岳 洋 蘭國輝 周紅進(jìn)

(1.大連交通大學(xué)軟件學(xué)院,遼寧 大連 116028；2.中國人民解放軍大連海軍艦艇學(xué)院,遼寧 大連 116018)

基于SIM300和CC1010的無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)

岳 洋1蘭國輝2周紅進(jìn)2

(1.大連交通大學(xué)軟件學(xué)院,遼寧 大連 116028；2.中國人民解放軍大連海軍艦艇學(xué)院,遼寧 大連 116018)

介紹了一種采用SIM300模塊和CC1010無線單片機的無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)，給出了硬件組成和部分軟件流程。實際運行表明：該系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，可將數(shù)據(jù)通過短信方式發(fā)送至監(jiān)控手機，實現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控，通信穩(wěn)定、準(zhǔn)確，具有較強的靈活性，而且系統(tǒng)便于安裝。

數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng) 無線通信 CC1010 SIM300 短信

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)大多采用有線布局，這種方式成本高、安裝維護(hù)不便、傳輸距離短。如果能將采集到的數(shù)據(jù)采用無線方式傳輸，將為許多工程解決受環(huán)境限制難以施工布線的問題。無線傳輸不僅可以降低施工難度和成本，而且可以使系統(tǒng)實現(xiàn)無線局域網(wǎng)和遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集與控制，能夠滿足客戶更多需求。

在此，筆者采用無線單片機CC1010和SIM300模塊構(gòu)成無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)，通過無線局域網(wǎng)通信將子節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到CC1010，然后再利用SIM300通過短信將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控手機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸與監(jiān)控。

無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分(圖1)主要由SIM300模塊與無線單片機CC1010組成。

圖1 無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

SIM300的工作頻段與GSM Phase2/2+兼容，支持點到點短消息(文本或PDU模式)移動發(fā)送和接收；支持 1.8V和3.0V兩種類型的 SIM 卡；雙串行通信接口(此處使用串口2)可支持的自動波特率為1 200～115 200bit/s；串口2只能用來傳輸 AT命令。

CC1010是具有多頻段、低功耗、超高頻射的芯片，內(nèi)嵌高性能的增強型8051微控制器，能工作于315、433、868、915MHz共4個ISM頻段，通過編程可以控制其工作于300～1 000MHz。CC1010內(nèi)含收發(fā)器，其中接收器包括低噪聲放大器、混頻器、中頻處理器、解調(diào)器和解碼器；發(fā)射器由功率放大器及PLL(VCO、充電泵、分頻器)等電路組成[1,2]。

由圖1可知，系統(tǒng)的主節(jié)點為CC1010和SIM300模塊，兩者之間采用串口通信。子節(jié)點主要由CC1010節(jié)點、傳感器、驅(qū)動電路和控制器組成。主節(jié)點中的SIM300一方面負(fù)責(zé)與監(jiān)控手機進(jìn)行GSM通信；同時與主控芯片CC1010進(jìn)行串口通信，完成由GSM網(wǎng)絡(luò)到無線局域網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞。系統(tǒng)硬件部分完全采用無線方式，使得系統(tǒng)為子節(jié)點的安放提供了極大的空間便利，且便于安裝和平時維護(hù)。

2 軟件部分

2.1主節(jié)點CC1010與SIM300的通信

系統(tǒng)中只有主節(jié)點CC1010控制芯片通過串口與SIM300連接。SIM300接收手機發(fā)送的短消息但不做處理，而是通過串口直接傳遞給CC1010。CC1010通過串口中斷函數(shù)將數(shù)據(jù)存入數(shù)組。因此CC1010的串口通信設(shè)計至關(guān)重要，CC1010串口初始化函數(shù)如下：

void initial(void)

{ P3DIR=P3DIR&0X01;//設(shè)置TX0為輸出

P3DIR|=0XFD;//設(shè)置RX0為輸入

CKCON|=0X10;//T1M置1

PCON&=0X7e;//波特率不加倍

TH1=0xe8;//波特率為9 600bit/s

TR1=1;//啟動定時器2

TMOD=(TMOD&0X0F)|0X20;//工作方式2

SCON0=0X50;//全雙工模式、允許接收

ES0=1;

PS0=1;

