基于GSM模塊的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。某些恒溫設(shè)備要求設(shè)備在很小的誤差范圍內(nèi)保持恒定的溫度，如果溫度有變化，即要求工作人員采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行矯正。如果人為進(jìn)行測定，既不能保證溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時性，又不能確保數(shù)據(jù)的精確性。如果在數(shù)據(jù)的傳輸部分加裝GSM短信息模塊，且在設(shè)備的測試部分加裝基于MSC1210的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，便可以解決困擾整個設(shè)備要求的實(shí)時性和精確性的問題。

基于GSM模式的溫度遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)自動上傳，避免了人工測試時間過長、不到位和準(zhǔn)確率不高等弊端，不僅提高了工作效率，而且提高了經(jīng)濟(jì)效益。另外自動上傳的大量完整數(shù)據(jù)也為監(jiān)控人員提供了有利的線索。

系統(tǒng)和GSM公用網(wǎng)結(jié)合，充分利用GSM網(wǎng)覆蓋面廣、運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表、遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測、用戶實(shí)時查詢，以及報表的自動統(tǒng)計(jì)與生成，同時還可附加其他多種管理功能。利用GSM公用網(wǎng)組成的傳輸系統(tǒng)，在系統(tǒng)可靠性、抗干憂性、穩(wěn)定性、可維護(hù)性、功能擴(kuò)展性等方面均具備明顯的優(yōu)越性，并可降低運(yùn)營成本和勞動強(qiáng)度。

一、系統(tǒng)組成及功能描述

GSM（Global System for Mobile communication）數(shù)字移動通信系統(tǒng)是由歐洲主要電信運(yùn)營商和制造廠家組成的標(biāo)準(zhǔn)化委員會設(shè)計(jì)出來的，它是在蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成。它是基于時分多址技術(shù)的移動通訊中比較完善、成熟，也是應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)，我國的公眾移動通信網(wǎng)也是采用這種制式。目前，GSM提供的增值業(yè)務(wù)——SMS（信息服務(wù)）無需附加其它終端設(shè)備，只需GSM短信模塊便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

系統(tǒng)模型圖如圖1所示。

基于GSM短信模式的溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由溫度采集部分、數(shù)據(jù)收發(fā)部分和數(shù)據(jù)分析處理部分組成。其中，溫度采集模塊將采集到的溫度數(shù)據(jù)存入寄存器中，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用雙CPU共用E2RPOM的方式，MSC1210從內(nèi)核上講也是一個基于80C51內(nèi)核的單片機(jī)，它的作用除了進(jìn)行高精度數(shù)據(jù)采集之外，還起CPU的控制作用；溫度數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊中的單片機(jī)從寄存器中讀出，通過短信模塊借助GSM網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。單片機(jī)控制數(shù)據(jù)收發(fā)，發(fā)送采集到的溫度數(shù)據(jù)，并能接收上位機(jī)傳送命令數(shù)據(jù)。接收到的溫度數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)經(jīng)分析模塊傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)庫中，供查詢使用。數(shù)據(jù)處理模塊還能將控制命令經(jīng)GSM模塊發(fā)送，使數(shù)據(jù)的自動雙向傳遞成為可能。

二、設(shè)備布局

基于GSM的溫度數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)由遠(yuǎn)端設(shè)備和主站設(shè)備兩部分組成。遠(yuǎn)端設(shè)備安裝在遠(yuǎn)端的監(jiān)控點(diǎn)上，主站設(shè)備安裝在控制中心或值班中心，遠(yuǎn)端設(shè)備實(shí)際上是在原有的監(jiān)控系統(tǒng)中增加了一個GSM通信模塊，而主站設(shè)備則可以是帶有移動通信裝置的PC機(jī)。但要注意的是：本系統(tǒng)只有一個主站和一個遠(yuǎn)端監(jiān)控點(diǎn)，因此只有一個遠(yuǎn)端設(shè)備。這里的監(jiān)控點(diǎn)要分配一個獨(dú)立的SIM卡，當(dāng)主站訪問時，只能訪問這個遠(yuǎn)端設(shè)備。

1.遠(yuǎn)端設(shè)備

遠(yuǎn)端設(shè)備的構(gòu)成如圖1所示，它由數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和數(shù)據(jù)采集模塊組成。遠(yuǎn)端設(shè)備在監(jiān)控點(diǎn)完成對溫度數(shù)據(jù)的采集，并實(shí)現(xiàn)必要的控制功能。在被控對象的運(yùn)行狀態(tài)改變時及時將此事件的性質(zhì)和必要的數(shù)據(jù)以短消息的形式發(fā)送給站點(diǎn)，遠(yuǎn)端設(shè)備還可以接收由主站發(fā)出的命令，根據(jù)命令修改系統(tǒng)參數(shù)或?qū)?dāng)前狀態(tài)信息回送給主站。

