基于GSM的無線監控研究

先文俊 高山

摘 要：隨著時代的發展，企業和部門進行管理也越發注重效率。遠程監控系統的出現正好迎合了時代的發展。遠程通信模塊是該系統的重要組成部分。隨著通信技術的高速發展，GSM網絡技術取得了巨大的突破，監控領域也漸漸有了GSM的身影，有人監守的傳統工作逐漸被電子信息監控系統所代替。文章將GMS的短信方式引入監控領域，采用短信平臺進行數據之間的傳輸，因為這種方式具有配置簡單、傳輸速度快、實時性高、成本低等諸多優點。

關鍵詞：GSM；監控；實時性高

1 研究背景

在1986年的歐洲，有11個國家對GSM模塊進行了大量的研究，最終完成GSM的技術規范[1]。窄帶時分多址、規則脈沖激勵線性預測語音編碼和高速濾波最小移頻鍵控調制方式等規范就是當時提出來的[2]。GSM系統在眾多國家支持下開始了運行，數字移動通信從此邁入了第二代的發展。隨著發展，GSM系統經過多代技術人員不斷地修改完善。在此之間盡管有其他的二代數字系統被開發和投入使用，但是相比于GSM系統，它們的規范不夠完整，技術也不公開，導致它們很難在全球鋪展開。GSM系統諸多優點導致它迅速在全球占領了市場，用戶人數直線上升。

單片機在1970年開始出現，大量的人員進入該領域研究，大大加快了嵌入式的發展。隨著電子工藝水平的提升，設計者開始把嵌入式的外設如RAM，ROM等集成到一個VLSL中，正是設計人員現在所看見高度集成微控處理器的前身。由于對其進行了集成開發，讓單片機擁有了更小的體積和更高的性能，一舉成了嵌入式系統的一個新秀。正是嵌入式軟件和硬件共同發展將系統進一步完善，在諸多控制領域中出現了它的身影。

隨著GSM的普及和各種各樣的低功耗嵌入式的CUP的出現，因為兼容性和擴展性非常好，加上內核精巧，工作效率高，就有人開始將他們兩個進行共同開發，用于一些無線遠程監控。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；M.Ahmad等在2005年采用GSM網絡完成了對船只的實時安全監控系統[3]。

2 系統硬件組成及工作原理

本次設計硬件主要包括：STM32單片機、GSM模塊、Flash存儲。工作原理硬件板的GSM模塊可從一塊GSM模塊發過來的數據，通過GSM的串口把數據傳給STM32這款單片機，存入Flash，然后通過STM32的串口把數據發給上位機的監控平臺。同樣上位機也可以設置監控模塊的相關參數，通過STM32再到GSM模塊進行傳輸。

根據這次設計的要求，主要系統架構如圖1所示。本次系統主要包括STM32微控處理器、FLASH芯片、GSM模塊和監控平臺。每個部分的功能如下：（1）主控芯片是STM32，主要的功能是負責控制GSM模塊發送數據和對接收的數據進行處理、分析，傳輸給監控平臺。STM32和GSM模塊、監控平臺是通過串口進行數據交互的。（2）GSM模塊的主要作用是和另一個監控前端的GSM進行數據傳輸，實現遠程監控。（3）FLASH模塊主要實現對GSM模塊傳輸的數據通過STM32解析后進行存儲。（4）監控平臺主要實現的功能是顯示監控模塊的信息，設置監控模塊的相關參數，通過STM32主控芯片的串口進行通信。

3 軟件組成

此次軟件的設計主要包括上位機設計和下位機設計兩部分。其中下位機的軟件設計主要包括：STM32單片機的下位機軟件設計，上位機的軟件設計是PC端的軟件設計。

3.1 下位機設計

GSM的串口跟STM32單片機的串口是連接在一起的，所對GSM模塊進行控制是通過單片機的串口發送AT指令。所以首先設計人員要對單片機的串口進行初始化，把波特率設置成9 600 bps。

本次設計中，設計人員只是對模塊一些基本數據進行傳輸測試，所以設計人員發送的短信是英文短信。短信的發送最少需要5個步驟，如圖2所示。

（1）首先設計人員要對數據傳輸的字符格式進行設置，設計人員發送英文短信，所以設計人員只用發送調用Send_ String（“AT+CSCS=＼”GSM＼”＼r＼n”）。

