基于GSM网络的智能监控模块设计

摘要：利用GSM网络作为无线智能监控模块的信息传输平台是一种很有效的方法。其原理简单，安全保密性高，又不需要组建专用网络和维护网络，加上GSM网络覆盖面广，可实现全球无缝覆盖，与传统的监控系统相比有着独特的优势。给出相应的硬件结构原理和软件工作流程。整个智能模块主要由89C52型微控制器、外围电路和TC35型无线模块构成，可广泛用于智能家居防盗、远程监控、无人值守设备的维护及现代自动化生产线的监控等领域。 关键词：智能监控；TC35； GSM； 单片机；89C52 引言 随着计算机与通信技术的高速发展，新技术和智能设备层出不穷，使得无线方式智能监控的实现成为可能。笔者设计了一种运用GSM（全球移动通信系统）网络短消息进行通信的通用智能监控模块，可广泛地应用在智能家居防盗、远程监控、无人值守设备的维护及现代自动化生产线的监控等领域。传统的监控系统通常都是一个以计算机为中心的监测控制与调度自动化系统，而本文所阐述的智能监控模块是以一种通用模块的形式来设计的，不仅可以用一般的PC作为监控调度中心，而且可直接使用手机作为监控中心，这样就无需编写监控中心的软件， 而是通过GSM网络短消息便可完成对智能模块的通信和设置，从而达到监控的目的；智能监控模块的通信采用无线方式，由于GSM网络已在全球范围内实现了联网和漫游，而且安全保密性高，因此建立上述系统不需要组建专用的网络，也不需要维护网络。 1 设计原理 整个智能监控系统由GSM网络、智能监控模块和监控者(手机)组成，系统原理如图1所示。智能模块采用89C52型单片机并结合外围电路实现对8路模拟输入量的数据采集和监控，采集数据经过单片机处理后，通过RS-232异步串行通信写入TC35型无线模块，通过AT命令，并通过GSM网络的短消息中心以短消息的形式与监控者进行通信，监控者也可用短信息的命令形式去设置以单片机为核心的智能模块，以及发送短消息查询命令查询其监控情况，从而达到无线监控的目的。同时利用89C52的外部中断功能对外界的8路数字输入量的突发事件进行监测。如果发生突发事件，中断源立即产生中断，89C52就会执行相应的报警程序。报警信息以AT命令的形式写入TC35并通过短消息发送到监控者手机上，以便用户采取相应的处理措施。对于特别紧急的事件可以直接拨打报警电话。因为短消息的发送有可能会延迟。为了确保监控系统的可靠性，应在发送完短消息报警后再通过无线模块给监控者拨打电话，并由89C52控制ISD4004型语音电路播放预先存储在语音电路的报警信息。 2 硬件设计 TC35型无线模块是德国Siemens公司研制的，该模块集射频和基带电路于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，以方便用户的应用开发及设计。TC35的正常运行需要相应的外围电路与其配合。TC35有40个引脚，通过ZIF连接器分别与电源电路、启动与关机电路、数据通信电路、语音通信电路、SIM：卡电路等连接。 89C52与TC35之间通过异步串行接口进行通信，通信速率为9600b／s,具有1位起始位、8位数据位、1位停止位，无奇偶校验。由于TC35的数据接口工作在CMOS电平,接口电平为3.3V～5.5V，而89C52单片机串口工作在TTL电平，工作电压范围一般比TC35宽，故应在89C52和TC35之间加电平转换电路和电平限制电路。若无电平转换，则有可能使智能模块的性能不太稳定。ZIF连接器给SIM卡接口提供6个引脚，其中CCIN用来检测SIM卡是否插好，其他5个引脚分别为ccvcc(电源，2．9v)、CCGND(地)、CCRST(复位)、CCCLK(时钟)和CCIO(数据)。ZIF连接器的SYNC脚控制灯的状态，以此判断TC35的工作状态。