电器的电流，所以无法直接驱动继电器。
　　这时候就需要想办法。比如用三极管S8050驱动。电路图如下。
　　看S8050的datasheet，S8050是一个NPN管，ICE最大允许电流是500mA，远远大于70mA，所以用S8050驱动继电器绝对是没有问题的。
　　看上图，ICE也就是从C流到E的电流，就是和继电器线圈一条线的电流。NPN三极管，在这里就是个开关，单片机引脚输出5V高电平，ICE就导通继电器就会吸合；单片机引脚输出0V低电平，ICE就截止，继电器就不吸合。
　　同理，电磁阀也是一种电阻很小功率很大的负载，也需要按照上述欧姆定律的方法，选择合适的驱动元件。
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电信与信息服务业务经营许可证：粤B2-原理特性/电磁继电器
电磁继电器电磁继电器是利用电磁铁控制工作电路通断的开关。
(1)结构：电磁继电器的主要部件是电磁铁A、衔铁B、弹簧C和动触点D、静触点E。
(2)工作电路可分为低压控制电路和高压工作电路两部分，低压控制电路包括电磁继电器线圈(电磁铁A)，低压电源E1，开关S;高压工作电路包括高压电源E2，电动机M，电磁继电器的触点D、E部分。
(3)工作原理——闭合低压控制电路中的开关S，电流通过电磁铁A的线圈产生磁场，从而对衔铁B产生引力，使动、静触点D与E接触，工作电路闭合，电动机工作；当断开低压开关S时，线圈中的电流消失，衔铁B在弹簧C的作用下，使动、静触点D、E脱开，工作电路断开，电动机停止工作。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的与（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
技术参数/电磁继电器
额定工作电压电磁继电器是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。直流电阻是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万用表测量。吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。释放电流是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。触点切换电压和电流是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。
测试/电磁继电器
测触点电阻
用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出哪个是常闭触点，哪个是常开触点。测线圈电阻
可用万能表R×10Ω档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。测量吸合电压和吸合电流
找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。测量释放电压和释放电流
也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低，当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的10~50%，如果释放电压太小（小于1/10的吸合电压），则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。
符号触点/电磁继电器
电磁继电器继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式：
1.动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。
2.动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。
3.转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。
选用/电磁继电器
必要条件①控制电路的电源电压，能提供的最大电流；②被控制电路中的电压和电流；③被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。查阅资料
查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。注意器具容积
若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。
应用/电磁继电器
