基于GSM網絡的智能監控模塊設計

摘要：利用GSM網絡作為無線智能監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絡和維護網絡，加上GSM網絡覆蓋面廣，可實現全球無縫覆蓋，與傳統的監控系統相比有著獨特的優勢。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、遠程監控、無人值守設備的維護及現代自動化生產線的監控等領域。

關鍵詞：智能監控；TC35； GSM； 單片機；89C52

引言

隨著計算機與通信技術的高速發展，新技術和智能設備層出不窮，使得無線方式智能監控的實現成為可能。筆者設計了一種運用GSM（全球移動通信系統）網絡短消息進行通信的通用智能監控模塊，可廣泛地應用在智能家居防盜、遠程監控、無人值守設備的維護及現代自動化生產線的監控等領域。傳統的監控系統通常都是一個以計算機為中心的監測控制與調度自動化系統，而本文所闡述的智能監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作為監控調度中心，而且可直接使用手機作為監控中心，這樣就無需編寫監控中心的軟件，而是通過GSM網絡短消息便可完成對智能模塊的通信和設置，從而達到監控的目的；智能監控模塊的通信采用無線方式，由于GSM網絡已在全球范圍內實現了聯網和漫游，而且安全保密性高，因此建立上述系統不需要組建專用的網絡，也不需要維護網絡。

1 設計原理

整個智能監控系統由GSM網絡、智能監控模塊和監控者(手機)組成，系統原理如圖1所示。智能模塊采用89C52型單片機并結合外圍電路實現對8路模擬輸入量的數據采集和監控，采集數據經過單片機處理后，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網絡的短消息中心以短消息的形式與監控者進行通信，監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，以及發送短消息查詢命令查詢其監控情況，從而達到無線監控的目的。同時利用89C52的外部中斷功能對外界的8路數字輸入量的突發事件進行監測。如果發生突發事件，中斷源立即產生中斷，89C52就會執行相應的報警程序。報警信息以AT命令的形式寫入TC35并通過短消息發送到監控者手機上，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。因為短消息的發送有可能會延遲。為了確保監控系統的可靠性，應在發送完短消息報警后再通過無線模塊給監控者撥打電話，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，為數據、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、數據通信電路、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位數據位、1位停止位，無奇偶校驗。由于TC35的數據接口工作在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(數據)。ZIF連接器的SYNC腳控制燈的狀態，以此判斷TC35的工作狀態。系統加電后，為使TC35進入工作狀態，必須給IGT加一延時大于100ms的低脈沖，電平下降持續時間不可超過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控軟件的開發要求，如果存儲器資源不夠，還可通過74HC373型鎖存器擴展外部數據和程序存儲器。

(2)模擬量輸入由89C52外接一個ADl674型12位MD轉換器來實現。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。將該電路的狀態信號線接至89C52的P3.3，供89C52查詢A/D轉換狀態。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或PC機進行數據交換。

(4)監控軟件固化在89C52的E2PROM中,為保證智能模塊能夠對監控對象的突發情況進行實時處理，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實時處理，同時還可通過P2口控制8路數字開關量的輸出。以對監控對象的突發情況進行反控制，比如切斷電源等。外部監控的數字開關量較多時，可以在原硬件電路上擴展一個或多個8259，8259可對8級中斷請求實行優先級管理，若外設中斷請求數目多于8個，則可使用多個8259。

3 軟件設計

監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，系統就會調用聲音報警子程序；有SIM卡則繼續檢查移動運營商，之后再對TC35進行初始化，主要是用AT命令初始化發送方式、設置短信中心號碼和登錄網絡的測試。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，可以實現數字和字符的直接收發，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送。

4 結束語

以上介紹的智能監控模塊是利用GSM短消息進行監控，具有投資少、成本低、可靠性高等特點，在一些對操作和監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，開發周期短，因而應用前景十分廣闊。