EA=1;//開中斷

}

CC1010芯片與SIM300之間通過AT命令來控制SIM300通信模塊發(fā)送短信，所有AT指令的指令符號、常數(shù)及PDu數(shù)據(jù)包等都是以ASCII編碼形式傳送的[3,4]。CC1010對SIM300初始化的主要步驟如下：

a. 硬件復(fù)位SIM300；

b. 設(shè)定SIM300與CC1010的串口波特率，串口發(fā)送“AT+IPR=1200 ”字符串，延時約800ms后，再發(fā)送“ATE0 ”；

c. 發(fā)送“AT+CMGF=1 ”，將短信模式設(shè)為text；

d. 發(fā)送“AT+CMGR=1 ”，將收到的短信保存。

完成對SIM300的初始化后，就可以判斷串口中斷時刷新的數(shù)組字符，格式如下：

if(GsToUrat[0]==′+′ && GsToUrat[1]==′C′ && GsTo- Urat[2]==′M′&& GsToUrat[3]==′G′ && GsToUrat[4]== ′R′)

如果接收到短信，則解析短信內(nèi)容，然后根據(jù)GsToUrat[6]、GsToUrat[7]、GsToUrat[8]的內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)的操作。

2.2CC1010的無線局域網(wǎng)通信

主節(jié)點與子節(jié)點采用時分多址無線通信方式。在滿足定時和同步的前提下，系統(tǒng)主節(jié)點發(fā)向各子節(jié)點的信號都按順序安排在預(yù)定的時隙中傳輸。主節(jié)點根據(jù)子節(jié)點的ID號，延時ID×100ms發(fā)送同步信號，然后啟動計時器，進(jìn)入接收狀態(tài)。在接收狀態(tài)，等待子節(jié)點傳送數(shù)據(jù)，如此，各子節(jié)點在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向主節(jié)點發(fā)送信號，主節(jié)點可以在各時隙中接收各子節(jié)點的信號而不會相互干擾。 在對各節(jié)點的初始化中，校準(zhǔn)是不可缺少的重要環(huán)節(jié)，圖2所示是RX和TX的單校準(zhǔn)流程。

圖2 RX和TX的單校準(zhǔn)流程

3 試驗測試

在系統(tǒng)主節(jié)點SIM300模塊中安放了SIM卡，采用5V電壓、2A電流供電；用ASM1117將電壓穩(wěn)壓為3.3V后給CC1010供電。測試系統(tǒng)安放了6個子節(jié)點，每個子節(jié)點由兩節(jié)1.5V干電池單獨供電，采用單總線傳感器18B20采集子節(jié)點溫度。

系統(tǒng)測試中，主節(jié)點采集了6個子節(jié)點的溫度，并將子節(jié)點1、2的溫度值發(fā)送給監(jiān)控手機，結(jié)果如圖3、4所示?？梢钥吹?，監(jiān)控手機接收到的節(jié)點1、2的溫度值與主節(jié)點采集到的子節(jié)點數(shù)據(jù)是一致的，實現(xiàn)了精確的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控。

圖3 主節(jié)點采集到的6個子節(jié)點溫度值

圖4 監(jiān)控手機接收到的子節(jié)點1、2溫度數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

筆者提出的基于SIM300和CC1010的無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)對于采集到的數(shù)據(jù)信息完全采用無線方式傳遞，而且在工作過程中空間位置可以改變，為實際應(yīng)用提供了極大的工作空間靈活性。該系統(tǒng)精確的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸特點為工業(yè)控制、地質(zhì)勘測、國防軍事及醫(yī)療等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)無線傳輸提供了方便可行、便于維護(hù)、性能可靠的解決方案。

[1] Texas Instruments.CC1110 Preliminary Data Sheet (Rev.1.01)[DB/OL].http:www.ti.com/lsds/ti/wireless_connectivity/overview.page,2013-04.

[2] Texas Instruments.CC1010 Single Chip Very Low Power RF Transceiver with 8051-Compatible Microcontroller [DB/OL].http:www.ti.com/lsds/ti/wireless_connectivity/overview.page,2013-05.

[3] 蔣挺,趙成林.紫蜂技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2006.

[4] 劉濤,張春業(yè),韓旭東,等．基于手機模塊TC35的單片機短消息收發(fā)系統(tǒng)[J].電子技術(shù),2003,30(3):36～38．

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2015-12-23(修改稿)