基于SMS通信的直放站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控 無線通信 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

隨著GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展和用戶的日益擴(kuò)大，新技術(shù)和新業(yè)務(wù)的開發(fā)和應(yīng)用已提到十分重要的位置。為了消除GSM公網(wǎng)信號(hào)盲區(qū)，延伸覆蓋范圍，需要在一些偏遠(yuǎn)的地區(qū)或在不具備直放站建設(shè)條件、話務(wù)較少的地方設(shè)置直放站。由于這些地區(qū)交通、通信等的局限，使得直放站的維護(hù)變得十分困難。直放站經(jīng)常出現(xiàn)的問題是：交流電源系統(tǒng)；溫度的變化對(duì)直放站的影響；電子器件參數(shù)變化對(duì)放大器放大倍數(shù)的影響等。

以往直放流出現(xiàn)問題，維修為員不可能迅速趕到現(xiàn)場(chǎng)排除故障，多數(shù)是通過用戶反饋后，才能解決。所以作者設(shè)計(jì)了直放站的監(jiān)控系統(tǒng)，將告警信息通過手機(jī)短消息方式，發(fā)送到集中監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)直放站的遠(yuǎn)程遙控、遙測(cè)、遙調(diào)、遙訊。

1 系統(tǒng)工作原理及組成

該系統(tǒng)主要由2部分組成：直放站監(jiān)控終端、集中監(jiān)控中心。通信方式采用手機(jī)短消息方式；通過信設(shè)備采用西門子手機(jī)模志TC35，西門子的手機(jī)終端TC35T。TC35具有功能有語音、數(shù)據(jù)、短消息、FAX四種傳輸方式；工作在GSM900MHz和1800MHz頻帶范圍內(nèi)；工作電源3.3～3.5V；波特率為300～115kbps，在1200～115kbps為自動(dòng)波特率配置；數(shù)據(jù)傳送采用AT命令集；SMS具有TEXT和PDU圖形模式；P-P數(shù)據(jù)通信速率是2400bps、4800bps、9600bps、14 400bps。TC35T是將TC35做到工業(yè)手機(jī)中，對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口和電源接口。將計(jì)算機(jī)的串行口與TC35T的串行口電纜直接連接，并在計(jì)算機(jī)上添加標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制解調(diào)器就可以使用了。TC35T使用AT命令集工作。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。

集中監(jiān)控中心通過通道1發(fā)送命令。首先，通過TC35T發(fā)送設(shè)置命令，初始化直放站，設(shè)置需要采集的模擬量和開關(guān)量，設(shè)置系統(tǒng)的密碼及修修為員的手機(jī)號(hào)碼。然后，發(fā)送采集命令，采集各種數(shù)據(jù)量。采集完數(shù)據(jù)量后，經(jīng)下位機(jī)的處理，通過通道2以短消息的方式發(fā)送到集中監(jiān)控中心，中心將數(shù)據(jù)整理存入數(shù)據(jù)庫中。如果直放站出現(xiàn)了故障，直接通過TC35模塊發(fā)送故障信息到維修為員手機(jī)上，同時(shí)監(jiān)控中心接收發(fā)自直放站的告警信息，并進(jìn)行相應(yīng)算是，如判定告警地點(diǎn)、靠警類型及相應(yīng)的原理、及時(shí)通知值班和相關(guān)維護(hù)管理人員、對(duì)告警信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析、設(shè)置告警監(jiān)控模塊配置信息等。當(dāng)故障排除后，下位機(jī)同樣發(fā)送短消息到監(jiān)控中心，通知中心故障排除，可以正常采集數(shù)據(jù)了。每個(gè)直放站都有對(duì)應(yīng)的維護(hù)人員。

短消息服務(wù)業(yè)務(wù)SMS（Short Message Service）是GSM系統(tǒng)提供給用戶的一種數(shù)字業(yè)務(wù)。它與活音傳輸及傳真一樣同為GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供的主要電信業(yè)務(wù)。SMS的收發(fā)占用的是GMS網(wǎng)絡(luò)的信令信道，不會(huì)占用普通話音信道，而且它是雙向通信，具有一定的交互能力；SMS具有較高的可靠性，短消息發(fā)送端的用戶可知道短消息是否已經(jīng)到達(dá)接收端。由于短消息依靠了SMSC短消息服務(wù)中心的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，當(dāng)接收端用戶關(guān)機(jī)或不在服務(wù)區(qū)內(nèi)時(shí)，SMSC會(huì)暫時(shí)保存該短消息；如果接收端用戶在規(guī)定時(shí)間（通常為24小時(shí)）內(nèi)重新處于工作狀態(tài)，SMSC會(huì)立刻發(fā)送短消息給接收端用戶，當(dāng)發(fā)送成功時(shí)會(huì)返回發(fā)送端用戶1個(gè)確認(rèn)信號(hào)。SMS充分利用了GSM網(wǎng)絡(luò)的直放站覆蓋廣的特點(diǎn)和全程全網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，具有極佳的移動(dòng)性，使得任何一個(gè)申請(qǐng)了短消息服務(wù)的GSM無線終端用戶在全網(wǎng)范圍內(nèi)獲得服務(wù)。每個(gè)短消息的信息量限制140個(gè)8位組（7比特編碼）140個(gè)英文字節(jié)或70個(gè)中文字符。如果超過此長(zhǎng)度，則要分多次發(fā)送。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件電路包括：直放站監(jiān)控終端硬件設(shè)計(jì)、集中監(jiān)控中心。直放站監(jiān)迭終端硬件包括：數(shù)據(jù)采集電路、TC35接口電路、看門狗電路、溫度傳感器電路、遙調(diào)電路。集中監(jiān)控中心硬件包括：上位機(jī)、TC35T手機(jī)終端。

