基于GSM網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

    摘要：利用GSM網(wǎng)絡(luò)作為無線智能監(jiān)控模塊的信息傳輸平臺(tái)是一種很有效的方法。其原理簡(jiǎn)單，安全保密性高，又不需要組建專用網(wǎng)絡(luò)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，加上GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，可實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋，與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)相比有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。給出相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)原理和軟件工作流程。整個(gè)智能模塊主要由89C52型微控制器、外圍電路和TC35型無線模塊構(gòu)成，可廣泛用于智能家居防盜、遠(yuǎn)程監(jiān)控、無人值守設(shè)備的維護(hù)及現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)線的監(jiān)控等領(lǐng)域。

    關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控；TC35； GSM； 單片機(jī)；89C52

引言

隨著計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)的高速發(fā)展，新技術(shù)和智能設(shè)備層出不窮，使得無線方式智能監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)成為可能。筆者設(shè)計(jì)了一種運(yùn)用GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)短消息進(jìn)行通信的通用智能監(jiān)控模塊，可廣泛地應(yīng)用在智能家居防盜、遠(yuǎn)程監(jiān)控、無人值守設(shè)備的維護(hù)及現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)線的監(jiān)控等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)通常都是一個(gè)以計(jì)算機(jī)為中心的監(jiān)測(cè)控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，而本文所闡述的智能監(jiān)控模塊是以一種通用模塊的形式來設(shè)計(jì)的，不僅可以用一般的PC作為監(jiān)控調(diào)度中心，而且可直接使用手機(jī)作為監(jiān)控中心，這樣就無需編寫監(jiān)控中心的軟件，而是通過GSM網(wǎng)絡(luò)短消息便可完成對(duì)智能模塊的通信和設(shè)置，從而達(dá)到監(jiān)控的目的；智能監(jiān)控模塊的通信采用無線方式，由于GSM網(wǎng)絡(luò)已在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，而且安全保密性高，因此建立上述系統(tǒng)不需要組建專用的網(wǎng)絡(luò)，也不需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)。

1 設(shè)計(jì)原理

整個(gè)智能監(jiān)控系統(tǒng)由GSM網(wǎng)絡(luò)、智能監(jiān)控模塊和監(jiān)控者(手機(jī))組成，系統(tǒng)原理如圖1所示。智能模塊采用89C52型單片機(jī)并結(jié)合外圍電路實(shí)現(xiàn)對(duì)8路模擬輸入量的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，采集數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)處理后，通過RS-232異步串行通信寫入TC35型無線模塊，通過AT命令，并通過GSM網(wǎng)絡(luò)的短消息中心以短消息的形式與監(jiān)控者進(jìn)行通信，監(jiān)控者也可用短信息的命令形式去設(shè)置以單片機(jī)為核心的智能模塊，以及發(fā)送短消息查詢命令查詢其監(jiān)控情況，從而達(dá)到無線監(jiān)控的目的。同時(shí)利用89C52的外部中斷功能對(duì)外界的8路數(shù)字輸入量的突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如果發(fā)生突發(fā)事件，中斷源立即產(chǎn)生中斷，89C52就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的報(bào)警程序。報(bào)警信息以AT命令的形式寫入TC35并通過短消息發(fā)送到監(jiān)控者手機(jī)上，以便用戶采取相應(yīng)的處理措施。對(duì)于特別緊急的事件可以直接撥打報(bào)警電話。因?yàn)槎滔⒌陌l(fā)送有可能會(huì)延遲。為了確保監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)在發(fā)送完短消息報(bào)警后再通過無線模塊給監(jiān)控者撥打電話，并由89C52控制ISD4004型語音電路播放預(yù)先存儲(chǔ)在語音電路的報(bào)警信息。

2 硬件設(shè)計(jì)

TC35型無線模塊是德國Siemens公司研制的，該模塊集射頻和基帶電路于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，以方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計(jì)。TC35的正常運(yùn)行需要相應(yīng)的外圍電路與其配合。TC35有40個(gè)引腳，通過ZIF連接器分別與電源電路、啟動(dòng)與關(guān)機(jī)電路、數(shù)據(jù)通信電路、語音通信電路、SIM：卡電路等連接。

89C52與TC35之間通過異步串行接口進(jìn)行通信，通信速率為9600b／s,具有1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位，無奇偶校驗(yàn)。由于TC35的數(shù)據(jù)接口工作在CMOS電平,接口電平為3.3V～5.5V，而89C52單片機(jī)串口工作在TTL電平，工作電壓范圍一般比TC35寬，故應(yīng)在89C52和TC35之間加電平轉(zhuǎn)換電路和電平限制電路。若無電平轉(zhuǎn)換，則有可能使智能模塊的性能不太穩(wěn)定。ZIF連接器給SIM卡接口提供6個(gè)引腳，其中CCIN用來檢測(cè)SIM卡是否插好，其他5個(gè)引腳分別為ccvcc(電源，2．9v)、CCGND(地)、CCRST(復(fù)位)、CCCLK(時(shí)鐘)和CCIO(數(shù)據(jù))。ZIF連接器的SYNC腳控制燈的狀態(tài)，以此判斷TC35的工作狀態(tài)。系統(tǒng)加電后，為使TC35進(jìn)入工作狀態(tài)，必須給IGT加一延時(shí)大于100ms的低脈沖，電平下降持續(xù)時(shí)間不可超過lms；啟動(dòng)后，IGT應(yīng)保持高電平(3.3V)：驅(qū)動(dòng)IGT時(shí)，TC35的供電電壓不能低于3.3V．否則TC35不能被激活。