电磁继电器是电铃、电话和自动控制电路装置中的重要部件，其实质是由电磁铁控制的开关，在电路中起着类似于开关的作用：(1)用低电压、弱电流控制高电压、强电流；(2)实现远距离操纵和自动控制。
利用电磁继电器可以用低电压、弱电流的控制电路来控制高电压、强电流的工作电路，并且能实现遥控和生产自动化。电磁继电器被广泛地应用于自动控制(如、、、机床里的控制电路)和通信领域。
其他类型/电磁继电器
热敏干簧继电器(Thermal&reed&relay)
热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。
固态继电器(SSR:Solid-state&relay)
固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用件实现输入输出的电隔离。固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。
固态继电器是继电器产品的分支，使用半导体器件代替传统的线圈制作而成，不需要依靠机械零部件的运动来控制开关的打开与闭合，有效的提高了可靠性和使用寿命。由于不再使用线圈，所以也不不会遇到电磁干扰和接触“”等问题，在安全性方面也有了很大的提高。功率较小，更加适用于高档产品中，符合国家节能环保的要求。
寿命/电磁继电器
指触点上不施加负载或施加不会导致继电器机械耐久性失效的监测电流和电压，线圈上施加额定电压的条件下，继电器在规定频率下可以正常切换的次数，一般以“次数”表示。简单说来就是指不在触点上加负载，以规定的开关频率开关时的寿命。机械耐久性就是机械寿命，实际上是检测簧片的机械耐久性能。电耐久性
一般指继电器置于一定的规定环境条件下，在触点上施加规定负载比的规定负载，线圈上施加额定电压时，可以正常切换的次数，一般以“次数”表示。简单说来就是指在触点上外加额定负载，以规定的开关频率开关时的寿命。电耐久性就是电气寿命。电气寿命测试与环境温度、开关频率是强相关的原则上环境温度越高，产品的电气耐久性越短原则上开关频率越高寿命越短，一般要求：在开关电流小于（包含）20A时，CQC要求的开关频率为1S:1S，IEC规定为4S:4S，UL规定1S:9S（电阻负载）、1S:59S(灯负载）等等，具体分别查GB21711、IEC61810、UL508标准中的定义。
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基于GSM通信和继电器控制的智能家居
刘畅、吴存存、陈超然&
课程设计报告
摘要：本产品以AVR系列单片机ATMEGA16为控制核心，以GSM短信息发送来实现短信的发送与接收功能，进而实现智能家居的开关控制。
关键词：GSM &ATMEGA16单片机 继电器
设计背景： GSM模块与单片机通信是GSM模块应用的一个核心技术。我们所设计的系统，利用单片机的串行口知识，来实现与GSM模块的通信，以通过GSM模块控制继电器实现远程开关控制。
一、系统目的、用途和功能
（一）、系统目的
（1） 利用手机短消息模块进行网络连接和数据接收以及远程控制。
（2） 利用电子技术进行报警信号的采集（如传感器技术中的门磁感应、红外感应等等的应用，监控技术的应用等）。
（二）、系统用途
家用电器自动控制系统的主要功能是控制家用电器、照明等电气设备。该系统能够实现本地集中控制家庭内部照明或家用电器，也可以在需要时通过GSM远程控制家庭内部家电设备，节约能源。
GSM通信是一种技术成熟、应用较广、成本低的通信网络，本设计采用GSM通信实现远程监控。当需要远程控制家用电器时，用户可通过发送短信将控制信号送入单片机，驱动继电器对家用电器进行开关控制。
二、硬件设计思想和电路原理图
1、主系统电路
本系统主要由单片机和GSM短信模块组成，借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，
2、外围控制系统
我们的外围控制系统包括D型锁存器74LS174、220V继电器、220V电路输入输出接口系统。&
(1)继电器的选择及控制方案
我们使用的是12V驱动的微型电磁继电器，型号是JQC-3F, &12VDC，10A，250VAC。&
我们的电路图如下
其中我们使用的继电器功率是0.36W，按12V电压供电计算，额定电流是30mA，8050的放大倍数为300倍，故基极的输入电流应为0.1mA。AVR单片机IO端口的输出电压为5V，按8050的导通压降为0.7V计算，我们设定的基极电阻为5K1。由于AVR在上电时,DDRx和PORTx的值均初始化为&0&,I/O引脚呈高阻输入方式,因此电阻R2的作用是确保三极管的集电极电位在上电时为&0&电平,三极管截止,保证了加热电炉控制系统上电时不会误动作。&
