基于GSM短消息的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

廖 雄， 羅正華， 唐毅謙， 喻 娜

(成都大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 四川 成都 610106)

基于GSM短消息的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

廖 雄， 羅正華， 唐毅謙， 喻 娜

(成都大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 四川 成都 610106)

綜合無(wú)線數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)采集與單片機(jī)等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)基于GSM短消息的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控功能.完成相關(guān)硬件設(shè)計(jì)(DS18B20溫度采集電路、LCD顯示電路及GSM模塊等)和軟件設(shè)計(jì)，并使用單片機(jī)通過(guò)串口發(fā)送AT指令控制GSM模塊發(fā)送短消息，以實(shí)現(xiàn)溫度的無(wú)線傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控.

GSM；溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控；單片機(jī)；AT指令

0 引 言

在遠(yuǎn)程監(jiān)控方面，系統(tǒng)通信的連接方式大多基于有線電纜，其在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到環(huán)境及距離的限制.而無(wú)線通信方式往往受到地形地貌的影響及頻率資源的限制，同時(shí)其成本高，維護(hù)工作繁重.因此，直接利用成熟的GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控是監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的新方向.隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，GSM網(wǎng)絡(luò)已成為十分成熟的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，正逐步應(yīng)用于無(wú)線通信系統(tǒng)的監(jiān)控領(lǐng)域，同時(shí)其網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域性能穩(wěn)定，通信誤差極小[1].利用GSM網(wǎng)絡(luò)作為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸平臺(tái)是一種有效的方法，其原理簡(jiǎn)單，安全保密性高，不需要組建專(zhuān)用維護(hù)網(wǎng)絡(luò).GSM的短消息業(yè)務(wù)通過(guò)無(wú)線控制信道進(jìn)行傳輸，為GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供主要的電信業(yè)務(wù)，是GSM通信網(wǎng)絡(luò)所特有的，所以選用GSM的短消息業(yè)務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸控制是可行的[2].本研究基于GSM短消息所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)具有高效率、高性能和低功耗的優(yōu)點(diǎn),且操作簡(jiǎn)單易行，實(shí)用性強(qiáng).

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

基于GSM短消息的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)將溫度作為監(jiān)控對(duì)象，并在LCD上顯示實(shí)時(shí)監(jiān)控的溫度.當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定的報(bào)警溫度值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送短消息到指定的終端(手機(jī))上，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控.通過(guò)GSM模塊向終端(手機(jī))通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短消息，掌握AT指令及其協(xié)議和串口編程來(lái)控制GSM模塊.此方法的程序代碼編寫(xiě)容易，硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，只需熟悉AT指令和串口編程即可[3]，且對(duì)硬件需求不高，并能夠自動(dòng)收發(fā)短消息，對(duì)于自動(dòng)采集數(shù)據(jù)后發(fā)送檢測(cè)數(shù)據(jù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，該方法簡(jiǎn)單易行.

本系統(tǒng)選用STC89C52單片機(jī)和GSM模塊.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要流程是溫度傳感器采集好溫度，存入STC89C52單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)使用I/O口來(lái)控制LCD顯示屏顯示，以控制報(bào)警電路.單片機(jī)通過(guò)RS232串口與GSM模塊聯(lián)機(jī)，進(jìn)而使用串口發(fā)送AT指令來(lái)控制GSM模塊發(fā)送短消息[4].基于GSM短消息的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示.

圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體框架圖

2 系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)

本遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路主要由單片機(jī)及外圍電路、溫度采集電路、顯示電路LCD、串行通信電路及GSM無(wú)線通信模塊電路組成.

2.1 溫度采集電路

在三針插孔中插入DS18B20芯片，通過(guò)STC89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制.單片機(jī)通過(guò)對(duì)芯片二管腳的讀寫(xiě)時(shí)序控制，來(lái)開(kāi)啟溫度轉(zhuǎn)換和寫(xiě)入溫度的峰值及讀出溫度轉(zhuǎn)換值等一系列操作.溫度采集電路圖如圖2所示.

圖2 溫度采集電路圖

溫度采集電路主要程序代碼如下，

void DS18B20-RomCmd(int8u romCmd)

{ switch(romCmd)

{ case 0xcc:

OneWire-WriteByte(0xcc);

break;

default:

break;

}

}

2.2 LCD顯示電路

LCD12864模塊可以顯示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形的顯示，同時(shí)還具有低電壓、低功耗、操作簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)等.LCD12864插槽引腳圖如圖3所示.

圖3 LCD12864插槽引腳圖

LCD顯示電路主要程序代碼如下，

void v-Lcd12864SendData-f(unsigned char byData)//發(fā)送數(shù)據(jù)

{ v-Lcd12864CheckBusy-f();

SET-DATA;

SET-WRITE;

CLR-EN;

io-LCD12864-DATAPORT=byData;

-nop-();

-nop-();

SET-EN;

-nop-();

-nop-();

CLR-EN;

SET-READ;

SET-INC;

}

void v-DelayMs-f(unsigned int nDelay)//延時(shí)

{

unsigned int i;

for(;nDelay>0;nDelay--)

{

for(i=225;i>0;i--);

}

}

2.3 串行通信電路

使用MAX232作為串行通信的電平轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行通信功能.硬件電路通過(guò)9針串口和GSM模塊聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)通信.MAX232是標(biāo)準(zhǔn)串行總線，是常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信[5].

