基于SIM900A的GSM远程监控系统设计

基于SIM900A的GSM远程监控系统设计摘要：为实现对设备的远程监控，方便管理人员对设备的远程控制并及时了解故障信息，设计了一款基于GSM技术的短信息无线监控系统。系统以SimCom公司的SIM900A模块和STC12C5A32S2单片机为核心，进行软硬件设计，介绍单片机控制SIM900A模块所使用的AT指令和短信TEXT（文本）模式接收和PDU（中文）方式发送数据格式。设计的系统运行稳定可靠，并成功的应用在仓库的温度控制项目中。关键词：远程监控；GSM；短信；AT指令；PDU中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044（2014）15-3500-04DesignofGSMRemoteMonitoringSystemBasedonSIM900AWANGMing-xin（StatePressandPublicationRadioAdministrationofNo.2022，Kashi844000，China）Abstract：Inordertoachieveremotemonitoringofequipment，tofacilitatetheremotecontrolofdevicesandtokeepabreastoffailureinformation，itdesignsashortmessagewirelessmonitoringsystembasedonGSMtechnology.SystemusesSimCom'sSIM900AmodulesandSTC12C5A32S2microcontrollerascoretodesignhardwareandsoftware，itintroducesformatsofsingle-chipcontrolmoduleSIM900AusingATcommandsandSMSTEXT（text）modetoreceiveandPDU（Chinese）tosenddata.TheDesignedsystemoperatedstableandreliableandsuccessfullyappliedinawarehousetemperaturecontrolledproject.Keywords：remotemonitoring；GSM；messaging；ATcommands；PDU采用GSM的短信功能，可以使信息及时传递，且由于短信服务费用低廉，在多个行业中，尤其在远程监控方面，已得到了广泛使用。随着数字无线通信技术的成熟和GSM/GPRS/CDMA公用网络的完善，远程监控技术进入一个新的发展阶段。GSM是第二代移动通信技术，使用的是时分多址的变体，并且它是目前三种数字无线电话技术（TDMA、GSM和CDMA）中使用最为广泛的一种。短信息服务SMS（shortmessagingservice）作为GSM网络的一种基本业务，已经得到越来越多的重视。基于短信息的远程无线通信技术在远程监控方面发挥着重要的作用。该文基于SimCom公司的紧凑型模块Sim900A和STC12C5A32S2单片机设计一款无线监控系统，支持PDU（中文）方式收、发短信，可以广泛应用于远程监控和嵌入式系统中。1系统结构与工作原理系统主要由电源模块、数据采集与控制输出模块、单片机与SIM900A模块接口等模块组成。如图1所示。终端在正常运行后实时监视温度变化，并与设定的温度上、下限进行比较，若温度在上、下限范围内时，单片机控制通风窗和通风电机保持预定状态；若温度超出上限或低于下限，单片机控制通风窗和通风电机打开运行或关闭，并将当前的温度值和工作状态按照目标手机号码发送短信。2系统硬件设计2.1电源模块设计由于SIM900A模块的工作电压为3.4-4.5V，在信号传输时会猝发电压跌落，这时电流损耗的峰值会达到2A，因此电源必须能够提供足够到2A的电流。所以本设计选用一个外接9V2A的电源适配器，再使用LM2596-ADJ开关电压调节器进行降压至4.2V。STC12C5A32S2的工作电压为5V，使用LM2596-5.0开关电压调节器降压获取5V电源。如图2所示。以LM2596-ADJ和LM2596-5.0开关电压调节器为基础的电源电路，具有功耗低，效率高等特点。电路有很高的输出线性，输出电流可达3A，满足终端系统的大电流工作要求。适配器电源通过LM2596-ADJ模块调整为4.2V单独给SIM900A模块供电，通过LM2596-5.0模块调整为5V给单片机及外围模块供电。2.2数据采集与控制输出模块接口设计DS18B20单总线数字温度芯片可以使用5V供电，所以其总线端口可与单片机直连通信。单片机的端口高电平输出能力较弱，低电平灌电流能力较强，能达到20mA。为了降低芯片的功耗，本设计采用端口低电平驱动PNP型三极管放大电路驱动5V继电器，由5V继电器控制220V的接触器接通和断开电动机工作；继电器将二次回路和一次回路产生有效的隔离，防止交流电对控制电路的干扰。2.3单片机与SIM900A模块通信接口设计由于单片机和SIM900A模块的电平不匹配，所以在两模块的串口不能直连。单片机的TXD和RXD端口设置为开漏输出方式，使用4.2V电源串10K电阻将串口线上拉。如图3所示。3系统软件设计3.1数据采集程序单片机同时也要实时采集DS18B20的温度，并判断温度是否超出设定的上下限温度值。如果温度高于上限或低于下限时，控制外设开启或关闭通风窗和电动机工作。