2.主站設(shè)備

主站設(shè)備的構(gòu)成如圖1所示，它由終端處理模塊構(gòu)成。主站設(shè)備由一臺裝有主戰(zhàn)監(jiān)控軟件的PC機(jī)和移動通信裝置組成，移動通信裝置與PC機(jī)通過串口連接。主站監(jiān)控軟件可以管理整個系統(tǒng)的遠(yuǎn)端設(shè)備。例如，標(biāo)定各站點(diǎn)的原始信息（電話號碼、名稱等）、當(dāng)遠(yuǎn)端送來被控對象的異常信息時提示報警，并將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，修改遠(yuǎn)端設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，等等。主站軟件還可以進(jìn)行用戶管理，查詢各遠(yuǎn)端的當(dāng)前數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，并提供歷史數(shù)據(jù)查詢、打印、備份、刪除等。

3.GSM模塊MZ28

GSM模塊提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07規(guī)范。GSM07.07中定義的AT Command接口了一種移動臺（MS）與數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）之間的通用接口，GSM07.05對短消息作了詳細(xì)的規(guī)定。在短消息模塊收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的短消息時，通過串口發(fā)送指示消息。

中興通訊推出的GSM無線雙頻調(diào)制解調(diào)器MZ28，主要為語音傳輸、短信發(fā)送和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。MZ28具備完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，適合基于GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)。

MZ28主要的組成部分有：GSM基帶處理器（模擬基帶和數(shù)字基帶）、射頻電路和SMB插座、存取器、SIM（如圖2所示）。

（1）GSM基帶處理器。包括上、下行信號的調(diào)制解調(diào)、信道編解碼、加密/解密、音頻編解碼、A/D、D/A等。數(shù)字基帶芯片片內(nèi)ARM處理器核及相關(guān)接口模塊對諸如存儲器、SIM卡、串口等外部設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動和管理。片內(nèi)的ARM處理器核具有較強(qiáng)的處理能力，能夠支持多種外設(shè)接口，通過相應(yīng)的驅(qū)動程序，即可完成對上述外設(shè)模塊的驅(qū)動。

（2）射頻電路和SMB插座。射頻電路提供了GSM900/1800MHz雙頻段的收發(fā)通道，包括接收電路、發(fā)射電路、頻率合成電路，以及相應(yīng)的控制電路。射頻信號通過SMB插座與外接天線相連。

（3）存儲器。存儲器采用了16Mbits FLASH和2Mbits SRAM封裝在一起的芯片，并采用了BGA的封裝形式，節(jié)省了PCB空間。FLASH主要用于存儲運(yùn)行軟件，存儲模塊的系統(tǒng)參數(shù)、電話號碼和電話記錄等內(nèi)容。SRAM用于存儲運(yùn)行時的臨時數(shù)據(jù)。

（4）串行接口。MZ28提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串行接口，具體接口線的引腳定義參見系統(tǒng)連接器接口部分。用戶可通過串行接口使用標(biāo)準(zhǔn)的AT指令完成對模塊的操作。通過數(shù)據(jù)電纜和數(shù)據(jù)板模塊能直接與PC機(jī)相連。數(shù)據(jù)板集成了模塊的供電接口、語音接口，以及TTL電平與RS-232電平的轉(zhuǎn)換電路。用戶可通過在語音接口上插入專用耳機(jī)實(shí)現(xiàn)語音通話功能。

（5）SIM卡接口。為方便用戶使用，MZ28模塊設(shè)計(jì)時本身就帶有SIM卡插座，用戶可以不用外擴(kuò)SIM卡接口電路，就可直接調(diào)試用戶的程序，縮短研發(fā)周期。但是針對用戶的不同需求，也外擴(kuò)了SIM卡的接口：SIMRST?搖?搖?搖?搖EXT，SIMCLK?搖?搖?搖?搖EXT和SIMI/O?搖?搖?搖?搖EXT。具體接口線的引腳定義參見系統(tǒng)連接器接口部分。為保護(hù)SIM卡，使用了瞬態(tài)電壓抑制器件和靜電防護(hù)手段對管腳進(jìn)行必要的防護(hù)。

（6）系統(tǒng)的主控中心（即圖3中的終端處理模塊）。通過串口與一個內(nèi)置了GSM模塊的設(shè)備相連接，讀取GSM設(shè)備接收到的短消息，從而獲得遠(yuǎn)端傳來的測量數(shù)據(jù)，發(fā)送控制命令并通過GSM設(shè)備轉(zhuǎn)換為短消息發(fā)送至遠(yuǎn)端控制設(shè)備。遠(yuǎn)端單片機(jī)內(nèi)置GSM模塊，單片機(jī)從采集數(shù)據(jù)的設(shè)備獲得測量數(shù)據(jù)后，通過GSM模塊以短消息方式發(fā)送給主控中心的GSM模塊；把GSM收到的主控中心的控制指令發(fā)送給受控設(shè)備。需要注意的是，主控中心和監(jiān)控點(diǎn)的GSM模塊要分別配置一個獨(dú)立的SIM卡，從而進(jìn)行有效的網(wǎng)絡(luò)通信。

注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”