2.4 GSM模塊電路

本研究直接采用GSM開(kāi)發(fā)板，其集成了GSM模塊(TC35)、GSM天線、+5 V開(kāi)關(guān)電源，自帶RS232通信接口,可方便地與PC機(jī)、單片機(jī)聯(lián)機(jī)通信，能快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控短消息通信服務(wù).

GSM模塊是傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器與GSM無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)相結(jié)合的一種數(shù)據(jù)終端設(shè)備.單片機(jī)與GSM模塊通過(guò)一個(gè)TTL轉(zhuǎn)RS232電平電路連接到串口,另一端連接到GSM模塊串口.GSM模塊結(jié)構(gòu)主要由MS、NSS、BSS和OSS 4部分組成(見(jiàn)圖4).

圖4 GSM模塊電路圖

GSM模塊電路主要程序代碼如下：

void Init-GSM(void)

{

clearBuff();

Print-Str(″AT&F ″);

led(0x02);

while(strstr(GsmRcv,″OK″)==NULL)

{ led(0x02);

clearBuff(); Print-Str(″AT&F ″);

delay(1000);

}

led(0x04);

while(1)

{

clearBuff();

Print-Str(″AT+CREG? ″);

led(0x08);

if((strstr(GsmRcv,″+CREG:0,1″)‖strstr(GsmRcv,

″+CREG:0,5″)))

{

clearBuff();

led(0x10);

break;

}

else

{

clearBuff();

led(0x08);

}

}

while(!Hand(″OK″))

{

Print-Str(″AT+CMGD=1 ″);

delay(1000);

}

clearBuff();

while(!Hand(″OK″))

{

Print-Str(″AT+CNMI=2,1 ″);

delay(1000);

}

clearBuff();

while(!Hand(″OK″))

{

Print-Str(″AT+CMGF=1 ″);

delay(1000);

}

clearBuff();

}

2.5 特殊器件介紹

TC35模塊.該模塊是Siemens推出的最新一代GSM模塊，與GSM phase 2/2+兼容，有雙頻(GSM900/GSM1800)、RS232數(shù)據(jù)口，符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705，而且容易升級(jí)成GPRS模塊.該模塊射頻電路與基帶于一體，向用戶提供了標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、傳真和短消息提供快速、安全、可靠的傳輸，方便了用戶的應(yīng)用.

3 系統(tǒng)測(cè)試

測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)使用Keil uvision4軟件進(jìn)行程序的編輯與編譯，生成后綴名為.hex的可執(zhí)行文件，再使用stc-isp軟件進(jìn)行程序文件的下載，最后通過(guò)GSM串口調(diào)試專(zhuān)用工具進(jìn)行短消息的收發(fā)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于GSM短消息的遠(yuǎn)程溫度控制.測(cè)試操作圖如圖5所示.

圖5 測(cè)試操作圖

4 結(jié) 語(yǔ)

本研究采用模塊化設(shè)計(jì)思想，對(duì)系統(tǒng)先進(jìn)行總的框架布局，然后再做模塊化劃分，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行分析與實(shí)現(xiàn).通過(guò)理論分析、程序編寫(xiě)和硬件調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)了基于GSM短消息的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng).目前，基于GSM短消息的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)正逐步廣泛被使用，尤其是使用在網(wǎng)絡(luò)覆蓋面較廣、危險(xiǎn)系數(shù)較大，需要實(shí)時(shí)監(jiān)控且監(jiān)控點(diǎn)頻繁移動(dòng)的行業(yè)中，所以本研究設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)具有一定的實(shí)用價(jià)值.

[1]謝維成,楊加國(guó).單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2014.

[2]皮波，姚振東，廖政炯，等.基于GSM通信技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2015，15(10)：76-79.

[3]李群芳,肖看,張士軍.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012.

[4]馬明.基于DS18B20的溫度采集平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].江蘇科技信息,2011，28(7):54-56.

[5]呂俊霞，孫自發(fā).短信收發(fā)模塊TC35i在小規(guī)模安全監(jiān)控通報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010，6(4)：360-362.

Design and Implementation of Remote Temperature Monitoring System Based on GSM Short Message

LIAOXiong,LUOZhenghua,TANGYiqian,YUNa

(School of Information Science and Engineering， Chengdu University， Chengdu 610106， China)

Technological advantages of wireless data communication,data acquisition and the MCU are all integrated to realize remote monitoring.The specific work of the research is to complete the relevant hardware design(DS18B20 temperature acquisition circuit,LCD display circuit,GSM module etc.) and software design,and then use MCU to send AT instructions through the serial port to control GSM module for sending short messages so as to achieve the wireless transmission of the temperature as well as remote monitoring.

GSM;temperature remote monitoring;MCU;AT instruction

1004-5422(2017)01-070-03

2016-12-29.

廖 雄(1993 — )， 男， 碩士研究生， 從事計(jì)算機(jī)通信與信息系統(tǒng)研究.

TP872；TN929.532

A