三极管集电极的负载继电器吸合线圈在三极管截止时会产生一个很高的反峰电压,在吸合线圈两端并接一个二极管D1,其用途是释放反峰电压,保护三极管和I/O口不会被反峰电压击穿,提高系统的可靠性。&
(2)D型锁存器74LS174
之所以在I/O引脚和上图的COM1口之间连接一个74LS174D型锁存器是为了防止单片机在运行过程中意外RESET时引发不必要的动作电位。74LS174的真值表如下：&
很显然，只有当clock引脚在上升沿时才会将D引脚上的信号打入，从而有效的保证了继电器不被其他干扰和意外信号所干扰，保证了220V用电器运行的稳定性和安全性。&
(3)220V电路的输入输出接口：
为了保证本系统的通用性，我们设计了通用插座作为整个系统220V电压的输入输出接口。使用时只要用普通双头电源线插入普通220V电源插座，再将想要控制的电器插在输出插座上即可，安装简单方便。如下图所示：&
三、硬件单元的使用方法
本系统的硬件主要分为系统主机与系统分机两大部分。系统主机硬件框图如图2所示，由atmel单片机MEGA16、固态继电器控制电路、GSM模块等组成，并由固态继电器控制具体设备。&
系统分机硬件框图如图3所示，由atmel单片机MEGA16、固态继电器控制电路、无线传输模块等组成，并由固态继电器控制具体设备。&
1、ATMEGA16单片机
& &ATMEGA16内嵌32K字的闪存（FLASH）。较高的处理速度使单片机能够非常容易、快速地处理复杂的数字信号，以单片机为核心的ATMEGA16微控制器适用于数字语音识别领域。
2、GSM SMS手机短消息模块
& &GSM SMS模块是在原GSM GPS模块的基础上改进的通用产品。GSM SMS模块由市面上的廉价手机和通讯适配电路组成，性能价格比高于GSM GPS。GSM SMS模块利用手机短消息系统进行数据传输，是目前各种利用电台做无线数传的理想替代产品。由于该模块不受到域限制，将其应用于GPS系统是非常理想的设计方案。根据该模块的特性，我们将其直接跟单片机的USART接口，并且根据详细的GSM SMS模块通信协议来应用串口调试软件进行调试。
3、无线数据传输电路
无线数据传输电路采用PTR2000无线传输模块，其显著特点是所需外围元件少，因而设计非常方便。该模块内部集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，因而是目前集成度较高的无线数传产品。PTR2000的出现使人们摆脱了传统无线产品设计的困扰。该器件优异的特性使得它非常适合于便携及手持产品的设计中。另外，由于它采用了低发射功率、高灵敏度的设计，因而可满足无线管制的要求且无需使用许可证，是目前低功率无线数据的理想选择。&
在各种自动控制设备中，都存在一个低压的自动控制电路与高压电气电路的互相连接问题，一方面要使低压的电子电路的控制信号能够控制高压电气电路的执行元件，如电动机、电磁铁、电灯等；另一方面又要为电子线路的电气电路提供良好的电隔离，以保护电子电路和人身的安全，电磁式继电器便能完成这一桥梁作用。&
4、电磁继电器
电磁继电器是在在输入电路内电流的作用下，由机械部件的相对运动产生预定响应的一种继电器。 它包括直流电磁继电器、交流电磁继电器、磁保持继电器、极化继电器、舌簧继电器,节能功率继电器。&
我们应用的是(1)直流电磁继电器：输入电路中的控制电流为直流的电磁继电器。(2)交流电磁继电器：输入电路中的控制电流为交流的电磁继电器。(3)磁保持继电器：将磁钢引入磁回路，继电器线圈断电后，继电器的衔铁仍能保持在线圈通电时的状态，具有两个稳定状态。(4)极化继电器：状态改变取决于输入激励量极性的一种直流继电器。(5)舌簧继电器：利用密封在管内，具有触点簧片和衔铁磁路双重作用的舌簧的动作来开、闭或转换线路的继电器。(6)节能功率继电器:输入电路中的控制电流为交流的电磁继电器,但它的电流大(一般30-100A),体积小, 节电功能。电磁式继电器一般由控制线圈、铁芯、衔铁、触点簧片等组成，控制线圈和接点组之间是相互绝缘的，因此，能够为控制电路起到良好的电气隔离作用。当我们在继电器的线圈两头加上其线圈的额定的电压时，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的接通、切断的开关目的。&
4、看门狗电路
& MEGA16单片机内置看门狗电路。通常，在单片机的工作现场可能有各种干扰源，这些干扰源可能导致程序跑飞、死机或者程序不能正常运行。如果不及时恢复或使系统复位，就容易造成损失。看门狗电路的作用就是在程序跑飞或者死机时，有效地使系统复位以恢复正常运转。
四、软件设计思想和流程图
本系统软件采用汇编语言与C语言混合编程实现，主要包括主机和分机两部分。