2.1 數(shù)據(jù)采集電路

數(shù)據(jù)的采集分為：模擬量的采集和開關(guān)量的采集。模擬量共采集8路，分別為：直放站功率放大器上行下限檢測(cè)量IN0；直放站功率放大器下行下限檢測(cè)量IN1；直放站低噪放大器上行下限檢測(cè)量IN2；直放站低噪放大器下行下限檢測(cè)量IN3；直放站微波功率放大器下限檢測(cè)量IN4；直放站交流輸入電壓上限檢測(cè)量IN5；直放站交流輸入電壓下限檢測(cè)量IN6；溫度檢測(cè)量IN7.模擬量采集后送A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用的是TLC2543串行A/D轉(zhuǎn)換器。

開關(guān)量共檢測(cè)8路，分別為：220V交流電壓檢測(cè)；門禁檢測(cè)；光端機(jī)發(fā)無光檢測(cè)；光端機(jī)收無光檢測(cè)；光端機(jī)+12V直流電壓檢測(cè)；直放站-48V直流電壓檢測(cè)；直放站+24V直流電壓檢測(cè)；直放站+12V直流電壓檢測(cè)。開關(guān)量的檢測(cè)通過光電隔離后送入單片機(jī)。電路原理框圖如圖2所示。

2.2 看門狗電路

為了防止由于程序跑飛和電源和故障引起的工作不正常，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了看門狗電路。MAX813L為看門狗監(jiān)控芯片，可為CPU提供上電復(fù)位、掉電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位、看門狗及電壓比較器功能。電路如圖3所示。在上電期間，當(dāng)電源電壓超過其復(fù)位門限后，813L產(chǎn)生一至少140ms脈寬的復(fù)位脈沖；當(dāng)?shù)綦娀螂娫床▌?dòng)下降到低于復(fù)位門限1.25V后也產(chǎn)生復(fù)位脈沖，確保任何情況下系統(tǒng)正常工作。當(dāng)程序跑飛時(shí)，WDO輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，并保持?40ms以上，813L產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，同時(shí)看門狗定時(shí)器清0。該電路還有上電使單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位功能，一上電，自動(dòng)產(chǎn)生200ms的復(fù)位脈沖。

2.3 遙調(diào)電路

為了實(shí)時(shí)監(jiān)視各種放大器的工作狀態(tài)（包含功率上行放大器、功率下行放大器、低噪聲功率上行放大器、低噪聲功率下行放大器、微波功率放大器），并且當(dāng)各放大器參數(shù)變化偏離正常范圍后，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)了遙調(diào)電路。采用固態(tài)非易失性數(shù)字電位器X9313，電路如圖4所示。數(shù)字電位器是一種特殊的DAC，它的模擬量輸出不是電壓或電流，而是電阻?；瑒?dòng)單元的位置由CS、U/D和INC三個(gè)輸入端控制。當(dāng)CS為高、INC為高時(shí)，滑動(dòng)端的位置可以被存儲(chǔ)在一個(gè)非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)，因此，在下一次上電工作時(shí)可以被重新調(diào)手。當(dāng)電位器的滑動(dòng)端移到某一斷位置，而保持INC為低，CS為高時(shí)，此位置不存儲(chǔ)。VH、VL、VW相當(dāng)于一般電位器的3個(gè)端。

2.4 溫度傳感器電路

為了實(shí)時(shí)監(jiān)視直放站當(dāng)?shù)氐臏囟茸兓?，?dāng)溫度超過上限值時(shí)，啟動(dòng)排風(fēng)裝置；當(dāng)溫度低于下限值時(shí)，啟動(dòng)加溫裝置，溫度傳感器電路由于采集的溫度范圍屬于常溫范圍，所以采用晶體傳感器LM335，電路如圖5所示。它的輸出電壓與熱力學(xué)溫度成正比，靈敏度10mV/℃，靈敏度10mV/℃。輸出后的電壓經(jīng)過LM358放大器的放大后送A/D轉(zhuǎn)換器。

