桑志彬

摘要：本文介紹了一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)的遠程控制系統(tǒng)的構(gòu)建過程，終端設(shè)備采用STC12C5A32S2單片機作為微控制器，選用TC35i模塊作為與GSM網(wǎng)絡(luò)連接的硬件設(shè)備，利用遠程無線控制使相距較遠的水泵和蓄水池聯(lián)動，彌補了有線數(shù)據(jù)傳輸在時間和空間上的不足，實現(xiàn)了對無人值守環(huán)境的實時監(jiān)控，有效節(jié)約系統(tǒng)施工成本、降低維護費用、提高工作效率。

關(guān)鍵詞：GSM；采集；遠控

1 引言

信息化時代的今天，自動化數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。其中GSM技術(shù)是目前基于時分多址技術(shù)的移動通信體制中，比較成熟且應(yīng)用最廣泛的一種通信技術(shù)。盲區(qū)少，信號穩(wěn)定，自動漫游，價格低廉，并且通訊距離不受限制?；贕SM模塊的通信技術(shù)，結(jié)合單片機控制，將手機作為終端設(shè)備，來實現(xiàn)報警、超遠程遙控設(shè)備、傳輸數(shù)據(jù)、監(jiān)控設(shè)備的運行狀況，實現(xiàn)有線和無線的雙方式通信，是一個非常不錯的選擇。

本文結(jié)合工作實際，分析了利用GSM遠程控制設(shè)備的實現(xiàn)方法。由于基層單位工作環(huán)境處于山區(qū)，采用水泵地下取水，水泵房與蓄水池的距離較遠，如果鋪設(shè)電纜成本較高，因此利用遠程無線控制使水泵和蓄水池聯(lián)動，就成為了有效節(jié)約系統(tǒng)施工成本、降低維護費用、提高工作效率的有效途徑。

2 基于GSM的數(shù)據(jù)采集遠控模式的結(jié)構(gòu)分析

利用GSM和MCU進行遠程監(jiān)控具有投資少、成本低、通信范圍廣和可靠性高等特點。手機是人們現(xiàn)在常用的通訊工具，短信更是人們?nèi)粘＝涣鞯耐ㄓ嵤侄?，此方案的?yīng)用將使我們隨身攜帶的手機變?yōu)橥ㄓ玫乃眠h程遙控器。如圖1所示，為了實現(xiàn)基于GSM的數(shù)據(jù)采集遠控系統(tǒng)平臺設(shè)計，主要需要完成下面幾項工作：

（1）基于SMS、GSM模塊及單片機的遠控系統(tǒng)總體方案設(shè)計，包括通信網(wǎng)絡(luò)的組合，各功能模塊型號的選型等。

（2）系統(tǒng)單片機主控模塊硬件電路設(shè)計和調(diào)試，包含了傳感器模塊硬件電路設(shè)計和調(diào)試，包含了傳感器模塊、報警模塊、短信模塊、繼電器模塊以及外圍電路設(shè)計。

（3）通過對程序的整體規(guī)劃，確定各個功能模塊的結(jié)合，GSM與單片機的組合，及兩端GSM模塊的遠程連接。

（4）驗證系統(tǒng)方案的合理性，并進行系統(tǒng)軟硬件調(diào)試和測試。

3 基于GSM的數(shù)據(jù)采集遠控模式的設(shè)計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)主要由MCU和GSM模塊組成，利用液位傳感器對蓄水池的液位進行采集，通過MCU負責(zé)對采集信號作運算處理，經(jīng)GSM模塊以短信的方式發(fā)送到水泵房處GSM模塊和指定手機，提示其作相應(yīng)的操作，即使遠在千里也可以監(jiān)控設(shè)備安全狀態(tài)。

3.1 硬件設(shè)計

3.1.1 MCU的選型

針對使用環(huán)境、性價比和擴展性的比較，根據(jù)實現(xiàn)功能的選型手冊，本文以STC12C5A32S2單片機為例，工作電壓5.5-4.OV，32KFlash程序存儲器，1280字節(jié)SRAM，29K E2PROM，2個普通定時器計數(shù)器TO/TI，23個串行口并可掉電喚醒，內(nèi)置復(fù)位并有看門狗，其最小工作系統(tǒng)如圖2所示。

3.1.2 GSM模塊的選型

由于當(dāng)前市場上GSM模塊產(chǎn)品型號眾多，很多國外產(chǎn)品可用的資料卻比較少，特別是中文開發(fā)文檔比較少，所以我們選用技術(shù)成熟，文檔資料易找，購買起來方便的西門子的TC35i模塊。它是一款支持中文短信息的工業(yè)級的新版GSM模塊，工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，電源范圍為直流3.3-4.8V，休眠狀態(tài)電流消耗為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA（平均），峰值為2.5A；可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號，功耗在EGSM900（4類）和GSM1800（1類）分別為2W和IW，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM電壓為3V/l.8V，TC35i通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選波特率為300b/s-115kb/s，自動波特率為1.2kb/s-ll5kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS （Short Message Service，短消息），可通過AT命令或關(guān)斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。