    智能監(jiān)控模塊的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，它具有以下特點(diǎn)：

(1)89C52內(nèi)有8K E2PROM、256B RAM、4個(gè)8位并行口、3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器、1個(gè)串行全雙工異步接口、6個(gè)中斷源，這些資源基本上能夠滿足一般中型監(jiān)控軟件的開發(fā)要求，如果存儲(chǔ)器資源不夠，還可通過74HC373型鎖存器擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器。

(2)模擬量輸入由89C52外接一個(gè)ADl674型12位MD轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)。ADl674自帶采樣保持器，可直接與被轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)相連，而且轉(zhuǎn)換精度高、速度快、性價(jià)比高。將該電路的狀態(tài)信號(hào)線接至89C52的P3.3，供89C52查詢A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài)。另外，在ADl674的信號(hào)輸入端接一個(gè)AD7501型8選l的多路模擬開關(guān)，將模擬信號(hào)的輸入擴(kuò)展為8路，從而實(shí)現(xiàn)8路模擬信號(hào)的采集。

(3)89C52通過8251和MAX232型電平轉(zhuǎn)換器為智能模塊擴(kuò)展了一個(gè)串口給用戶，通過擴(kuò)展串口可以與其他嵌入式系統(tǒng)或PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

(4)監(jiān)控軟件固化在89C52的E2PROM中,為保證智能模塊能夠?qū)ΡO(jiān)控對(duì)象的突發(fā)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，89C52的P1口8根口線通過4078型或非門接至中斷源INT0；這樣，這8個(gè)I／0口一旦有信號(hào)輸入則會(huì)引起中斷，從而通過中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)處理，同時(shí)還可通過P2口控制8路數(shù)字開關(guān)量的輸出。以對(duì)監(jiān)控對(duì)象的突發(fā)情況進(jìn)行反控制，比如切斷電源等。外部監(jiān)控的數(shù)字開關(guān)量較多時(shí)，可以在原硬件電路上擴(kuò)展一個(gè)或多個(gè)8259，8259可對(duì)8級(jí)中斷請(qǐng)求實(shí)行優(yōu)先級(jí)管理，若外設(shè)中斷請(qǐng)求數(shù)目多于8個(gè)，則可使用多個(gè)8259。

3 軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控軟件在平時(shí)不斷檢測(cè)各報(bào)警點(diǎn)的信號(hào)，當(dāng)有異常情況時(shí)，智能模塊自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息和撥打報(bào)警電話進(jìn)行語音報(bào)警，當(dāng)然也可接收監(jiān)控者的控制指令。軟件流程如圖3所示，其中89C52的初始化包括通訊串口初始化、A／D通道初始化、外部控制標(biāo)志位的初始化等。

    在TC35初始化之前要用定時(shí)器延時(shí)約5s，等待TC35自檢完畢，然后檢查SIM卡，如果檢查到無SIM卡，系統(tǒng)就會(huì)調(diào)用聲音報(bào)警子程序；有SIM卡則繼續(xù)檢查移動(dòng)運(yùn)營商，之后再對(duì)TC35進(jìn)行初始化，主要是用AT命令初始化發(fā)送方式、設(shè)置短信中心號(hào)碼和登錄網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試。特別需要注意的是：不能給SIM卡設(shè)置開機(jī)密碼，否則不能正常登錄到GSM網(wǎng)絡(luò)，還有在收到短消息命令后必須先判斷是否是手機(jī)預(yù)設(shè)號(hào)碼，如果是就處理，否則刪除。由于GSM網(wǎng)絡(luò)有較好的安全及保密性，所以在軟件設(shè)計(jì)時(shí)不需要考慮安全方面的問題，監(jiān)控軟件在外界干擾強(qiáng)烈的情況下有可能跑飛，為了使跑飛的程序恢復(fù)正常，可采用定時(shí)計(jì)數(shù)器T1來完成類似于軟件看門狗的功能．定時(shí)時(shí)間可設(shè)置為監(jiān)控軟件完成1次全過程時(shí)間的2～3倍。

TC35采用AT命令，89C52可以通過正確的AT指令對(duì)TC35進(jìn)行初始化和短消息的接收與發(fā)送。對(duì)短消息的控制有三種模式：Block模式、PDU模式和Text模式。使用Block模式需要手機(jī)生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動(dòng)支持，目前已被PDU模式所取代；Text模式比較簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字和字符的直接收發(fā)，但Text模式不支持中文；PDU模式是將GB2312的中文編碼轉(zhuǎn)換為Unicode編碼，容易實(shí)現(xiàn)中文編解碼。本設(shè)計(jì)主要傳送中文信息，為了編程方便，使用PDU模式進(jìn)行短消息的接收和發(fā)送。

4 結(jié)束語

以上介紹的智能監(jiān)控模塊是利用GSM短消息進(jìn)行監(jiān)控，具有投資少、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，在一些對(duì)操作和監(jiān)控的實(shí)時(shí)性要求不特別苛刻的情況下具有很高的性價(jià)比，再加上應(yīng)用范圍廣，開發(fā)周期短，因而應(yīng)用前景十分廣闊。