对于本系统，目前已经完成了一套演示系统。本系统充分利用了现有的GSM网络资源，通过在实际GSM网络中的试运行表明：该系统能够达到设计初期的各项要求，满足了智能家居远程控制的要求。该设计思想也可应用到信息家电、智能小区、远程监控系统、环境自动监测系统、无人值守系统等应用领域。
为使程序清晰可读且运行速率高，本系统软件采用模块化结构设计，由主程序和相关子程序如电器控制子程序组成。该程序主要包括安防报警、楼宇对讲和电话远程控制三个模块。
主程序工作过程为：系统上电复位后进行初始化，待初始化完成，系统GSM呼入信号进行检测，如有信号输入，则进入对应的处理模块。
系统主机程序主要包括无线数据传输程序、传感器数据采集程序、GSM模块通信程序、语音报警程序、显示程序、键盘输入程序、看门狗程序、系统初始化程序、意外事件处理程序等。主机程序流程图如图5所示。
由于该系统采用的是一对多的双向数据传输，因此每个分机都有标识自己的地址码。其通讯软件主要分为两部分：主机与分机的无线通讯软件；单片机与GSM SMS模块的串行通讯软件。程序设计的关键是主机、分机间无线通讯的准确性。在程序设计中，采用通讯协议（Protocol）的做法，由主机发出地址码与操作指令，通知各分机采集数据，同时进行校验。每个分机都编有不同的地址码，主机发送地址码和操作指令时采用广播通讯的方式，只有该地址码与分机自身的地址码相同时，表示主机查询的就是该分机，同时发送应答信号，并准备接收命令；而主机将收回的应答信号与发出的地址码相比较，不同则给出一次错误的信息，相同则可以控制已叫通的分机，这时已叫通的分机继续接收主机发送的操作命令，并依据指令采集数据，将数据整理、打包后通过PTR2000发送给主机，直到接收到主机发来的执行命令为止。MEGA16单片机与GSM SMS模块和无线通信模块PTR2000都通过串口进行通信，因此串口采取分时复用。继电器程序流程图如图6所示。
四、软件功能详细使用方法
1、GSM模块的软件接口及控制技术
在我们设计的系统中，采用的是GSM通信模块为WAVECOM，该模块具备GSM无线通信的全部功能,并提供标准的UART串行接口,支持GSM 07.05所定义的AT命令集的指令。&
根据GSM07.05的定义,SMS短信息的发送和接收模式共有三种：Block模式、基于AT命令的Text模式和基于AT命令的PDU模式。&
(1)PDU模式
发送和接收中文或中/英文混合的短信息必须采用PDU模式。根据GSM 07.05的定义,只要控制器通过UART接口向GSM模块下发AT命令,就可以直接读取收到的PDU模式的短信息：&
　　&AT+CMGF=0& ‘设置为PDU模式
　　&AT+CMGR=1&‘读取接收的一条短信息
在PDU模式下,GSM通信模块的回答格式为：&
　　+CMGR:&stat&,,&length&&CR&&LF&&pdu&
其中： stat表示该条短信息的状态,通常为0（未读过,新的短信息）或1（已读过）; Length为十进制数,表示pdu数据长度减去短信息服务中心地址长度,单位为字节;&CR&&LF&为回车换行;pdu为PDU模式的数据包。&
然后,要分析PDU数据包,根据PDU的数据格式将收到的中文信息和其它相关信息解析出来。&
(2) &PDU数据包格式
& &PDU数据包由两部分构成,短信息服务中心地址（SMSC address）和TPDU,表1为PDU数据包的格式,其中一个数据单元为一个字节。
表1 PDU数据包格式（接受MSM）
(3) PDU模式的纯英文短信息解码
& &PDU模式的纯英文短信息编码使用GSM字符集的7位编码,此时TP-DCS的值为00。如短信息内容为英文字符“Hi”,首先将各个字符转换为7位的标准二进制ASCII码,然后要将后面字符的低位逐位调整到前面,补齐前面的差别。例如：“H”的二进制ASCII码为1001000,“i”二进制ASCII码为1101001;显然H的二进制编码不足八位,那么就将后面字符i的最后一位补足到H的前面,就成了（C8）,i剩下六位110100,前面再补两个0,变成（34）,于是“Hi”就变成了两个八进制数 C834。由于PDU模式的纯英文短信息采用7位编码,解码不方便,因此对于只需发送和接收纯英文字符和数字符号的应用,最好采用Text模式发送和接收短信息。
(4) 中文短信息的解码
由于中文字的编码是采用2个字节的编码,因此发送和接收中文或中英文混合的短信息只能采用PDU模式。但在GSM标准中,中文编码采用UTF-8的编码,不是目前国内常用的GB-2312编码,故还需要进行中文编码的转换,才能与采用GB-2313汉字库相配合显示汉字字型。
由于UTF-8和GB-2312编码之间不存在一一对应的线性关系,因此只能采用查表的方式进行转换。下面给出一个由UTF-8到GB-2312编码转换的算法。
