基于GSM技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng)

引言

為了消除GSM公網信號盲區(qū)，延伸覆蓋范圍，需要在一些偏遠的地區(qū)或話務較少的地方設置直放站。然而直放站經常出現(xiàn)交流電源系統(tǒng)不穩(wěn)定、溫度變化影響直放站正常工作、電子器件參數(shù)變化影響放大器放大倍數(shù)等問題 [1]。上述問題的出現(xiàn)會影響GSM公網的覆蓋面積，使部分用戶通訊中斷或無法使用。但是受這些地區(qū)交通、通訊等的局限，直放站的維修變的很困難。為了解決這些問題，我們設計了該監(jiān)控系統(tǒng)，它將告警信息通過手機短消息的方式發(fā)送到集中監(jiān)控中心實現(xiàn)了直放站的遙控，即遠程控制電源的通斷；遙測，遠程測量各種開關量；遙調，遠程調節(jié)功率放大器的增益；遙訊，遠程查詢采集各種模擬量。

1系統(tǒng)方案l

根據系統(tǒng)要求，為實現(xiàn)遙控、遙測、遙調和遙訊，該監(jiān)控系統(tǒng)應具備如下功能：實時監(jiān)控直放站交流電源的變化，若超過270伏，必須自動切斷動力電源；實時監(jiān)控直放站當?shù)氐臏囟茸兓?，當溫度超過上限值時啟動排風裝置。當溫度低過下限值時啟動加溫裝置；實時監(jiān)控各種放大器的工作狀態(tài)，包含：功率上行放大器，功率下行放大器，低噪聲功率上行放大器，低噪聲功率下行放大器，微波功率放大器。當各放大器參數(shù)變化偏離正常范圍后，可實現(xiàn)遠程自動調節(jié)。

根據需求分析，對該監(jiān)控系統(tǒng)作如下方案：首先，在直放站機箱內安放控制終端，主要作用是采集所有的模擬量和開關量，同時可以控制交流電源的切換和調節(jié)各種放大器的放大倍數(shù)。其次，設置主控中心,主要作用是接收所有直放站控制終端上傳的數(shù)據，并存儲到數(shù)據庫中，同時下傳控制命令到各終端，控制命令有數(shù)據采集、參數(shù)設置和遠程控制等。再次，主控中心與控制終端的數(shù)據通訊利用公網實現(xiàn)?？刹捎命c對點的直接數(shù)據通訊，也可采用移動通訊的短信息SMS（Short Message Service）兩種方式。直接數(shù)據通訊方式實時性強、傳送速度快，但其通訊成本高。SMS方式則是首先將信息發(fā)送到短信息中心，然后再由短信中心排隊依次發(fā)送到各自目標地。所以該方式實時性差，通訊連通速度慢。但短消息方式成本最低，不存在占用信道的問題[2]。從本題目實際情況看，實時性和速度的要求并不很高，因此，選擇SMS方式作為控制終端與主控中心的通訊方式完全可行。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

該系統(tǒng)由直放站監(jiān)控部分、手機模塊、手機終端和集中監(jiān)控中心四部分組成。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。集中監(jiān)控中心通過通道1發(fā)送命令，首先通過TC35T發(fā)送設置命令，初始化直放站，設置需要采集的模擬量和開關量，設置系統(tǒng)的密碼，設置維修人員的手機號碼；然后發(fā)送采集命令，采集各種數(shù)據量。采集完數(shù)據量后，經下位機的處理，通過通道2以短消息的方式發(fā)送到集中監(jiān)控中心，中心將數(shù)據整理存入數(shù)據庫中。如果直放站出現(xiàn)了故障，直接通過TC35模塊發(fā)送故障信息到維修人員手機上，同時監(jiān)控中心接收發(fā)自直放站的告警信息，并進行相應的處理，如判定告警地點、告警類型及相應的原因、及時通知值班和相關維護管理人員、對告警信息進行統(tǒng)計和分析、設置告警監(jiān)控模塊配置信息等。當故障排除后，下位機同樣發(fā)送短消息到監(jiān)控中心，通知中心故障排除，可以正常采集數(shù)據了。每個直放站都對應有維修人員。

