基于GSM的遠程遙控裝置在無人地震臺站中的應用

韓曉飛，閆俊義，王黨席，李垚奇

（1．陜西省地震局，陜西 西安710068；2．陜西省西安基準地震臺，陜西 西安710068）

0 引 言

隨著數字技術、通信技術的迅速發展，無人值守數字化地震臺站越來越多的應用在地震監測系統中。由于無人值守臺站數目的大量增多，野外地震設備維護的任務量越來越繁重。通過對近兩年無人數字化地震臺站儀器出現的故障分析可知，85%的故障原因是臺站設備在運轉過程中出現卡機、死機等故障導致系統工作異常、運行率偏低［1－4］。無人值守臺站因行業規范要求大都建在僻遠山區，基本上都是雇用一些非專業人員代為看管，由于他們對設備了解不夠，簡單的問題也不能及時解決。類似儀器重啟等簡單故障，運維人員都常常需要驅車前往調試，這樣不僅影響地震觀測數據的連續性，且運維效率低、維護成本高［5－8］。針對該問題，本文結合無人值守數字化地震臺站設備運行的實際情況，設計了基于GSM模塊的遠程控制系統。系統軟件采用STC11單片機C430集成開發，利用C語言進行編程，并完成GSM遠程控制裝置的整體安裝和調試。如果省局地震臺網中心發現觀測設備不正常，維修人員通過手機發送短信息命令“開”或“關”就可以通過GSM網絡遠程控制地震臺所有設備，能夠對無人地震臺站的設備一般性故障進行遠程控制復位，從而避免工作人員去現場解決上述問題。

1 系統概述

本系統設計的總體方案如圖1所示，由GSM模塊TC35、單片機STC11、繼電器控制電路及其外圍電路構成。當用戶對系統發送指定短信口令，單片機STC11就會準確判斷由GSM模塊傳來的信號，驅動繼電器做出相應的動作，并通過繼電器信號電路驅動交流接觸器和熱保護器，從而實現電器設備開關的控制，并向用戶端反饋成功命令短信。

圖1 系統結構圖

2 硬件電路設計

所設計的系統硬件主要由以下4個模塊構成。

2．1 TC35i模塊

TC35i是德國SIEMENS（西門子）公司的一款雙頻900／1 800 MHz高度集成的GSM 模塊。TC35i模塊支持標準和雙頻的AT指令集，通過配套的天線連接器和接口連接器分別與天線和SIM卡讀卡器連接，并通過串口與處理器芯片連接［9－11］。該模塊共有40個引腳，通過ZIF（Zero Insertion Force）連接器引出，如圖2所示。

圖2 TC35i模塊原理圖

2．2 STC11單片機

本文選用宏晶科技公司生產的STC11系列標準型單片機STC11F60XE，其片內含有1280字節的SRAM數據存儲器、60K字節的Flash程序存儲器和1K字節的EEPROM可電擦寫程序存儲器，能夠滿足控制系統的功能要求，其資源分配圖如圖3所示。

圖3 STC11F32單片機資源分配圖

2．3 電路模塊

電路模塊主要包含有電源電路、控制電路、GSM發射電路、單片機最小系統電路。電源電路將220 V交流電轉換成3．8 V～5 V的直流電，為單片機和其他部分電路的電源供電（其中4個1N4007作為整流橋，78LS05穩壓）；控制電路利用三極管控制繼電器的通斷，繼而控制開關。

（1）電源電路

在TC35I單片機應用中需要穩定的電壓信號，因此必須提供電源電路，一般TC35I單片機的工作電壓為3．8～6．0V，本文采用5 V工作電壓，圖4所示為電源電路。

（2）濾波電路

由于TC35I工作時對電源要求比較高，為了減小干擾，在芯片的電源端加0．1μF的電容進行濾波處理。濾波電路采用二階壓控電壓源帶通濾波電路，本系統需要的是工頻信號，所以濾波電路的中心頻率f0＝50 Hz，通帶寬度設定為BW＝10 Hz，選擇電容C＝0．01μF，經計算濾波電路的各參數如圖5所示。考慮到濾波電路的性能對元件的參數誤差相當靈敏，所以電路宜選用穩定而精密的電阻器和電容器。

圖4 TC35I單片機電源電路圖

圖5 濾波電路

（3）控制電路

系統的核心控制器選用單片機STC11，圖6為單片機構成的控制電路，其P1口接8個發光二極管，用來顯示TC35i的工作狀態。LED0亮表示初始化GSM；LED1亮表示選擇短消息格式為．txt；LED2亮表示檢查網絡的注冊狀態；LED3亮表示設置短信通知命令，判斷是否收到新的短信，并刪除可能是上次收到的短信；LED4亮表示有新的短信進入；LED5亮，讀取新短信；LED6亮，填寫中心號碼；LED7亮，填寫目的手機號碼；LED全亮表明填寫發送內容，向用戶手機發送回復短信。

（4）SIM 卡電路

SIM（subscriber identity module）即用戶識別卡，TC35i的基帶處理器集成了一個與ISO7816－3 IC Card標準兼容的SIM接口。為了適合外部的SIM接口，該接口通過ZIF連接器連接到TC35i的第24－29引腳。在GSM11為SIM卡預留5個引腳的基礎上，TC35i在ZIF連接器上為SIM卡接口預留了6個引腳，所添加的CCIN引腳用來檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。當插入SIM卡時，該引腳置為高電平，系統方可進入正常工作狀態。SIM卡工作電壓為3．0 V，從TC35i的第28腳引出，其接地端（第4腳CCGND）需與TC35i的第29腳連接，如圖7所示。

圖6 單片機控制電路

圖7 SIM卡接口電路

3 軟件設計

整個系統的軟件流程如圖8所示。

4 調試及測試結果

為了測試裝置的運行穩定性，在地震監測技術室實驗臺對裝置連續通電運行了一周，通過輸入各種命令及模擬瞬時性故障對本裝置進行測試，對發現的問題進行了及時有效地修改。實驗表明本裝置性能可靠，功能基本能達到預定的要求。測試結果為系統能正常工作，具有較好的應用效果。

5 結 論

本文設計了基于GSM模塊的遠程控制系統來解決地震臺站儀器遠程遙控問題。通過對系統的調試及測試，結果表明所設計的基于GSM的遠程遙控裝置在無人地震臺站中應用效果良好。

圖8 軟件流程圖

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