基于GSM的遠(yuǎn)程無線超聲波測距控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

范蟠果，王國斌，高 慶

（西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，陜西 西安 710129）

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)中，液罐液位的準(zhǔn)確測量是生產(chǎn)過程檢測和實(shí)時(shí)控制的基本保障，利用超聲波測距可以實(shí)現(xiàn)對液位定點(diǎn)連續(xù)測量，實(shí)際中，最常用的是超聲脈沖回波法［1］。

GSM網(wǎng)絡(luò)［2］通信的通信范圍不斷擴(kuò)大，已成為成熟、穩(wěn)定和可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。因此，利用GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)手機(jī)和無線數(shù)傳模塊DTU［3］的通信，具有快速、安全、可靠和便捷的特點(diǎn)，在市場上有一定的應(yīng)用價(jià)值。

1 原理實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)中，GSM DTU無線數(shù)傳模塊選用DTP-S09，模塊集成度高，支持AT命令集［4］。給無線模塊插入SIM卡，連接好天線，將DTU模塊與電腦通過串口連接，上電后，通過串口調(diào)試助手，手動(dòng)寫入AT命令，以測試DTU是否能準(zhǔn)確接收并執(zhí)行AT命令；DTU模塊與STC89C52之間采用串口通信，當(dāng)DTU接收到固定號碼的手機(jī)發(fā)來的短信命令后，通過串口將短信命令返回到控制核心STC89C52，單片機(jī)進(jìn)行短信解碼，將其轉(zhuǎn)換成具體的執(zhí)行命令，通過IIC總線將控制命令送與超聲波測距模塊，測距模塊開始執(zhí)行測距，測距數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示以進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)證，測距完畢，DTU接收單片機(jī)發(fā)來的AT發(fā)送短信命令，將測距數(shù)據(jù)以短信的形式返回到固定號碼的手機(jī)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制核心

系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為主控制器，部分硬件電路如圖2所示。系統(tǒng)上電后，RST引腳進(jìn)行復(fù)位，P2.0腳發(fā)送測距啟動(dòng)信號，以進(jìn)行手動(dòng)測距，驗(yàn)證測距模塊是否正確運(yùn)行。P1.0腳和P1.1腳分別作為IIC通信的數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL，P3.0和P3.1分別作為串行通訊的RXD接收信號線和TXD發(fā)送信號線。實(shí)際應(yīng)用中，需要將測距返回來的數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示，以現(xiàn)場驗(yàn)證測距模塊測量的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，其中，P0.0～P0.7作為數(shù)碼管的段選信號，P1.5，P1.6，P1.7作為數(shù)碼管的位選信號，經(jīng)過38譯碼器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。

圖2 部分硬件電路

2.2 執(zhí)行組件

選用的無線模塊DTU（DTP-S09）在硬件全部接好后（插入SIM卡，上電，接上天線），就相當(dāng)于普通手機(jī)。實(shí)驗(yàn)中，電腦鍵盤相當(dāng)于手機(jī)按鍵，DTU通過串口與電腦通信，在其專用的串口調(diào)試助手中寫入AT命令，其傳送數(shù)據(jù)就顯示在接收區(qū)域，以此測試DTU模塊是否接觸良好。實(shí)際應(yīng)用中，無線模塊與單片機(jī)通過串口連接，用號碼固定的手機(jī)給DTU里號碼固定的SIM卡發(fā)送控制命令，如發(fā)送cj，啟動(dòng)測距，測距完畢，將測距數(shù)據(jù)返回到手機(jī)。

系統(tǒng)選用市場上常見的KS103超聲波模組。模組探測范圍為1～550cm，增加了溫度模塊DS18B20，其測量精度可高達(dá)1mm，僅占用單片機(jī)的2個(gè)I／O，非常適用于機(jī)器人和工業(yè)測距等場合?？梢酝ㄟ^配置其命令格式，設(shè)置其測距量程、溫度修正和休眠等待時(shí)間等參量。

3 軟件設(shè)計(jì)

短信命令的格式可通過AT命令進(jìn)行設(shè)置，分為Text格式和PDU格式，Text是純文本方式，可支持?jǐn)?shù)字、字母，各字符可在軟件中設(shè)置為不同的控制指令；PDU可以使用任何字符集，解碼也較復(fù)雜，系統(tǒng)選用Text格式。

軟件設(shè)計(jì)之前，利用DTU專用串口調(diào)試助手測試AT命令，包括讀短信、發(fā)短信和刪除短信等AT命令。

系統(tǒng)的軟件流程如圖3所示。軟件設(shè)計(jì)共分為2部分：

a.DTU與單片機(jī)的串口通信，要求DTU能實(shí)時(shí)接收有效號碼的短信，單片機(jī)能準(zhǔn)確迅速地讀取短信命令，并進(jìn)行解碼，將其轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可執(zhí)行的命令，當(dāng)接收到錯(cuò)誤短信或非法短信，應(yīng)立即進(jìn)行刪除。

b.單片機(jī)與超聲波模組IIC總線方式通信，可使用單片機(jī)模擬IIC總線通信，編寫驅(qū)動(dòng)代碼，將測距返回值顯示在數(shù)碼管上。

圖3 軟件流程

4 結(jié)束語

系統(tǒng)中的測距部分選用收發(fā)一體的集成模塊，方便可靠，在軟件實(shí)現(xiàn)過程中只需要編寫IIC驅(qū)動(dòng)代碼，采用IIC總線的通信方式，也方便用戶使用最少的I／O口擴(kuò)展多個(gè)超聲波模組。采用單片機(jī)與DTU模塊實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程控制測距模塊測距，并返回測試數(shù)據(jù)到手機(jī)。控制系統(tǒng)非常適用于工業(yè)中不利于人操作或者布線困難的場合，而且安裝調(diào)試簡單，成本低，精度高，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

［1］何建新，黃 靜，雷學(xué)堂，等.基于AT89C52的超聲波測距儀設(shè)計(jì)［J］.電子世界，2012，（23）：119-120.

［2］崔曉明，候建軍，栗 霖.基于GSM的嵌入式遠(yuǎn)程電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.儀器儀表用戶，2006，13（6）：24-25.

［3］張兵濤，時(shí)良平.基于GPRS DTU的遠(yuǎn)程異步電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.科協(xié)論壇，2007，（11）：62-67.

［4］姜 平，陳虹吉.基于GSM手機(jī)的遠(yuǎn)程無線測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.信息技術(shù)，2008，（10）：62-64，67.