3 硬件電路設計

系統(tǒng)的硬件電路設計包括數(shù)據采集電路設計、TC35接口電路設計、遙調電路設計、看門狗電路及溫度傳感器電路設計等。

3.1 數(shù)據采集電路

該系統(tǒng)中的數(shù)據采集分為模擬量采集和開關量采集,電路如圖2所示。其中模擬量共采集8路，分別為：直放站功率放大器上行下限檢測量IN0，直放站功率放大器下行下限檢測量IN1，直放站低噪放大器上行下限檢測量IN2，直放站低噪放大器下行下限檢測量IN3，直放站微波功率放大器下限檢測量IN4，直放站交流輸入電壓上限檢測量IN5，直放站交流輸入電壓下限檢測量IN6，溫度檢測量IN7。模擬量采集后送A/D轉換器進行轉換，本文采用的是TLC2543串行A/D。開關量也檢測8路，分別為：220V交流電壓檢測，門禁檢測，光端機發(fā)無光檢測，光端機收無光檢測，光端機+12V直流電壓檢測，直放站-48V直流電壓檢測，直放站+24V直流電壓檢測，直放站+12V直流電壓檢測。開關量的檢測通過光電隔離后送入單片機。

3.2 TC35接口電路設計

TC35模塊主要是由射頻天線、內部FLASH、GSM基帶處理器、匹配電源和一個40腳的ZIP插座組成[3]。TC35接口電路設計主要是40針的電纜與單片機的接口。其中，1∽5腳提供3.3∽5.5V峰值2A的直流電源；6∽10接地；15腳為點火信號，接到單片機的P1.7，可以通過軟件啟動模塊。16腳∽23腳是RS232串口的功能引腳，18腳、19腳分別為發(fā)送RXD和接收TXD引腳。24腳∽29腳對應的是SIM卡的引腳。32腳為指示燈引腳，當未插入SIM卡或40腳的電纜沒有接好或者模塊正在入網時，指示燈處于閃亮狀態(tài)，亮600ms 滅600ms；當模塊登錄網絡時，指示燈亮75ms滅3s。

圖2 數(shù)據采集電路

3.3遙調電路設計

遙調電路主要是為了遠程調節(jié)各種功率放大器的增益，它采用固態(tài)非易失性數(shù)字電位器X9241。數(shù)字電位器是一種特殊的DAC，它的模擬量輸出不是電壓或電流，而是電阻?；瑒訂卧奈恢檬怯蒀S、U/D、INC三個輸入端控制[4]。當CS為高，INC為高時，滑動端的位置可以被儲存在一個非易失性存儲器內，因此在下一次上電工作時可以被重新調用。當電位器的滑動端移到某一新位置時，而保持INC為低，CS為高時，此位置不存儲。VH、VL、VW相當于一般電位器的三個端。

3.4看門狗電路與溫度傳感器電路的設計

看門狗電路為了防止由于程序跑飛和電源的故障引起的工作不正常，其中MAX813L為看門狗監(jiān)控芯片，可為CPU提供上電復位、掉電復位、手動復位、看門狗及電壓比較器功能。在上電期間，當電源電壓超過其復位門限后，813L產生一至少140ms 脈寬的復位脈沖，當?shù)綦娀螂娫床▌酉陆档降陀趶臀婚T限1.25V后也產生復位脈沖，確保任何情況下系統(tǒng)正常工作。當程序跑飛時，WDO輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，并保持?40ms以上，813L產生復位信號，同時看門狗定時器清0。溫度傳感器電路為了測量直放站的溫度。由于采集的溫度范圍屬于常溫范圍，所以采用晶體管傳感器LM335。它的輸出電壓與熱力學溫度成正比，靈敏度10mv/c。輸出后的電壓經過LM358放大器的放大后送A/D轉換器。