①建立UTF-8和GB-2312两个中文编码表,表中数据项为2个字节长度的十六进制的数,代表一个中文编码。两个表的长度分别为14 890字节（2&7445）。UTF-8编码表按数据项值从小到大排序,而在GB-2312编码表中,与UTF-8相同位置处为相同汉字的GB-2312码字,如下图所示。
UTF-8、GB-2312编码表结构
②软件解码过程为：每次从PDU模式SMS数据包的TP-UD中取出两个字节,采用二分法快速数据查找算法,在UTF-8编码表中找到其所在位置,然后在GB-2312表的相同位置处读取相对应的GB-2312编码。
③二分法的最坏查找次数为lg2(n+1),UTF-8表的长度n为7445,固最坏查找次数为13次,就是说一个中文编码由UTF-8到GB-2312的转换最多经过13次比较查找就可完成。这比采用简单的顺序查表要快的多,大大减少了查表所花费的时间,非常适合在一般的嵌入式系统中使用。
(5)TEXT模式
Text模式只支持传送英文及数字信息，但它的编码要比PDU模式简单很多，因此我们在我们的智能控制系统中采用了Text模式。TEXT模式在信息传送时通过串口传递的是十六进制ASCII码。其USART通讯默认使用9600比特率，8位数据信息，无奇偶校验，有一位开始位和一位结束位。
例如，我们要发送指令来读取第一条短信，使用命令：AT+CMGR=1；我们只需要通过串口发送十六进制数码：0x41,0x54,0x2b,0x43,0x4d,0x47,0x52,0x3d,0x31,0x0d即可。其中0x41是A对应的ASCII码，0x54是T对应的ASCII码，以此类推，只要将相应英文字母的ASCII码以十六进制的形式发送即可。
下面给出了一个简单的继电器控制实验源程序，控制继电器不停地吸合、释放动作，程序很简单。
在Keil C51中新建工程jdq，输入上面的源程序，通过编译后得到HEX格式的烧写目标文件jdq.hex，将该文件使用ISP编程器烧写到MEGA16芯片上，然后我们就可以看到单片机驱动实验板上的继电器吸合延时1S后释放“嘀哒”地响个不停，继电器普遍的指示灯也在闪烁，继电器输出接点也就跟着继电器的动作而反复通断开关了。
五、系统测试过程和测试数据
1．测试仪器
ICCAVR（ FOR IMAGE CRAFTING），AVR STUDIO 4.0，JTAG，串口调试助手，ATMEGA16单片机等。
任何一个模块首次使用时,必须要测试其工作是否正常,由于其自带RS232接口,所以我们可以用PC机的串口调试软件进行调试。&
2、启动串口调试软件
软件介绍：AT+CMGC &Send an SMS command（发出一条短消息命令）
AT+CMGD &Delete SMS message（删除SIM卡内存的短消息）
AT+CMGF &Select SMS message formate（选择短消息信息格式：0-PDU;1-文本）
AT+CMGL &List SMS message from preferred store（列出SIM卡中的短消息PDU/text: &0/“REC UNREAD”-未读，1/“REC READ”-已读，2/“STO UNSENT”-待发，3/“STO SENT”-已发，4/“ALL”-全部的）
AT+CMGR &Read SMS message（读短消息）
AT+CMGS &Send SMS message（发送短消息）
AT+CMGW &Write SMS message to memory（向SIM内存中写入待发的短消息）
AT+CMSS &Send SMS message from storage（从SIN|M内存中发送短消息）
AT+CNMI &New SMS message indications（显示新收到的短消息）
AT+CPMS &Preferred SMS message storage（选择短消息内存）
AT+CSCA &SMS service center address（短消息中心地址）
AT+CSCB &Select cell broadcast messages（选择蜂窝广播消息）
AT+CSMP &Set SMS text mode parameters（设置短消息文本模式参数）
AT+CSMS &Select Message Service（选择短消息服务）
3、系统测试过程
（1）、设置短消息中心
AT+CSCA=“+0”回车(具体的号码由当地的运营商决定。)
（2）、接收短消息
+CMTI：“SM”，X (X表示接收短消息的SIM卡存储号码)
AT+CMGR=X回车 (从X存储区读短消息)
AT+CMGD=X回车 (从X存储区删除短消息)
（3）、发送短消息
