基于手機(jī)短信的溫度報(bào)警控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0  引言

GSM(GlobaI System for Mobile communication)系統(tǒng)是比較成熟完善，且應(yīng)用最為廣泛的一種基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)?；贕SM的短信息服務(wù)(SMS Short Message Service)是一種在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳送簡(jiǎn)短信息的無(wú)線應(yīng)用，是一種信息在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)寄的過(guò)程。由于公共GSM網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)都已實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，因此，建立上述系統(tǒng)不需再組建專用通信網(wǎng)絡(luò)，所以具有實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)功能的短信應(yīng)用得到了迅速普及。

溫度報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)是由單片機(jī)控制多個(gè)溫度采集模塊，并采集多個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行相應(yīng)的處理后，通過(guò)SMS上報(bào)。在實(shí)際應(yīng)用中，有很多場(chǎng)合都需要對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)控。

1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

手機(jī)短信溫度報(bào)警系統(tǒng)主要分為電源部分、GSM模塊、溫度采集和單片機(jī)四個(gè)部分。該系統(tǒng)可以監(jiān)控環(huán)境溫度是否在設(shè)定的范圍內(nèi)，若超出范圍，即可通過(guò)SMS給設(shè)定的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送報(bào)警短信。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。



本溫度采集部分采用AD590來(lái)采集溫度，采用精密電阻進(jìn)行I／V轉(zhuǎn)換再放大，同時(shí)采用ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。電源部分通過(guò)變壓器將交流220V轉(zhuǎn)為直流24V再轉(zhuǎn)為5V用于給其他部分供電。單片機(jī)控制采用AT89C51ED2單片機(jī)來(lái)采集數(shù)據(jù)并控制GSM模塊。GSM模塊采用Siemens的TC35T集成模塊。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 TC35T模塊

TC35是Siemens公司推出的新一代無(wú)線通信GSM模塊，利用它可以快速、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù)(Short Message Service)和傳真。該模塊的工作電壓為3.3～6.5 V，可以工作在900 MHz和1 800 MHz兩個(gè)頻段，其所在頻段的功耗分別為2W(900MHz)和1 W(1800 MHz)。該模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4 k，4.8 k，9.6 k的非透明模式。此外，該模塊還具有電話簿功能，可多方通話，并具有漫游檢測(cè)功能，其常用工作模式有省電模式和IDLE、TALK等模式。通過(guò)獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器可實(shí)現(xiàn)電源連接以及指令、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音信號(hào)及控制信號(hào)的雙向傳輸。通過(guò)ZIF連接器及50 Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。

TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口等六部分組成。作為TC35的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR和EFR語(yǔ)音信道編碼。TC35的結(jié)構(gòu)如圖2所示。



TC35T是SIEMENS公司推出的GSM專用調(diào)制解調(diào)器。TC35T已將TC35做到工業(yè)手機(jī)中，可在GSM網(wǎng)中完成語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、短消息以及傳真的傳送。TC35T具有標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)接口和完整的SIM卡閱讀器，因此使用非常簡(jiǎn)單。TC35T的主要特點(diǎn)如下：

◇可工作于GSM900／GSM1800雙頻段；

◇具有語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、短信傳真?zhèn)魉凸δ埽?br />
◇帶有模擬語(yǔ)音接口；
◇可以讀寫SIM卡；
   
◇帶有標(biāo)準(zhǔn)RS232接口；
   
◇工作范圍電壓8～30 V；
   
◇支持GSM phase2／2+；

◇支持AT命令。

2.2 AT89C51單片機(jī)

AT89C51ED2是CMOS單片8位微控制器80C51的高性能CMOS FLASH版本。AT89C51ED2包含1個(gè)64-Kbyte FLASH存儲(chǔ)區(qū)，可用于存儲(chǔ)代碼和數(shù)據(jù)。該存儲(chǔ)區(qū)可用并行模式編程，也可通過(guò)ISP或者軟件用串行模式編程。編程電壓通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)Vcc引腳由內(nèi)部產(chǎn)生。AT89C51ED2保留了Atmel 80C52的所有功能特性，包括256字節(jié)的內(nèi)部RAM，1個(gè)9源4級(jí)中斷控制器和3個(gè)定時(shí)／計(jì)數(shù)器。AT89C51ED2提供有2048字節(jié)的EEPROM，可用于數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)。此外，AT89C51ED2還包含可編程的計(jì)時(shí)器陣列和1個(gè)1792字節(jié)的XRAM、1個(gè)硬件看門狗定時(shí)器、SPI接口、鍵盤中斷以及1個(gè)更加通用的串行接口，以便于多處理器通信(EUART)和加速機(jī)制(X2 Mode)。