4 軟件設計

4.1短消息服務業(yè)務

短消息服務業(yè)務是GSM系統(tǒng)提供給用戶的一種數(shù)字業(yè)務，它與話音傳輸及傳真一樣同為GSM數(shù)字蜂窩移動通信網絡提供的主要電信業(yè)務，SMS的收發(fā)占用的是GSM網絡的信令信道，不會占用普通話音信道，而且它是雙向通信，具有一定的交互能力。而且SMS具有較高的可靠性，短消息發(fā)送端的用戶可知道短消息是否已經到達接收端，由于短消息依靠了SMSC短消息服務中心的存儲和轉發(fā)機制，當接收端用戶關機或不在服務區(qū)內時，SMSC會暫時保存該短消息，接收端用戶如果在規(guī)定時間內重新處于工作狀態(tài)，SMSC會立刻發(fā)送短消息給接收端用戶，當發(fā)送成功時會返回發(fā)送端用戶一個確認信號。SMS充分利用了GSM網絡的基站覆蓋廣的特點和全程全網的優(yōu)勢，具有極佳的移動性，使得任何一個申請了短消息服務的GSM無線終端用戶在全網范圍內獲得服務。每個短消息的信息量限制為140個八位組、140個英文字符或70個中文字符。如果超過此長度，則要分多次發(fā)送。

4.2系統(tǒng)軟件功能

該系統(tǒng)的軟件設計包括：上位機軟件設計；下位機軟件設計；下位機與上位機通信軟件設計。其中上位機軟件設計包括監(jiān)控中心主界面設計和數(shù)據庫程序設計；下位機軟件設計包括數(shù)據采集及A/D轉換程序和越限報警程序。由于該系統(tǒng)采用的是一點對多點的雙向數(shù)據傳輸，因此每個控制終端都有自己的地址碼。上位機可以查詢下位機，下位機也可以定時發(fā)送數(shù)據給上位機。因為下位機與上位機通信是通過短消息來完成的，所以通信軟件設計的關鍵是單片機如何發(fā)送AT命令。發(fā)送和接收SMS信息有兩種方式：基于AT命令的文本模式和基于AT命令的PDU(protocol description unit Mode)模式。西門子的手機大多只支持PDU模式，在PDU模式下短信息正文經過編碼后轉換成UNICODE碼被傳送[5]。由于我們采用的是西門子的TC35手機模塊和TC35T手機終端，所以本文主要采用PDU模式發(fā)送和接收數(shù)據。在程序設計中，采用通訊協(xié)議的做法，由上位機發(fā)出控制命令或數(shù)據采集命令，讓各個下位機將檢測的數(shù)據傳過來，同時進行校驗，以保證數(shù)據的正確性。

5 結束語

本文介紹的直放站監(jiān)控系統(tǒng)集計算機、通信技術于一體，采用先進的無線通訊模塊和最成熟、最完善、應用最廣的GSM作為數(shù)據傳輸?shù)钠脚_，通過短消息業(yè)務完成直放站與集中監(jiān)控中心的通信。短消息業(yè)務特別適用于需頻繁傳送小數(shù)據量的應用，還適用于偏遠地區(qū)、架設通信線路困難的地方。對于直放站來說，它一般放在偏遠地區(qū)，應用短消息業(yè)務來傳送數(shù)據最為合適。該系統(tǒng)目前已投入運行，實踐證明其工作性能非?？煽?，且具有良好的市場前景。

本文作者的創(chuàng)新點是借助短消息業(yè)務具有永遠在線、不需撥號、價格便宜、覆蓋范圍廣等特點，利用GSM網絡提供的SMS技術， 實現(xiàn)了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的遙控、遙測、遙調和遙訊。