AT+CMGF=1回车(采用文本格式发送，如用PDU格式，则AT+CMGF=0)
AT+CMGS=“+8613xxxxxxxxx”回车
&输入短消息。Crtl+Z结束并发送。
（4）、重要的指令
ATZ;E 回车 Echo OFF
ATZ;E1回车 Echo ON
AT+CREG？回车 回答x(X=2脱网，X=1注册，X=0状态不明)
AT+COPS？回车 表示SIM卡是否被网络接受
AT+COPS=?回车 显示所有可用的网络。
（5）、建立语音呼叫
AT+CREG？回车(是否网络注册)
ATD13xxxxxxxxx；回车(语音呼叫和数据呼叫建立的区别在于号码后所接的分号上)
（6）、改变并保存参数
AT+IPR=2400 回车(改变RS232口的速率至2400bps)
AT&W 回车 (保存已改参数)
（7）、输入PIN码
AT+CPIN=“xxxx”
4、下图为用PC机控制GSM的过程
（1）、短信中心号码处理：用字符串 addr 表示
&1、将短信息中心号码去掉+号，看看长度是否为偶数，如果不是，最后添加F &
即 addr =&+0& &&
& & =& addr = &0F&
&2、将奇数位和偶数位交换。
& & =& addr =&F0& &
&3、将短信息中心号码前面加上字符91，91是国际化的意思
& & =& addr =&05F0& &
&4、算出 addr 长度，结果除2，格式化成2位的16进制字符串，16 / 2 = 8 =&&08& &
& & =& addr =&0005F0& &
（2）、手机号码处理：用字符串 phone &
&1、将手机号码去掉+号，看看长度是否为偶数，如果不是，最后添加F &
即 phone =&+9& &&
& & =& phone =&9F& &
&2、将手机号码奇数位和偶数位交换。
& & =& phone =&F9& &
（3）、短信息部分处理：用字符串 msg 表示
&1、转字符串转换为Unicode代码，例如“工作愉快！”的unicode代码为 5DE54F5C61095FEBFF01，
&2、将 msg 长度除2，保留两位16进制数，即 5DE54F5C61095FEBFF01 = 20 / 2 =& &0A&，再加上 msg &
& & =& msg =&0A5DE54F5C61095FEBFF01& &
（4）、组合
&1、手机号码前加上字符串 11000D91（1100：固定，0D：手机号码的长度，不算＋号，十六进制表示，91：发送到手机为91，发送到小灵通为81），
即 phone = &11000D91& +phone &&
&2、手机号码后加上 000800 和刚才的短信息内容，000800也写死就可以了
即 phone = phone + &000800&+ msg &&
+ A5DE54F5C61095FEBFF01 &&
& & =& phone =F5C61095FEBFF01 &
&3、phone 长度除以2，格式化成2位的十进制数
即F5C61095FEBFF01 =& 50位 / 2 =& 25 &&
（5）、所以要发送的内容为
& AT+CMGF=0 &回车& &
& AT+CMGS=25&回车& &
& & addr+phone &Ctrl+Z发送& &
5、具体操作流程
（1）、先定义AT指令字符串。
chara[]=&AT\r\n&;
charb[]=&AT+CMGS=\r\n&;
charc[]=&someone has broken into your house.。someone has broken into yourhouse.。someone has broken into your house.。someone has broken into your house.。someonehas broken into your house.\r\n&;
（2）、串口通信程序
void USART_TRANSMIT(chardata) &//发送数据函数
while(!(UCSRA&(1&&UDRE)));
（3）、主函数
voidmain()
init_devices();
for(n=0;n&4;n++)USART_TRANSMIT(a[n]);
delay250(2000);
for(u=0;u&21;u++)USART_TRANSMIT(b[u]);
delay250(2000);
for(m=0;m&180;m++)USART_TRANSMIT(c[m]);
6、测试方法
我们按照如下的思路完成作品，因为单片机就是一个“微型化的计算机”，它将计算机的主要功能集成在一块芯片上，成为一个控制器。因此，我们先用计算机代替单片机，最后再将计算机的操作功能写进单片机，完成系统设计。
