一種短信控制的水浸報警系統設計

摘要：為了滿足在一些場所的溢水監測需求，利用GSM網絡的短信業務實現水浸報警并采用一種算術平均值濾波的軟件數字濾波方法抑制電磁干擾。硬件設計中，系統以MSP430單片機為控制器核心，以TC35模塊為短信無線收發器，并與水浸檢測模塊構成了系統的硬件平臺。軟件設計中，單片機通過UART串口向TC35模塊配置AT指令來控制短信的接收與發送，采集水浸檢測模塊的電壓值并存儲到單片機寄存器中作為觸發報警的條件。實現了短信方式的水浸報警，控制系統的水浸靈敏度調節，添加或刪除用戶手機號碼，以及自定義報警提示內容。系統滿足了溢水情況的短信報警需求，具有控制靈活、遠程報警的特點。
關鍵詞：GSM；水浸報警；MSP430；軟件濾波

0 引言
水浸報警系統多用在倉庫、圖書館、住宅等需要在有積水時報警的場所。如在待檢測的液體不同等一些特殊的應用上，則需要有可調節靈敏度的報警系統；有的報警系統既要滿足現場報警又要滿足遠程無線報警。
GSM(Global System for Mobile Communications)網絡的應用多集中在GSM手機通話和短信業務，短信息服務作為GSM網絡的一種基本業務，能夠在移動終端問發送和接收短消息，已得到越來越多的系統運營商和系統開發商的重視。現在越來越多的應用產品縮短了人與物之間溝通的距離，對現場的感知能力得到了極大的延伸。無論信道是否擁塞，短信業務提供了穩定的信息傳輸，因此保證了報警系統的穩定可靠。
本文設計的報警系統應用于生物實驗室的溶液溢出檢測，實驗人員可以通過短信控制報警系統的啟動與停用，配置濾波模式，添加新用戶以及自定義報警短信內容。當溶液溢出時，報警系統可以及時發送報警短信告知指定的實驗人員。短信控制方式充分利用GSM網絡的便利從而節省了系統的硬件資源，滿足了實驗室對于系統的低功耗、體積小等需求。

1 系統硬件結構
1．1 系統結構
報警系統如圖1所示，主要由單片機系統模塊，GSM模塊以及檢測模塊3部分組成。單片機采用TI公司的MSP430F5438；GSM模塊采用西門子公司的TC35；檢測模塊采用自制的電路板。

1．2 TC35模塊
TC35模塊是一款雙頻900 MHz／1 800 MHz的GSM網絡調制解調器。TC35模塊與外部處理器之間用RS 232串口連接，可以實現在GSM網絡應用平臺的語音和數據的無線傳輸。TC35模塊的工作電壓在3．3～5．5 V之間，發射功率1～2 W。TC35處理器包含了全部GSM協議棧，以UART接口方式與終端設備通信。應用TC35模塊開發的系統使用AT指令控制。
1．3 MSP430F5438單片機
MSP430系列單片機是美國德州儀器(TI)公司推出的16位超低功耗單片機，采用精簡指令集(RISC)結構，電源電壓1．8～3．6 V供電。芯片內集成了豐富的外設，如定時器、比較器、ADC和大量的接口單元，便于應用產品的設計開發。本文采用的MSP430F5438型號單片機，程序存儲空間256 KB，16 KB SRAM，工作于16 MHz外部時鐘，83個I／O，4個可配置USART以及16通道的12位ADC片內外設。
1．4 浸水檢測模塊設計
將檢測模塊的兩根導線置于待檢測水浸的區域中，如圖2所示，點A與ADC的輸人端相連，導線在垂直方向的相對高度不同，可以檢測不同高度的水位進行報警。當出現水浸時導線浸沒在水中形成通路導電，R2為水浸等效電阻。R1的選取應遵循幾個原則：首先，保證R1的分壓要高于環境干擾電壓和ADC采樣精度。

實測自來水等效電阻R2為300 kΩ，ADC參考電壓2．5 V，采樣精度為0．6 mV，環境噪聲干擾大約10 mV，因此R2的分壓應大于10 mV，可以得出R1的選取阻值應大于400 Ω。其次，應保證ADC輸入電阻不要太大。電阻R1／／R2越大，ADC采樣時間越長，采樣時間滿足：
tsample>(Rs+2 kΩ)ln213×40 pF+800 ns (1)
式中Rs為輸入電阻，當R1等于100 kΩ時，tsample>36μs。