2.5 TC35接口電路

TC35模塊主要由射頻天線、內(nèi)部Flash、GSM基帶處理器、匹配電源和1個(gè)40腳的ZIP插座組成。TC35接口電路設(shè)計(jì)主要是40針的電纜與單片機(jī)的接口，如圖6所示。1～5腳提供3.3～5.5V峰值2A的直流電源；6～10腳接地；15腳為點(diǎn)火信號(hào)，接收單片機(jī)的P1.7，可以通過軟件啟動(dòng)模塊。16～23腳是RS232串口的功能引腳，18、19腳分別為發(fā)送RXD和接收TXD引腳。24～29腳對(duì)應(yīng)的SIM卡的引腳。32腳為指示燈引腳，當(dāng)未插入SIM卡或40腳的電纜沒有接收或者模塊下在入網(wǎng)時(shí)，指示燈處于閃亮狀態(tài)（亮600ms，滅600ms）；當(dāng)模登錄網(wǎng)絡(luò)時(shí)，指示燈亮75ms，滅3s。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括：下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)、上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，下位機(jī)與上位機(jī)通信軟件設(shè)計(jì)。

3.1 短消息PDU格式分析及實(shí)用的AT命令

發(fā)送和接收SMS信息有2種方式：基于AT命令的Text Mode（文本模式）和基于AT命令的PDU（Protocol Description Unit）模式。西門子的手機(jī)大多只支持PDU模式。在PDU模式下，短信息正文經(jīng)過編碼后轉(zhuǎn)換成UNICODE碼被傳送。由于我們采用的是西門子的TC35手機(jī)模塊和TC35T手機(jī)終端，所以主要探討PDU模式的發(fā)送和接收。

下面通過對(duì)發(fā)送的短消息格式分析，來介紹SMS PDU的數(shù)據(jù)格式工。假設(shè)準(zhǔn)備發(fā)送中文短消息內(nèi)容為“晚上好123”，則將TC35T與計(jì)算機(jī)的串口相連，并打開計(jì)算機(jī)的超級(jí)終，按如下具體操作過程發(fā)送短消息（帶下劃線字符為響應(yīng)信息，{}內(nèi)為注釋）：

AT

OK {計(jì)算機(jī)與手機(jī)的連接成功，這時(shí)就可以輸入各類GSM AT指令}

AT+CNMI=1，1，2

OK{設(shè)置收到短消息提示}

當(dāng)模塊收到短消息時(shí)，給出回應(yīng)：

例如：+CMTI：“SM”，4

AT+CMGF=0

OK{設(shè)置模塊工作的模式：0為OPDU模式，1為文本模式}

AT+CMGS=26{發(fā)送短消息的字節(jié)數(shù)}

>0891 683108200905F0 0103 0D91

683199312523F9 3208 0C

665A4E0A597D003100320033//鍵入Ctrl+Z，看到提示符->出現(xiàn)在最后一個(gè)數(shù)字后面，說明系統(tǒng)已經(jīng)收到了命令，系統(tǒng)會(huì)返回操作的結(jié)構(gòu)。

OK{OK表示成功，ERROR表示發(fā)送失敗}

+CMGS：32

下面分析這條信息：

08――表示短消息中心地址長(zhǎng)度；

91――表示短消息中心號(hào)碼類型；

68310820905F0――表示短消息房層中心號(hào)碼；

0103――表示發(fā)送短消息的編碼方式；

0D――表示目的地址長(zhǎng)度；

91――表示目的地址類型；

683199312523F9――表示目的地址，即接收短消息的手機(jī)號(hào)碼為13991352329；

3208――表示發(fā)送中文字符方式；

0C――表示短消息長(zhǎng)度；

665A4E0A597D003100320033――表示發(fā)送中文字符的UNICODE碼

665A{晚} 4E0A{上} 597D{好} 0032{2} 0033{3}。

以下是模塊接收信息的分析：

AT+CMGR=Index>{閱讀短消息的內(nèi)容，Index表示短消息存放的位置}

AT+CMGL=stat>{列表短信息：stat=0,列未讀過的短消息；stat=4，列所有的消息}

+CMGL：1，2，24{1表示信息個(gè)數(shù)，2表示未發(fā)信息，24表示信息總?cè)萘縸

AT+CMGD=Index>{刪除短消息，Index表示短消息存放的位置}

OK{刪除成功}

3.2 軟件設(shè)計(jì)包括的內(nèi)容

①下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。包括：數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換程序、越限報(bào)警程序。

②上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。包括：監(jiān)控中心主界面設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計(jì)。

對(duì)于下位機(jī)與上位機(jī)通信軟件設(shè)計(jì)，因?yàn)橄挛粰C(jī)與上位機(jī)通信是通過短消息來完成的，所以通信軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是單片機(jī)如何發(fā)送AT命令。

結(jié)束語

采用短消息業(yè)務(wù)成直放站與控制中心的通信，實(shí)現(xiàn)了直放站的遙控，遠(yuǎn)程控制電源的通斷；遙測(cè)，遠(yuǎn)程測(cè)量各種開關(guān)量；遙調(diào)，遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)功率放大器的增益；遙訊，遠(yuǎn)程查詢采集各種模擬量。短消息業(yè)務(wù)具有永遠(yuǎn)在線、不需撥號(hào)、價(jià)格便宜、覆蓋范圍廣等優(yōu)勢(shì)，特別適用于需頻繁傳送小數(shù)據(jù)量的應(yīng)用，還適用于偏遠(yuǎn)地址、架設(shè)通信線路困難的地方。