单片机与DS18B20的温度采集程序如下：uintget_temper（）{ucharT_H，T_L；uinttemp；//判断DS18B20是否存在if（ds18b20_reset（））{//跳过ROM指令ds18b20_write_byte（0xcc）；//启动转换ds18b20_write_byte（0x44）；if（ds18b20_reset（））{//跳过ROM指令ds18b20_write_byte（0xcc）；//读取温度值指令ds18b20_write_byte（0xbe）；//先读取低8位T_L=ds18b20_read_byte（）；//后读取高8位T_H=ds18b20_read_byte（）；if（T_H&0x08）//判断温度正负T_sign=1；//温度值为负数elseT_sign=0；//温度值为正数//温度值换算，为便于使用数据，//保留一位小数乘10得到整数temp=（（T_H&0x07）*256+T_L）*10*0.0625；}}returntemp；}3.2单片机控制SIM900A模块通信程序3.2.1单片机通过SIM900A模块接收中文短信单片机串口首先向SIM900A模块发送AT+CNMI=2，1＼r＼n和AT+CMGF=1＼r＼n（TEXT模式）。在终端系统正常运行中，当单片机串口接收到“+CMTI：MT，1”（1表示短信序号）字符串时，发送AT+CMGR=1＼r＼n读取短信，短信内容部分为Unicode码，可以使用Unicode码汉字对照表直接解析短信内容。Unicode码转汉字核心代码如下：voidunicode_hanzi（uchar*pdu）{uchara，i，j，k；a=strlen（pdu）/4；for（i=0；i{for（j=0；jun_to_han；j++）{if（（pdu[i*4]==hz_unicode[j].unicode[0]）&&（pdu[i*4+1]==hz_unicode[j].unicode[1]）&&（pdu[i*4+2]==hz_unicode[j].unicode[2]）&&（pdu[i*4+3]==hz_unicode[j].unicode[3]））{for（k=0；k2；k++）{pdu[i*2+k]=hz_unicode[j].hanzi[k]；}pdu[i*2+k]='＼0'；break；}}}}3.2.2单片机按照接收的短信内容执行相应工作提取目标手机号码、上限和下限温度数据，将数据保存至单片机内部EEPROM中并将接收的短信内容回发到目标手机上。单片机每次重开机或断电重启之后均读取上一次保存的数据。STC12C5A32S2单片机保存和读取内部EEPROM中数据的部分程序代码如下：1）扇区擦除函数voidiap_erase_sector（uintaddr）{IAP_CONTR=0x82；//使能ISP/IAP功能并设置等待时间IAP_CMD=3；//对eeprom擦除命令IAP_ADDRL=addr；IAP_ADDRH=addr8；IAP_TRIG=0x5a；//操作命令触发器IAP_TRIG=0xa5；_nop_（）；iap_disable（）；}2）向EEPROM写字节函数voidiap_writebyte（uintaddr，uchardat）{IAP_CONTR=0x82；//使能ISP/IAP功能并设置等待时间IAP_CMD=2；//从eeprom中写入字节IAP_ADDRL=addr；IAP_ADDRH=addr8；IAP_DATA=dat；IAP_TRIG=0x5a；//操作命令触发器IAP_TRIG=0xa5；_nop_（）；iap_disable（）；}3）从EEPROM中读取一字节函数uchariap_readbyte（uintaddr）{uchardat；IAP_CONTR=0x82；//使能ISP/IAP功能并设置等待时间IAP_CMD=1；//从eeprom中读取字节IAP_ADDRL=addr；IAP_ADDRH=addr8；IAP_TRIG=0x5a；//操作命令触发器IAP_TRIG=0xa5；_nop_（）；dat=IAP_DATA；iap_disable（）；returndat；}3.2.3单片机通过SIM900A模块发送中文短信单片机实时读取当前温度并与上下限温度值比较，当温度超出设定的上下限值时，单片机控制外围电路打开或关闭通风窗和风机设备，提取当前温度值、通风窗和风机设备状态信息编辑成Unicode码，使用PDU（中文短信）方式通过SIM900A向目标手机发送短信。提醒用户当前终端系统环境温度和工作状态。及时控制环境温度回落至正常状态后恢复预定工作状态。在终端系统发送中文短信前单片机向SIM900A模块发送指令AT+CMGF=0＼r＼n（设置PDU模式），然后将要发送的中文短信进行PDU编码。编码格式如表1所示。91：表示国际化。683110909605F0-短信中心号码长度为奇数时补F，再进行奇偶数交换＼&11000D91＼&1100：固定。0D：手机号码长度。91：发送到手机，到小灵通为81＼&683132990333F9＼&目的手机号码，长度为奇数时补F，再将奇偶数位调换。＼&0008A7＼&固定＼&0C＼&短信内容字符串长度除2取低两位转换为十六进制。＼&98CE673A5DF2517395EDFF0C＼&短信内容（Unicode码）：风机已关闭，＼&]单片机串口发送AT+CMGS=x＼r＼n，其中x为从11000D91开始的字符串长度处理成十进制形式的字符串x=54/2=27。等待SIM900A模块返回“”后，将PDU码发送即可；单片机从串口随后接收到“OK”字符串后表示短信发送完成。4结束语基于SIM900A的GSM无线数据传输，在传输数据量少，工作环境比较恶劣，时效性要求不是很高的场合非常适用。本系统已在仓库的温控项目中得到了良好的应用。整个系统无需额外铺设通信线缆，节约成本，能够广泛应用于远程监控系统中。参考文献：[1]何金枝，毛海燕，周国运.基于单片机的GSM远程温度控制器设计[J].制造业自动化，2012（34）：128-131.[2]余肖勇，杨邦荣，张勇.基于GSM监控远程目标的关键技术与应用[J].企业技术开发，2005（24）：3-18.[3]陈克力.基于ARM的GSM远程监控系统[J].微计算机信息，2008（24）：270-292.[4]减怀泉，李海生，