首先是计算机与GSM模块的通讯。此部分功能的实现需要用到“串口调试助手”这块软件，这可以很直观的看到到底从串口传出了什么数据。
其次是单片机与计算机的通讯，将程序写进单片机后，将单片机的串口与计算机的串口相连，点击运行，就可以从串口调试助手中看到从单片机中是否串出数据，以及数据的格式正确与否。
最后，将单片机与GSM模块直接相连，通过串出指令控制模块发送短信，模块的响应时间以及指令的格式问题需要在程序中调节优化。
六、硬件指标参数
（一）单片机的主要性能参数和主要引脚
1．主要性能参数
与单片机产品兼容4K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程Ｉ/Ｏ口、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒看门狗定时器，双数据指针、掉电标识符。&
2．单片机芯片内部结构简介
（1）、中央处理器：
中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽处理的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入和输出功能等操作。
（2）数据存储器（内部RAM）：AT89c51中数据存储器的地址空间为256个RAM单元，但其中能为数据存储器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。
（3）程序存储器（内部ROM）：
程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器，且其有多种类型，在51系列单片机中全部采用闪存。AT89c51单片机内部配置了4KB闪存。
（4）、定时/计数器（ROM）：
用于实现定时和计数功能。AT89c51共有2个16位定时/计数器
（5）、并行输入输出（Ｉ/Ｏ）口：
8051共有4组8位Ｉ/Ｏ口（PO、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。每个口都由1个锁存器和1个驱动器组成。他们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，有些Ｉ/Ｏ口还有其他的功能。
（6）、全双工串行口：
AT89c51内置一个全双工串行通信口，用于与其他设备间的串行数据传送，该串行口既可以用于异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。
（7）、时钟电路：
时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。
（8）、中断系统：
中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。MEGA16共有5个中断源，其中有2个外部中断源和3个内部中断源。
每个MEGA16单片机处理周期包括12个时钟周期，每12个时钟周期用来完成一个操作，如取指令等。指令执行时间为时钟频率除以12后取倒数。如果时钟频率是11.059MHZ，则除以12后得到了每秒执行的指令为921583条，再取倒数将得到每条指令所需的时间为1.085us。
图10 & ATMEGA16单片机的基本结构
2.Max232电平转换芯片接口
& &Max232芯片是Maxim公司生产的包括2路接受器和驱动器，适用于各种EIA—232C和v.28/v.24的通信接口。Max232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5伏电源电压变换成RS232C输出电平所需的正负10v电压。此芯片工作电压为+5V。
（二）、GSM 模块
由于HRH GSM Modem 内嵌高可靠性的GSM 引擎（GSM Cellular Engine）和51 单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议将用户从繁杂的GSM 通信标准解析和调试中解脱出来，使用方便，而且公网的数据传输具有通信范围广（GSM网络基本覆盖全国），传输稳定、可靠等特点。因此本设计选用HRH GSM Modem来进行通信。
GSM &Modem 的主要功能:
a.收发短信；
b.借助短信实现远程小批量数据传输；
c.语音通话（GSM 电话）；
d.数传模式实现无线实时数据通信；
e.无线上网（自动应答型）。
模块要求12V/500mA供电，与计算机或单片机通过串口通信，波特率9600bps，通过SIM卡座来安装SIM卡。
a．‘A’表示ASCII 字符A，00 或00H 表示16 进制数据00。
