基于GSM的無線監(jiān)控研究

先文俊 高山

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展，企業(yè)和部門進(jìn)行管理也越發(fā)注重效率。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)正好迎合了時(shí)代的發(fā)展。遠(yuǎn)程通信模塊是該系統(tǒng)的重要組成部分。隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得了巨大的突破，監(jiān)控領(lǐng)域也漸漸有了GSM的身影，有人監(jiān)守的傳統(tǒng)工作逐漸被電子信息監(jiān)控系統(tǒng)所代替。文章將GMS的短信方式引入監(jiān)控領(lǐng)域，采用短信平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的傳輸，因?yàn)檫@種方式具有配置簡(jiǎn)單、傳輸速度快、實(shí)時(shí)性高、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：GSM；監(jiān)控；實(shí)時(shí)性高

1 研究背景

在1986年的歐洲，有11個(gè)國(guó)家對(duì)GSM模塊進(jìn)行了大量的研究，最終完成GSM的技術(shù)規(guī)范[1]。窄帶時(shí)分多址、規(guī)則脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)語(yǔ)音編碼和高速濾波最小移頻鍵控調(diào)制方式等規(guī)范就是當(dāng)時(shí)提出來的[2]。GSM系統(tǒng)在眾多國(guó)家支持下開始了運(yùn)行，數(shù)字移動(dòng)通信從此邁入了第二代的發(fā)展。隨著發(fā)展，GSM系統(tǒng)經(jīng)過多代技術(shù)人員不斷地修改完善。在此之間盡管有其他的二代數(shù)字系統(tǒng)被開發(fā)和投入使用，但是相比于GSM系統(tǒng)，它們的規(guī)范不夠完整，技術(shù)也不公開，導(dǎo)致它們很難在全球鋪展開。GSM系統(tǒng)諸多優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致它迅速在全球占領(lǐng)了市場(chǎng)，用戶人數(shù)直線上升。

單片機(jī)在1970年開始出現(xiàn)，大量的人員進(jìn)入該領(lǐng)域研究，大大加快了嵌入式的發(fā)展。隨著電子工藝水平的提升，設(shè)計(jì)者開始把嵌入式的外設(shè)如RAM，ROM等集成到一個(gè)VLSL中，正是設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在所看見高度集成微控處理器的前身。由于對(duì)其進(jìn)行了集成開發(fā)，讓單片機(jī)擁有了更小的體積和更高的性能，一舉成了嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)新秀。正是嵌入式軟件和硬件共同發(fā)展將系統(tǒng)進(jìn)一步完善，在諸多控制領(lǐng)域中出現(xiàn)了它的身影。

隨著GSM的普及和各種各樣的低功耗嵌入式的CUP的出現(xiàn)，因?yàn)榧嫒菪院蛿U(kuò)展性非常好，加上內(nèi)核精巧，工作效率高，就有人開始將他們兩個(gè)進(jìn)行共同開發(fā)，用于一些無線遠(yuǎn)程監(jiān)控。例如，M.Alrousan等在2004年提出了基于GSM模塊的用于城市車輛管理在線管理的系統(tǒng)；M.Ahmad等在2005年采用GSM網(wǎng)絡(luò)完成了對(duì)船只的實(shí)時(shí)安全監(jiān)控系統(tǒng)[3]。

2 系統(tǒng)硬件組成及工作原理

本次設(shè)計(jì)硬件主要包括：STM32單片機(jī)、GSM模塊、Flash存儲(chǔ)。工作原理硬件板的GSM模塊可從一塊GSM模塊發(fā)過來的數(shù)據(jù)，通過GSM的串口把數(shù)據(jù)傳給STM32這款單片機(jī)，存入Flash，然后通過STM32的串口把數(shù)據(jù)發(fā)給上位機(jī)的監(jiān)控平臺(tái)。同樣上位機(jī)也可以設(shè)置監(jiān)控模塊的相關(guān)參數(shù)，通過STM32再到GSM模塊進(jìn)行傳輸。

根據(jù)這次設(shè)計(jì)的要求，主要系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。本次系統(tǒng)主要包括STM32微控處理器、FLASH芯片、GSM模塊和監(jiān)控平臺(tái)。每個(gè)部分的功能如下：（1）主控芯片是STM32，主要的功能是負(fù)責(zé)控制GSM模塊發(fā)送數(shù)據(jù)和對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，傳輸給監(jiān)控平臺(tái)。STM32和GSM模塊、監(jiān)控平臺(tái)是通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的。（2）GSM模塊的主要作用是和另一個(gè)監(jiān)控前端的GSM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。（3）FLASH模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過STM32解析后進(jìn)行存儲(chǔ)。（4）監(jiān)控平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)的功能是顯示監(jiān)控模塊的信息，設(shè)置監(jiān)控模塊的相關(guān)參數(shù)，通過STM32主控芯片的串口進(jìn)行通信。