如圖3所示接口原理圖，TC35i具有GSM無線通訊的所有功能，最大的特點是集成了標(biāo)準(zhǔn)的UART串行接口，使得與單片機的通訊更加方便和快捷。在控制方面比較簡單，使用AT指令（即Attention，是從TE或DTE向TA或DCE發(fā)送的）即可實現(xiàn)呼叫、短信的收發(fā)、查詢及其他管理。

3.1.3 傳感器的選擇

由于液位傳感器需要長時間放在水中進行測量，因此要求傳感器的防水性能可靠，水位傳感器的精度要求在厘米范圍內(nèi)。綜合上述考慮，水位傳感器采用燁立公司生產(chǎn)的輸出也是4-20mA的兩線制液位變送器。這兩種傳感器均為兩線制、4-20mA電流輸出的模擬傳感器。傳感器輸出的電流變換為電壓后傳送到STC12C5A32S2單片機的A/D轉(zhuǎn)換接口。單片機將采集來的電壓值進行計算，轉(zhuǎn)化成水位值。然后，單片機通過水位的限制發(fā)出相應(yīng)的指令。

3.1.4 繼電器電路

單片機是一個弱電器件，工作電壓一般在5v以下，驅(qū)動電流在mA級以下。若要應(yīng)用于大功率場合，如圖4所示電路，需通過三極管控制小型繼電器，再利用小型繼電器驅(qū)動交流繼電器，從而實現(xiàn)“以小控大”。

單片機1/0口輸出高電平時：三極管工作于飽和狀態(tài)，即在這里作為開關(guān)作用，此時繼電器控制交流接觸器，來啟動水泵。

單片機1/0口輸出低電平時：三極管截止，繼電器此時相當(dāng)于斷路，水泵停止。

3.2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計的重點在于單片機的編程。通過向TC35i寫入不同的AT指令，如表1所示，能完成發(fā)送SMS消息、接收SMS消息、讀取SIM卡上電話號碼等多種功能。其中，初始化的工作包括設(shè)置串口速率、無線網(wǎng)絡(luò)登陸以及設(shè)置短信模式為PDU。PDU編碼包括按PDU的編碼規(guī)則產(chǎn)生PDU串。

3.3 數(shù)據(jù)采集遠控的實現(xiàn)

蓄水池處GSM模塊不僅可以向水泵房處GSM模塊控制水泵運行狀態(tài)，還可同時發(fā)送報警短信至特定用戶手機確認蓄水池與水泵之間通過短信點對點無線通訊，不受距離限制，只要有手機信號，就可以通訊。用戶也可以直接通過手機發(fā)送控制指令控制水泵的啟停。

（1）當(dāng)水位到達低水位時，低水位液位傳感器立即產(chǎn)生報警，同時蓄水池處的GSM模塊向水泵房的GSM模塊發(fā)送啟動水泵指令，收到指令后，水泵房的GSM模塊通過單片機讓繼電器吸合，同時交流接觸器線圈閉合，水泵開始運行，

（2）當(dāng)水位到達高水位時，高水位液位傳感器立即產(chǎn)生報警，同時蓄水池處的GSM模塊向水泵房的GSM模塊發(fā)送停止水泵指令，收到指令后，水泵房的GSM模塊通過單片機讓繼電器斷開，同時交流接觸器線圈開路，水泵停止運行。

（3）在交流接觸器處接一個手動開關(guān)，即可實現(xiàn)手動控制，也可短信自動運行。

（4）垃圾短信過濾功能，只接受特定格式的短信，發(fā)送其它格式的短信無效。

（5）內(nèi)置號碼過濾功能，只接受授權(quán)用戶手機號碼發(fā)出的短信，其它未授權(quán)用戶手機號碼無效。

4 基于GSM的數(shù)據(jù)采集遠控模式的展望

本文在GSM網(wǎng)絡(luò)平臺下對基于GSM模塊的水泵遠控系統(tǒng)進行了設(shè)計開發(fā)，但是在許多方面仍有不足，仍需要進行進一步的改進與研究：

（1）本文所設(shè)計的遠控系統(tǒng)只是實現(xiàn)了對水泵的遠程監(jiān)控，功能較少，今后可以在系統(tǒng)中增加紅外防盜報警、溫濕度監(jiān)控、水泵電機的數(shù)據(jù)采集、遠程在線故障診斷等功能等，完善臺站的需求。

（2）由于本系統(tǒng)運行在GSM網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中，而現(xiàn)今使用基于Android系統(tǒng)智能手機的人們逐漸增多，可以利用Eclipse軟件，開發(fā)以智能手機為上位機的控制軟件，簡化系統(tǒng)的操作性。

（3）基于GSM的數(shù)據(jù)采集模式，根據(jù)需求可應(yīng)用于機房，庫房、電站等各種系統(tǒng)進行遠程控制。

5 總結(jié)

本文提出了基于現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)，利用SMS作為數(shù)據(jù)傳輸載體，將手機作為上位機，監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)的遠控模式。此方案具有建設(shè)成本低，維護效果好，可擴展性強等優(yōu)點，彌補了有線數(shù)據(jù)傳輸在時間和空間上的不足，可以對控制區(qū)域出現(xiàn)的故障及時告警，實現(xiàn)了對無人值守環(huán)境的實時監(jiān)控，在有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的雙網(wǎng)監(jiān)控下，不間斷、高質(zhì)量的運行。