（2）然后需要對設計人員短信消息進行設置。設計人員這次使用的文本模式是文本還是PUD模式，所以調用Send_ String（“AT+CMGF=1＼r＼n”）。

（3）設計人員要確定給誰發送這個短信，就需要設置發送的電話號碼，所以調用Send_String（Send_Num），其中的Send_Num是電話號碼，是個全局變量。

（4）在設定完發送的電話號碼以后，最重要的步驟就是該輸入設計人員發送的內容調用Send_String（message），其中message這個為發送信息的內容，又以函數參數message傳遞進來。

（5）完成所有準備步驟后把短信發送出去，調用Send_ Char（0x1a）。

GSM模塊收到短信數據以后，就需要對GSM的短信進行讀取。讀取短信需要以下兩個步驟，如圖3所示。

（1）接下來設置消息提醒模式，因為不進行設置話，就不知道設計人員的短信存儲的位置，發送Send_ String（“AT+CNMI=2，1＼r＼n”），當有信息的時候，短信存儲位置會返回串口，Pos_Buff= strstr（R_BUFF，”，”）這個函數把存儲位置讀出來。

（2）sprintf（test6，”AT+CMGR=%s”，Pos_Buff+1）和Send_String（test6）的調用可以讀取短信。需要注意的地方：首先SIM的存儲空間是有限的，所以當設計人員SIM卡存滿以后就不會返回信息存儲的位置了，所以設計人員需要對短信進行定時刪除。設計人員可以發送相關的指令查詢一下設計人員的SIM的存儲空間的大小，以便設計人員對短信進行管理。

（3）strstr（GSM_buff，Number）和strstr（Postion1，”＼ r＼n”）這兩個函數把短信內容讀取出來。3.2 上位機設計

本次設計中，可選擇了C++語言作為開發語言，還用到了MFC，極大地加快了開發速度。MFC是微軟公司開發的一種庫，主要是對Windows API函數進行封裝。所以MFC實質是C++的一個對象，一個實例。MFC讓上位機開發更加容易，上手快，開發周期短。當然，MFC也有缺點，正是因為MFC對windows API函數進行了封裝，導致了代碼冗余，框架死板，程序移植性相對較差。

本次監控平臺涉及跟STM32進行串口通信，所以兩個模塊需要定義一些簡單的協議。首先給上位機發送數據時候的格式，發送的每個數據用空格進行間隔，當收到’＼n’的時候表示數據結束。當數據傳送結束后，會把bReadStat置位，表示接收結束。那么上位機就會對數據進行解析。本次設計中還設計了很多控件，每個控件代表這一個監控量的設置。所以每個監控量在發送之前就會給一個字母進行標志，當下位機收到數據之后根據標志判斷是哪一個監控量，比如“L”代表電話號碼的設置。PC端的上位機控件發出事件信號，當單片機收到信號后進行分析處理，向GSM模塊發送處理信號。當STM32接收到GSM的數據時，通過RS232串口發送給上位機。流程如圖4—5所示。

4 結語

目前，基于GSM模塊的遠程監控系統應用前景十分廣闊。GSM模塊很容易建立無線網絡，低成本、高速率傳輸，是設計人員研究GSM模塊的目的和動力?；贕SM模塊的遠程監控系統對被監控模塊實時監控，減少人工成本。正好可以彌補人工監控迫切需要，有利于企業的健康成長，擴大企業規模。另外，由于GSM模塊小巧靈活，受周圍環境影響較小，可以適用于多種非極限場合和狹小空間環境下的監控。無線傳輸的方式，避免了人工監控帶來的誤差，同時也降低了成本，節省人力財力。還有一大優點就是監控的模塊隨時加入或退出網絡，不需要人為管理，這也節省了人力財力。

基于GSM模塊的遠程監控系統的眾多優點使其在市場上十分具有競爭力，隨著GSM技術的發展，基于GSM的遠程監控系統必將日趨成熟。

[參考文獻]

[1]侯志華.基于現代信息技術的車載終端系統研究[D].西安：長安大學，2012.

[2]陳一帥.GSM語音加密研究[D].北京：北京交通大學，2001.

[3]高建濤.我國移動通信的發展概述[J].中國新通信，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

基金項目：中國民用航空飛行學院青年基金項目；項目編號：QJ2021-169。