3 軟件組成

此次軟件的設(shè)計(jì)主要包括上位機(jī)設(shè)計(jì)和下位機(jī)設(shè)計(jì)兩部分。其中下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要包括：STM32單片機(jī)的下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)是PC端的軟件設(shè)計(jì)。

3.1 下位機(jī)設(shè)計(jì)

GSM的串口跟STM32單片機(jī)的串口是連接在一起的，所對(duì)GSM模塊進(jìn)行控制是通過單片機(jī)的串口發(fā)送AT指令。所以首先設(shè)計(jì)人員要對(duì)單片機(jī)的串口進(jìn)行初始化，把波特率設(shè)置成9 600 bps。

本次設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員只是對(duì)模塊一些基本數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸測(cè)試，所以設(shè)計(jì)人員發(fā)送的短信是英文短信。短信的發(fā)送最少需要5個(gè)步驟，如圖2所示。

（1）首先設(shè)計(jì)人員要對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖址袷竭M(jìn)行設(shè)置，設(shè)計(jì)人員發(fā)送英文短信，所以設(shè)計(jì)人員只用發(fā)送調(diào)用Send_ String（“AT+CSCS=＼”GSM＼”＼r＼n”）。

（2）然后需要對(duì)設(shè)計(jì)人員短信消息進(jìn)行設(shè)置。設(shè)計(jì)人員這次使用的文本模式是文本還是PUD模式，所以調(diào)用Send_ String（“AT+CMGF=1＼r＼n”）。

（3）設(shè)計(jì)人員要確定給誰(shuí)發(fā)送這個(gè)短信，就需要設(shè)置發(fā)送的電話號(hào)碼，所以調(diào)用Send_String（Send_Num），其中的Send_Num是電話號(hào)碼，是個(gè)全局變量。

（4）在設(shè)定完發(fā)送的電話號(hào)碼以后，最重要的步驟就是該輸入設(shè)計(jì)人員發(fā)送的內(nèi)容調(diào)用Send_String（message），其中message這個(gè)為發(fā)送信息的內(nèi)容，又以函數(shù)參數(shù)message傳遞進(jìn)來。

（5）完成所有準(zhǔn)備步驟后把短信發(fā)送出去，調(diào)用Send_ Char（0x1a）。

GSM模塊收到短信數(shù)據(jù)以后，就需要對(duì)GSM的短信進(jìn)行讀取。讀取短信需要以下兩個(gè)步驟，如圖3所示。

（1）接下來設(shè)置消息提醒模式，因?yàn)椴贿M(jìn)行設(shè)置話，就不知道設(shè)計(jì)人員的短信存儲(chǔ)的位置，發(fā)送Send_ String（“AT+CNMI=2，1＼r＼n”），當(dāng)有信息的時(shí)候，短信存儲(chǔ)位置會(huì)返回串口，Pos_Buff= strstr（R_BUFF，”，”）這個(gè)函數(shù)把存儲(chǔ)位置讀出來。

（2）sprintf（test6，”AT+CMGR=%s”，Pos_Buff+1）和Send_String（test6）的調(diào)用可以讀取短信。需要注意的地方：首先SIM的存儲(chǔ)空間是有限的，所以當(dāng)設(shè)計(jì)人員SIM卡存滿以后就不會(huì)返回信息存儲(chǔ)的位置了，所以設(shè)計(jì)人員需要對(duì)短信進(jìn)行定時(shí)刪除。設(shè)計(jì)人員可以發(fā)送相關(guān)的指令查詢一下設(shè)計(jì)人員的SIM的存儲(chǔ)空間的大小，以便設(shè)計(jì)人員對(duì)短信進(jìn)行管理。