AT89C51ED2的全靜態(tài)設(shè)計(jì)可減少系統(tǒng)功耗，它允許時(shí)鐘頻率降至任何數(shù)值(包括DC)，而不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)損失。AT89C51ED2有兩種軟件可選的工作模式，故可降低8位時(shí)鐘分頻器的活動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)一步減少功耗。在空閑模式下，CPU被凍結(jié)，外設(shè)和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。而在掉電模式，RAM內(nèi)容被保存，此時(shí)其他所有功能都無(wú)效。

從上述描述可以看出，AT89C51ED2能夠滿足此系統(tǒng)的要求。AT89C51ED2的其它特性如下：

◇兼容80C52；
   
◇兼容8051指令系統(tǒng)；
   
◇有6個(gè)8位I／O口(64腳或68腳版)；
   
◇有4個(gè)8位I／O口(44腳版)；
   
◇有3個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器；
   
◇具有256 Bytes陜速緩存RAM；

◇具有9個(gè)中斷源，4級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)；

2.3 AD590溫度傳感器

AD590是一款2端口集成溫度傳感器，它可產(chǎn)生與絕對(duì)溫度成比例的輸出電流。在4～30 V的電源電壓范圍內(nèi)，AD590以1μA／K的比例，可作為高阻抗的恒定電流調(diào)節(jié)器。AD590可用于150℃以下的溫度傳感應(yīng)用中，這是目前常規(guī)電子溫度傳感器的工作范圍。單片集成電路的天生低成本，加上無(wú)需外圍支持電路，使得AD590成為許多溫度測(cè)量場(chǎng)合最具吸引力的選擇方案。此外，線性電路，精確電壓放大器，熱阻測(cè)量電路以及冷接點(diǎn)補(bǔ)償?shù)鹊入娐?，在AD590應(yīng)用中都不再需要。AD590的特性如下：

◇線性電流輸出：1μA／K；

◇寬溫度范圍：-55℃～+150％；

◇電源電壓范圍為4～30V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓；   

◇具有高輸出阻抗，可以承受電源漂移和紋波；

◇具有多個(gè)精度可供選擇。

3  軟件設(shè)計(jì)

3.1  總體流程

開機(jī)上電后，首先由主程序進(jìn)行單片機(jī)和GSM模塊的初始化。單片機(jī)的初始化包括設(shè)置串口工作方式、波特率，并可初始化變量參數(shù)和標(biāo)志位。GSM模塊初始化包括重新啟動(dòng)、關(guān)閉回顯、設(shè)置在TEXT模式下在返回值中不顯示詳細(xì)的頭信息、選擇短信格式為TEXT模式、開放串口中斷準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，然后啟動(dòng)ADC采集溫度數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，最后進(jìn)行判斷是否報(bào)警。其系統(tǒng)總體軟件流程如圖3所示。



3.2  TC35T控制命令

SIEMENS公司的TC35T模塊均支持GSM07.05規(guī)定的AT指令集。利用其串行接口，單片機(jī)可以向模塊發(fā)送一系列的AT指令，從而達(dá)到控制該模塊發(fā)送SMS的目的。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)，編程必須注意，它發(fā)送指令與接收到的響應(yīng)都是字符的ASCII碼。用單片機(jī)控制GSM模塊收發(fā)短信息所涉及到的AT指令如表1所列。



GSM的短信息業(yè)務(wù)SMS主要利用信令信道傳輸，這是GSM通信網(wǎng)所特有的。它不用撥號(hào)建立連接，而只是把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短信息服務(wù)中心，經(jīng)短信服務(wù)中心完成存儲(chǔ)后再發(fā)送給最終的信宿。所以，當(dāng)目的GSM終端沒開機(jī)時(shí)，一般信息都不會(huì)丟失。每個(gè)短信的信息量限制為160字節(jié)。通過(guò)單片機(jī)控制TC35T發(fā)送SMS的子程序流程圖如圖4所示。


4 結(jié)束語(yǔ)

本文著重介紹了利用GSM網(wǎng)絡(luò)的SMS來(lái)給出溫度報(bào)警的監(jiān)控系統(tǒng)，給出了具體的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的溫度報(bào)警，更能利用GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警和多點(diǎn)溫度監(jiān)控。在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，很多場(chǎng)合都需要對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控，因此該系統(tǒng)有很好的應(yīng)用前景。