基于GSM網(wǎng)絡的智能監(jiān)控模塊設計

摘要：利用GSM網(wǎng)絡作為無線智能監(jiān)控模塊的信息傳輸平臺是一種很有效的方法。其原理簡單，安全保密性高，又不需要組建專用網(wǎng)絡和維護網(wǎng)絡，加上GSM網(wǎng)絡覆蓋面廣，可實現(xiàn)全球無縫覆蓋，與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)相比有著獨特的優(yōu)勢。給出相應的硬件結構原理和軟件工作流程。整個智能模塊主要由89C52型微控制器、外圍電路和TC35型無線模塊構成，可廣泛用于智能家居防盜、遠程監(jiān)控、無人值守設備的維護及現(xiàn)代自動化生產(chǎn)線的監(jiān)控等領域。

關鍵詞：智能監(jiān)控；TC35； GSM； 單片機；89C52

引言

隨著計算機與通信技術的高速發(fā)展，新技術和智能設備層出不窮，使得無線方式智能監(jiān)控的實現(xiàn)成為可能。筆者設計了一種運用GSM（全球移動通信系統(tǒng)）網(wǎng)絡短消息進行通信的通用智能監(jiān)控模塊，可廣泛地應用在智能家居防盜、遠程監(jiān)控、無人值守設備的維護及現(xiàn)代自動化生產(chǎn)線的監(jiān)控等領域。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)通常都是一個以計算機為中心的監(jiān)測控制與調度自動化系統(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計的，不僅可以用一般的PC作為監(jiān)控調度中心，而且可直接使用手機作為監(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)絡短消息便可完成對智能模塊的通信和設置，從而達到監(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)絡已在全球范圍內實現(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，也不需要維護網(wǎng)絡。

1 設計原理

整個智能監(jiān)控系統(tǒng)由GSM網(wǎng)絡、智能監(jiān)控模塊和監(jiān)控者(手機)組成，系統(tǒng)原理如圖1所示。智能模塊采用89C52型單片機并結合外圍電路實現(xiàn)對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)絡的短消息中心以短消息的形式與監(jiān)控者進行通信，監(jiān)控者也可用短信息的命令形式去設置以單片機為核心的智能模塊，以及發(fā)送短消息查詢命令查詢其監(jiān)控情況，從而達到無線監(jiān)控的目的。同時利用89C52的外部中斷功能對外界的8路數(shù)字輸入量的突發(fā)事件進行監(jiān)測。如果發(fā)生突發(fā)事件，中斷源立即產(chǎn)生中斷，89C52就會執(zhí)行相應的報警程序。報警信息以AT命令的形式寫入TC35并通過短消息發(fā)送到監(jiān)控者手機上，以便用戶采取相應的處理措施。對于特別緊急的事件可以直接撥打報警電話。因為短消息的發(fā)送有可能會延遲。為了確保監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，應在發(fā)送完短消息報警后再通過無線模塊給監(jiān)控者撥打電話，并由89C52控制ISD4004型語音電路播放預先存儲在語音電路的報警信息。

2 硬件設計

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，向用戶提供標準的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，以方便用戶的應用開發(fā)及設計。TC35的正常運行需要相應的外圍電路與其配合。TC35有40個引腳，通過ZIF連接器分別與電源電路、啟動與關機電路、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。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單片機串口工作在TTL電平，工作電壓范圍一般比TC35寬，故應在89C52和TC35之間加電平轉換電路和電平限制電路。若無電平轉換，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個引腳，其中CCIN用來檢測SIM卡是否插好，其他5個引腳分別為ccvcc(電源，2．9v)、CCGND(地)、CCRST(復位)、CCCLK(時鐘)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進入工作狀態(tài)，必須給IGT加一延時大于100ms的低脈沖，電平下降持續(xù)時間不可超過lms；啟動后，IGT應保持高電平(3.3V)：驅動IGT時，TC35的供電電壓不能低于3.3V．否則TC35不能被激活。

智能監(jiān)控模塊的硬件結構如圖2所示，它具有以下特點：

(1)89C52內有8K E2PROM、256B RAM、4個8位并行口、3個16位定時計數(shù)器、1個串行全雙工異步接口、6個中斷源，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，如果存儲器資源不夠，還可通過74HC373型鎖存器擴展外部數(shù)據(jù)和程序存儲器。

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

(3)89C52通過8251和MAX232型電平轉換器為智能模塊擴展了一個串口給用戶，通過擴展串口可以與其他嵌入式系統(tǒng)或PC機進行數(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對監(jiān)控對象的突發(fā)情況進行實時處理，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I／0口一旦有信號輸入則會引起中斷，從而通過中斷服務程序實現(xiàn)實時處理，同時還可通過P2口控制8路數(shù)字開關量的輸出。以對監(jiān)控對象的突發(fā)情況進行反控制，比如切斷電源等。外部監(jiān)控的數(shù)字開關量較多時，可以在原硬件電路上擴展一個或多個8259，8259可對8級中斷請求實行優(yōu)先級管理，若外設中斷請求數(shù)目多于8個，則可使用多個8259。

3 軟件設計

監(jiān)控軟件在平時不斷檢測各報警點的信號，當有異常情況時，智能模塊自動發(fā)出報警信息和撥打報警電話進行語音報警，當然也可接收監(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、外部控制標志位的初始化等。

在TC35初始化之前要用定時器延時約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)就會調用聲音報警子程序；有SIM卡則繼續(xù)檢查移動運營商，之后再對TC35進行初始化，主要是用AT命令初始化發(fā)送方式、設置短信中心號碼和登錄網(wǎng)絡的測試。特別需要注意的是：不能給SIM卡設置開機密碼，否則不能正常登錄到GSM網(wǎng)絡，還有在收到短消息命令后必須先判斷是否是手機預設號碼，如果是就處理，否則刪除。由于GSM網(wǎng)絡有較好的安全及保密性，所以在軟件設計時不需要考慮安全方面的問題，監(jiān)控軟件在外界干擾強烈的情況下有可能跑飛，為了使跑飛的程序恢復正常，可采用定時計數(shù)器T1來完成類似于軟件看門狗的功能．定時時間可設置為監(jiān)控軟件完成1次全過程時間的2～3倍。

TC35采用AT命令，89C52可以通過正確的AT指令對TC35進行初始化和短消息的接收與發(fā)送。對短消息的控制有三種模式：Block模式、PDU模式和Text模式。使用Block模式需要手機生產(chǎn)廠家提供驅動支持，目前已被PDU模式所取代；Text模式比較簡單，可以實現(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的中文編碼轉換為Unicode編碼，容易實現(xiàn)中文編解碼。本設計主要傳送中文信息，為了編程方便，使用PDU模式進行短消息的接收和發(fā)送。

4 結束語

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