（3）strstr（GSM_buff，Number）和strstr（Postion1，”＼ r＼n”）這兩個(gè)函數(shù)把短信內(nèi)容讀取出來。3.2 上位機(jī)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)中，可選擇了C++語(yǔ)言作為開發(fā)語(yǔ)言，還用到了MFC，極大地加快了開發(fā)速度。MFC是微軟公司開發(fā)的一種庫(kù)，主要是對(duì)Windows API函數(shù)進(jìn)行封裝。所以MFC實(shí)質(zhì)是C++的一個(gè)對(duì)象，一個(gè)實(shí)例。MFC讓上位機(jī)開發(fā)更加容易，上手快，開發(fā)周期短。當(dāng)然，MFC也有缺點(diǎn)，正是因?yàn)镸FC對(duì)windows API函數(shù)進(jìn)行了封裝，導(dǎo)致了代碼冗余，框架死板，程序移植性相對(duì)較差。

本次監(jiān)控平臺(tái)涉及跟STM32進(jìn)行串口通信，所以兩個(gè)模塊需要定義一些簡(jiǎn)單的協(xié)議。首先給上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)候的格式，發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)用空格進(jìn)行間隔，當(dāng)收到’＼n’的時(shí)候表示數(shù)據(jù)結(jié)束。當(dāng)數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，會(huì)把bReadStat置位，表示接收結(jié)束。那么上位機(jī)就會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。本次設(shè)計(jì)中還設(shè)計(jì)了很多控件，每個(gè)控件代表這一個(gè)監(jiān)控量的設(shè)置。所以每個(gè)監(jiān)控量在發(fā)送之前就會(huì)給一個(gè)字母進(jìn)行標(biāo)志，當(dāng)下位機(jī)收到數(shù)據(jù)之后根據(jù)標(biāo)志判斷是哪一個(gè)監(jiān)控量，比如“L”代表電話號(hào)碼的設(shè)置。PC端的上位機(jī)控件發(fā)出事件信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)收到信號(hào)后進(jìn)行分析處理，向GSM模塊發(fā)送處理信號(hào)。當(dāng)STM32接收到GSM的數(shù)據(jù)時(shí)，通過RS232串口發(fā)送給上位機(jī)。流程如圖4—5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，基于GSM模塊的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用前景十分廣闊。GSM模塊很容易建立無線網(wǎng)絡(luò)，低成本、高速率傳輸，是設(shè)計(jì)人員研究GSM模塊的目的和動(dòng)力?；贕SM模塊的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)被監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控，減少人工成本。正好可以彌補(bǔ)人工監(jiān)控迫切需要，有利于企業(yè)的健康成長(zhǎng)，擴(kuò)大企業(yè)規(guī)模。另外，由于GSM模塊小巧靈活，受周圍環(huán)境影響較小，可以適用于多種非極限場(chǎng)合和狹小空間環(huán)境下的監(jiān)控。無線傳輸?shù)姆绞?，避免了人工監(jiān)控帶來的誤差，同時(shí)也降低了成本，節(jié)省人力財(cái)力。還有一大優(yōu)點(diǎn)就是監(jiān)控的模塊隨時(shí)加入或退出網(wǎng)絡(luò)，不需要人為管理，這也節(jié)省了人力財(cái)力。

基于GSM模塊的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的眾多優(yōu)點(diǎn)使其在市場(chǎng)上十分具有競(jìng)爭(zhēng)力，隨著GSM技術(shù)的發(fā)展，基于GSM的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)必將日趨成熟。

[參考文獻(xiàn)]

[1]侯志華.基于現(xiàn)代信息技術(shù)的車載終端系統(tǒng)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

[2]陳一帥.GSM語(yǔ)音加密研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2001.

[3]高建濤.我國(guó)移動(dòng)通信的發(fā)展概述[J].中國(guó)新通信，2015（5）：5-9.

（編輯 王永超）

Research on wireless monitoring based on GSM

Xian Wenjun， Gao Shan

（Xinjin Branch of Civil Aviation Flight College of China， Chengdu 611430， China）

Abstract：With the development of the times， enterprises and departments to manage more and more focus on efficiency， then the emergence of remote monitoring system just to meet the development of the times， which is an important part of the remote communication module. With the rapid development of communication technology， GSM network technology has made a huge breakthrough in the field of monitoring has gradually been with the GSM figure， some people keep the traditional work of electronic information monitoring system is gradually replaced.This design will GMS SMS into the field of monitoring， the use of SMS platform for data transmission between， because the configuration is simple， fast transmission speed， high real-time， low cost and many other advantages.

Key words：GSM； monitoring； real time high

基金項(xiàng)目：中國(guó)民用航空飛行學(xué)院青年基金項(xiàng)目；項(xiàng)目編號(hào)：QJ2021-169。