系统加电后，为使TC35进入工作状态，必须给IGT加一延时大于100ms的低脉冲，电平下降持续时间不可超过lms；启动后，IGT应保持高电平(3.3V)：驱动IGT时，TC35的供电电压不能低于3.3V．否则TC35不能被激活。 智能监控模块的硬件结构如图2所示，它具有以下特点： (1)89C52内有8K E2PROM、256B RAM、4个8位并行口、3个16位定时计数器、1个串行全双工异步接口、6个中断源，这些资源基本上能够满足一般中型监控软件的开发要求，如果存储器资源不够，还可通过74HC373型锁存器扩展外部数据和程序存储器。 (2)模拟量输入由89C52外接一个ADl674型12位MD转换器来实现。ADl674自带采样保持器，可直接与被转换的模拟信号相连，而且转换精度高、速度快、性价比高。将该电路的状态信号线接至89C52的P3.3，供89C52查询A/D转换状态。另外，在ADl674的信号输入端接一个AD7501型8选l的多路模拟开关，将模拟信号的输入扩展为8路，从而实现8路模拟信号的采集。 (3)89C52通过8251和MAX232型电平转换器为智能模块扩展了一个串口给用户，通过扩展串口可以与其他嵌入式系统或PC机进行数据交换。 (4)监控软件固化在89C52的E2PROM中,为保证智能模块能够对监控对象的突发情况进行实时处理，89C52的P1口8根口线通过4078型或非门接至中断源INT0；这样，这8个I／0口一旦有信号输入则会引起中断，从而通过中断服务程序实现实时处理，同时还可通过P2口控制8路数字开关量的输出。以对监控对象的突发情况进行反控制，比如切断电源等。外部监控的数字开关量较多时，可以在原硬件电路上扩展一个或多个8259，8259可对8级中断请求实行优先级管理，若外设中断请求数目多于8个，则可使用多个8259。 3 软件设计 监控软件在平时不断检测各报警点的信号，当有异常情况时，智能模块自动发出报警信息和拨打报警电话进行语音报警，当然也可接收监控者的控制指令。软件流程如图3所示，其中89C52的初始化包括通讯串口初始化、A／D通道初始化、外部控制标志位的初始化等。 在TC35初始化之前要用定时器延时约5s，等待TC35自检完毕，然后检查SIM卡，如果检查到无SIM卡，系统就会调用声音报警子程序；有SIM卡则继续检查移动运营商，之后再对TC35进行初始化，主要是用AT命令初始化发送方式、设置短信中心号码和登录网络的测试。特别需要注意的是：不能给SIM卡设置开机密码，否则不能正常登录到GSM网络，还有在收到短消息命令后必须先判断是否是手机预设号码，如果是就处理，否则删除。由于GSM网络有较好的安全及保密性，所以在软件设计时不需要考虑安全方面的问题，监控软件在外界干扰强烈的情况下有可能跑飞，为了使跑飞的程序恢复正常，可采用定时计数器T1来完成类似于软件看门狗的功能．定时时间可设置为监控软件完成1次全过程时间的2～3倍。 TC35采用AT命令，89C52可以通过正确的AT指令对TC35进行初始化和短消息的接收与发送。对短消息的控制有三种模式：Block模式、PDU模式和Text模式。使用Block模式需要手机生产厂家提供驱动支持，目前已被PDU模式所取代；Text模式比较简单，可以实现数字和字符的直接收发，但Text模式不支持中文；PDU模式是将GB2312的中文编码转换为Unicode编码，容易实现中文编解码。本设计主要传送中文信息，为了编程方便，使用PDU模式进行短消息的接收和发送。 4 结束语 以上介绍的智能监控模块是利用GSM短消息进行监控，具有投资少、成本低、可靠性高等特点，在一些对操作和监控的实时性要求不特别苛刻的情况下具有很高的性价比，再加上应用范围广，开发周期短，因而应用前景十分广阔。