b． 帧结构：帧头（固定为0AAH）＋指令码＋数据
以向手机 发中文信息“测试”为例：首先计算或查表得到“测试”的UNICODE 编码为：6D4B（测）8BD5（试）；
向GSM MODEM 下发数据帧：AA02 31 33 36 36 31 31 37 34 36 30 32 6D 4B 8B D5
GSM MODEM 可能返回于下信息：
AA 01 ‘ERROR’短信未从GSMMODEM 送出，可能是未登陆网络或SIM 卡故障。
AA 01 ‘OK’ 短信已从GSMMODEM 送出，但未送达短信中心，可能是信号质量差或天线连接不好。
AA 01 ‘SEND OK’ 短信已送达短信中心，并且短信中心已经下发给接收方。
AA 01 ‘SUCCESS ： 1532’接收方已经收到短信（注意仅当接收方手机已经设置短信自动应答时才会返回；GSM MODEM 已设置成短信自动应答）。
AA 01 ‘FAILURE ：1532’短信中心未能将短信送达接收方或接收方已经收到短信，但其给短信中心的回应短信中心没有收到（注意仅当接收方手机已经设置短信自动应答时才会返回）。
一般情况下，由于短信不保证实时性，所以从发送到对方接收到短信可能有5-10 秒的延时，使用中建议设置短信超时定时器长度在20-30 秒左右。
短信发送成功的返回信息：
先返回 AA 01 ‘SENDOK’31；如果接收方手机设置了短信自动应答，则在对方收到后返回AA 01 ‘SUCCESS ： 1532’。
短信发送失败的几种可能返回信息：
a. AA 01 ‘ERROR’
b. AA 01 ‘OK’
c. AA 01 ‘SEND OK’32 后； AA 01 ‘ FAILURE
3.GSM模块与单片机的硬件接口连接
我们所用的GSM模块具有数据引出与接收口，而且支持与GSM 短信息相关的 AT 控制指令(GSM-SMS-AT 指令)，GSM模块通过数据口以串行方式接收指令并向外输出数据。硬件连接相当简单，在数据口中找出RXD、TXD 和 GND 引脚与单片机的串口对应连接即完成了硬件接口。
GSM模块数据线是专为连接PC 机9 针串口而设计的，其信号电平为标准的RS232 电平，而单片机的信号电平为TTL电平，因此只要经过电平转换，就可很方便的与模块相接。这里可以用开发板上的电平转换部分，也可以用Max232电平转换芯片。
连接电路如图 12 所示。&
（三）继电器模块
本设计是用单片机控制继电器达到以弱控强的电路，下面再来介绍一下单片机和强电之间的桥梁----电磁继电器。
电磁继电器是有触点电继电器是有触点电继电器的一种。它是利用电磁效应实现电路开、关控制作用的原件，广泛应用在电子设备、仪器仪表及自动化设备中。在各种自动设备中，都要求用一个低电压电路提控制一个高电压的电器电路。这样不仅可以为电子线路和电器电路提供良好的电隔离，还可以保护电子电路和人员安全。
单片机是一个弱电器件，一般情况下他们大都工作在5V甚至更低。驱动电流在ｍA级以下。而要把它用于一些大功率场合，比如控制电动机，显然是不行的。所以，就要有一个环节来衔接，这个环节就是所谓的“功率驱动”。继电器驱动就是一个典型的功率驱动环节。在这里，继电器驱动含有两个意思：一是对继电器进行驱动，因为继电器本身对于单片机来说就是一个功率器件：还有就是继电器去驱动其他负载，比如继电器可以驱动中间继电器，可以直接驱动接触器，所以，继电器驱动就是单片机与其他大功率负载接口。
首先的，里面的三极管很重要。三极管是电子电路里很重要的一个元件。三极管有两个作用一个是放大的作用，一个是开关作用。当单片机的这个引脚输出低电平的时候，就像“手”在打开三极管“水龙头”，水就从上往下流，继电器“水轮机”就开始转起来了。反之，如果是输出高电平，“手”就开始关“水龙头”，继电器“水轮机”因为没有水流下来，就会停止。&
这就是三极管的开关作用简单的理解记忆就是：三极管是一个开关器件因此，三极管有些时候也被称做电子开关（与机械开关相区别）。是保护二极管。并且将VCC在并联在继电器两端阴极。&
七、涉及所需全部资源
Atmega16单片机，GSM模块，串口线，7.3728MHz外部晶振，导线若干，继电器。
八、成员分工及完成情况
刘畅 程序的编写与调试 文字工作（开题报告与总结、ppt制作、html网页、进度报告）
吴存存 电路板的焊接 硬件连接 程序的编写与调试
陈超然 后勤和协调工作
九、参考文献
[ 1 ] &《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践》 （马潮）
[ 2 ] 李艳华　陈慧明——单片机控制GSM手机的技术及应用
[ 3 ] AVR323数据手册
山东大学物理学院创新实验室&&地址：山东省济南市历城区山大南路27号邮编：250199}