基于TC35i模塊塔式起重機遠程報警系統(tǒng)

摘要:為解決塔式起重機在安裝、使用過程中，垂直度進行連續(xù)測量困難的問題，以及在垂直度到達一定范圍時，設備進行遠程報警的問題，提出了利用無線GSM網(wǎng)通過短信傳輸報警信息，詳細描述了系統(tǒng)工作過程及硬件和軟件的設計，最后給出了相關實物和實驗方式及結果。

關鍵詞:塔式起重機;TC35i模塊;單片機;SCA100;GSM

中圖分類號:TP918.51文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2009)36-10408-02

The Remot Warning System of Towercrane Basing on TC35i

JIN Jia-geng1，2， DONG Peng-shu1

(1.Air Force Radar Academy， Wuhan 430019， China; 2.Wuhan University of Technology， Wuhan 430063， China)

Abstract: In order to solve the difficulty of continue measuring vertical degree of the towercrane during the process of installing and using， and when the vertical degree of the towercrane is in the range of the setting value， the device will send out a warning message. A kind of GSM-base communication method is brought out to transmit the warning message. The detail of the hardware and software of the design of the device basing on TC35i are given out. At the end of the paper the the photo of device and experiments are discribled.

Key words: towercrane; TC35i modual; microchip; SCA100; GSM

隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，我國建筑業(yè)也隨之發(fā)展，在發(fā)展過程中，由于各類塔式起重機能大大提高工作效率，因此，在建筑中塔式起重機被大量使用。然而由于塔式起重機在設計、制造、安裝、使用、檢驗、維修保養(yǎng)和改造等環(huán)節(jié)存在過多的問題，造成了大量塔式起重機安全事故的發(fā)生，給企業(yè)造成不必要的經(jīng)濟損失。塔式起重機的安裝、頂升和拆卸是最易發(fā)生安全事故的環(huán)節(jié)[1]，而其中一個重要參考量是塔式起重機的垂直度，目前使用的垂直度的測量主要利用經(jīng)緯儀，由人進行測量操作，不能連續(xù)進行測量。因此如何對安裝、拆除和使用過程中垂直度進行連續(xù)測量并監(jiān)控的問題。目前，GSM 系統(tǒng)是基于多址技術(TDMA、SDMA、FDMA、CDMA)的移動通信體制中比較成熟完善的系統(tǒng)，在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游。用戶無需另外組網(wǎng)，可節(jié)省建網(wǎng)費用和維護費用，只要用戶使用可登入GSM網(wǎng)的終端設備就可以，該方式具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，是遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€強大的支持平臺[2]，因此，本文提出了基于TC35i模塊和W77E58單片機對測量塔吊的傾斜度連續(xù)監(jiān)測并進行遠程中英文和數(shù)字的遠程短信報警的設計方案。

1 系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)方案如圖1所示。

系統(tǒng)由LCD模塊、W77E58單片機、SCA100傾斜角度傳感器和TC35i模塊組成。系統(tǒng)初始化時，讀入由用戶預先設定的短信中心號碼、接收電話號碼、傾斜范圍和密碼，工作時，由單片機W77E58實時獲取SCA100傾斜角度傳感器的水平方向的橫向和軸向的傾斜角度，當角度超過所設定的值時，由單片機發(fā)送信息到TC35i模塊，觸發(fā)TC35i模塊通過短信發(fā)送中文報警信息到指定手機，然后拔打預先設定的電話號碼，進行電話報警。

2 系統(tǒng)硬件設計

LCD顯示模塊主要進行各種狀態(tài)和參數(shù)的顯示，本設計中采用金鵬的OCMC2X16的LCD模塊。SCA100傾斜角度傳感器主要是放置在塔式起重機中基準的水平位置，可實時獲取塔式起重機基準位置的角度，從而計算出塔式起重機的垂直度。E2PROM存貯模塊主要存貯各種配置參數(shù)，主要采用串行I2C接口的24LC04芯片。TC35i模塊主要完成與GSM網(wǎng)絡的接口，負責語音通訊、數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡的接入與退出。TC35i模塊是Siemens公司推出的新-代無線通信GSM模塊。TC35i模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號，它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service，短消息) 、第三組的二類傳真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。TC35i模塊有40個引腳，通過一個ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器引出。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/1.8V，TC35i的數(shù)據(jù)接口(CMOS電平)，可通過AT命令或關斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復。[3]

2.1 電源及啟動電路

TC35i模塊電源電路分為充電電池和充電電源模塊兩部分。充電電池主要為整個系統(tǒng)提供3.6V工作電電壓，其工作電壓范圍為3.3—5.5V。ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器的l～5引腳為電源電壓輸入端，6～10引腳為電源地GND輸入端。連到ZIF連接器的11、12引腳為充電電源的輸入端，在充電模式下，為TC35i模塊提供+6V、500mA的充電電壓。

TC35i模塊工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，電流消耗在休眠狀態(tài)時為3.5mA，空閑狀態(tài)時為25mA，發(fā)射狀態(tài)時為300mA(平均)，2.5A峰值;功耗在EGSM900(4類)和GSM1800(1類)分別為2W和1W。由于TC35i模塊在啟動時，必須在ZIF連接器的15腳(IGT)加至少為100ms的低電平信號，且該信號下降沿時間小于1ms。因此本設計的啟動電路如圖2所示，其starts信號是由單片機送來的控制信號，從圖中可看到IGT由9013三極管組成的電路和單片機的P0口的starts信號共同控制，從而達到上電自動開機和不斷電情況下的，關機后重新開機的功能。

2.2 數(shù)據(jù)通信電路

TC35i模塊數(shù)據(jù)通信電路主要完成短消息收發(fā)、與PC機通信、軟件流控制等功能。TC35i模塊的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU-T RS-232接口電路標準，工作在CMOS電平(2.65V)。數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗位，可以在300bps～115kbps的波特率下運行，支持的自動波特率為4.8kbps～115kbps(14.4kbps和28.8kbps除外)。默認9600。硬件握手信號用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，支持標準的AT命令集。ZIF連接器的16～23腳為數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0 和DCD0。其中18腳RXD、19腳TXD為TTL的串口通訊腳，需要和單片機或者PC通訊。[3]

由于TC35i模塊串行通訊口是工作在2.65V電壓下，而單片機的輸入/輸出端口是工作在TTL電平下，因此需進行電平轉(zhuǎn)換。本設計中采用9013三極管組成的電路進行電平轉(zhuǎn)換，將5V電壓轉(zhuǎn)換3V，或?qū)?V電壓轉(zhuǎn)換5V。

2.3 SCA100傳感器電路

SCA100是芬蘭VTI公司利用MEMS微電子技術開發(fā)設計的高精度雙軸傾角傳感器，其測量范圍有±90度和±30度兩種。其分辨力可達0.002度，數(shù)據(jù)輸出采用SPI接口形式。其在電路中連接方式如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設計

設備的軟件設計環(huán)境為keil，編程語言為c語言。系統(tǒng)軟件設計的重點在于單片機的編程， 通過向TC35i模塊寫入不同的AT命令， 能完成多種功能，如網(wǎng)絡登錄、讀取卡上的電話號碼、發(fā)送接收數(shù)據(jù)和消息等。

軟件流程圖如圖5所示。系統(tǒng)中初始化包含單片機初始化和GSM模塊初始化。單片機初始化有LCD初始化和兩個串口的初始化。LCD初始化程序有設置模式、設置顯示地址、設置輸入方式、顯示開關控制。單片機的初始化有串口0的設置、串口1的波特率的設置及加密密碼的讀取。

GSM初始化有短信模式設置、麥克風、耳機的選擇設置。由于TC35i模塊短信模式可采用文本或PDU碼方式，由于文本只支持英文，PDU可支持中文，在本設計中需發(fā)送中英文信息，因此采用PDU碼，輸入指令為AT+CMGF=0，由于本設計采用的短信發(fā)送信息的方式，因此，如進行配置更改時，當有新短信到達時必須進行提醒，而且每次接收短信后，再設置，否則不能進行新短信的提醒，輸入指令為AT+CNMI=2，2，0，0。麥克風、耳機的選擇設置輸入指令AT^SAIC=1，1，3。

SCA100水平傳感器值的讀取，在軟件中采用SPI的通訊方式進行數(shù)據(jù)的讀取，讀取X軸水平角度時，先發(fā)命令0X10，然后讀取數(shù)據(jù)。同理可讀取Y軸的數(shù)據(jù)，經(jīng)過公式 jjg06.tif 計算可得Y軸的角度。

發(fā)送中文短信，首先通過PDU碼轉(zhuǎn)換軟件將漢字轉(zhuǎn)換成PDU碼，如塔吊的PDU碼為2058，5454，而英文的PDU碼則在原ASC碼前進行加00的擴展即可。數(shù)字的PDU碼則需原數(shù)字碼前加003進行擴展。如發(fā)送短信“塔吊567890X00Y00H0”，則需輸入的命令如下:1) 需要發(fā)送信息的總字節(jié)數(shù)，指令為AT+CMGS=47，2) 輸入PDU碼為0891683108200705F011000D91685128077061F6000832205854540A00350036003700380039003000580030003000590030003000480030(各字段含義可參考TC35i相應的短信發(fā)送方式的描述)。若短信發(fā)送成功，則TC35i模塊通過串行口返回發(fā)送的字節(jié)數(shù)和OK，否則即使TC35i模塊返回OK，短信也未發(fā)送成功。

讀音拔號主要由單片機輸出語音通訊AT指令，其格式為:“ATD=13XXXX?X;”或“ATD13XXXX ?X;”。注意，電話號碼后必須有分號“;”。若被叫方同意進行連接， 則通過該命令建立與被叫方語音通訊。若TC35i模塊收到其他用戶的連接請求時，則在串行口收到“RING”字符串，若同意應答，則輸出GSM網(wǎng)絡連接指令，指令為ATA，此時兩端可進行語音通訊。若TC35i模塊不同意進行連接，則輸出斷開GSM網(wǎng)絡連接指令，指令為ATH。[4]

4 結束語

設備電路板外型如圖6中左圖所示。右圖為手機收到的短信。實驗中將傳感器放置在一椅子上，以椅子大角度傾斜模擬塔式起重機主塔的垂直度超過一定的范圍。

本文利用TC35i模塊實現(xiàn)了只有GSM信號的情況下的塔式起重機垂直度超范圍的中英文和數(shù)字的遠程短信和電話報警的問題，設備成本低，服務設施靈活，不受地形條件的限制，具有廣泛的應用前景。

參考文獻:

[1] 裴韓聰.淺談塔吊事故頻發(fā)的原因[J].廣東科技，2009(6):290.

[2] 肖廣兵，唐慧強.基于TC35I的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計[J].通信技術，2009(4):189-191.

[3] Technical Product Information TC35.Version1.3，SIEMENS Co.Ltd.2001，1.

[4] 劉紅.TC35無線模塊的數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)[J].電信工程技術與標準化，2007(3):61-63.