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案例頻道1 引言
近年來，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)備受人們關(guān)注，尤其在設(shè)備的性能監(jiān)測和故障診斷領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。目前使用較多的是基于Internet, PSTN公用電話網(wǎng)或者現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式。但是在最近幾年，隨著數(shù)字無線通信技術(shù)的成熟，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)進(jìn)入一個新的發(fā)展階段。GSM網(wǎng)是目前我國應(yīng)用范圍最廣的數(shù)字移動通信系統(tǒng)，短消息SMS( Short Message Service)作為GSM通信網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)基本業(yè)務(wù)，能夠有效的完成信息的遠(yuǎn)程傳輸，已廣泛應(yīng)用于各種遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中。
SMS短消息服務(wù)是GSM系統(tǒng)中提供的一種GSM終端(手機(jī))之間，通過服務(wù)中心(Service Center)進(jìn)行文本信息收發(fā)的應(yīng)用服務(wù)，其中服務(wù)中心完成信息的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能。利用短消息進(jìn)行通信，不僅信號較穩(wěn)定，無同頻干擾，而且具有保密性好，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此，目前國內(nèi)外一些公司對采集點(diǎn)分散且相距較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)均采用了短消息的通信方式。
2 基于SMS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)傳輸方案
在筆者實(shí)際開發(fā)的變壓器紅外遠(yuǎn)程報警裝置中，就利用了短消息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。該遠(yuǎn)程報警裝置主要用于電力系統(tǒng)中的變壓器防盜報警。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中，根據(jù)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報警的功能，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要由現(xiàn)場控制設(shè)備（下位機(jī)），遠(yuǎn)程通信，監(jiān)控中心（上位機(jī)）三部分組成，其中遠(yuǎn)程通信，采用短消息SMS完成數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
下位機(jī)采用嵌入式微處理器ARM來控制和采集設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、報警信息，并以短消息的方式通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機(jī)，上位PC機(jī)通過GSM網(wǎng)絡(luò)接收短信，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析并以短消息方式發(fā)出控制命令，微處理器ARM接受控制命令對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。
圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
Fig. 1 Structure of remote supervision systems
3 實(shí)現(xiàn)SMS收發(fā)的硬件電路
短信收發(fā)電路的核心硬件是無線通信模塊，目前，國內(nèi)已經(jīng)開始使用的手機(jī)模塊有Falcom的A2D系列、Wavecome的WM02系列、西門子的TC35系列、中興的ZXCM18系列等，其中西門子TC35系列模塊性價比很高。本設(shè)計選用的是西門子TC35系列的TC35I，功能與TC35兼容并且具有國內(nèi)的無線電設(shè)備入網(wǎng)證，設(shè)計緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。TC35I與GSM 2/2+兼容、雙頻(GSM900 /GSM1800)、RS232數(shù)據(jù)口。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計。
為實(shí)現(xiàn)TC35I能夠完成系統(tǒng)短信收發(fā)功能，它的外圍電路設(shè)計如圖2，包含六個部分：電源電路、開機(jī)啟動電路、關(guān)機(jī)電路、SIM卡電路、工作狀態(tài)指示電路和數(shù)據(jù)輸入/輸出電路。TC35I通過RS232串口與處理器連接，微處理器(微機(jī))通過RS232串口向TC35I發(fā)送AT命令，可以控制模塊進(jìn)行設(shè)置，撥號以及模塊的短信收發(fā)。
圖2 手機(jī)模塊的外圍電路
Fig. 2 Periphery circuit of mobile telephone module
4 AT指令和SMS收發(fā)過程
短消息的接收和發(fā)送（手機(jī)模塊的工作），主要是微處理器ARM或上位PC機(jī)通過串口向手機(jī)模塊發(fā)送AT指令來控制完成的。GSM AT指令集由諾基亞、愛立信、摩托羅拉和HP等廠家共同為GSM系統(tǒng)研制的。GSM AT指令集包含對SMS的控制。
4.1 AT指令
TC35提供的命令接口符合GSM07.05中定義的AT指令，提供了移動平臺與數(shù)據(jù)終端之間的通用接口。在手機(jī)模塊收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的短消息時，能通過串口發(fā)送指示，數(shù)據(jù)終端設(shè)備也可以向手機(jī)模塊發(fā)送各種命令。表1列出了一些常用的與SMS相關(guān)的GSM AT指令。
表1與SMS相關(guān)的AT指令
Tab. 1 AT Command of SMS
4.2 SMS收發(fā)過程
根據(jù)GSM 07. 05的定義，AT指令對短消息的發(fā)送和接收共有三種模式:Block模式、基于AT命令的Text模式和基于AT命令的PDU模式。PDU模式不僅支持英文短消息也能發(fā)送中文短消息，由于要發(fā)送漢字信息，因此采用AT指令的PDU模式。實(shí)現(xiàn)短信收發(fā)的基本過程如下：
(1) TC35i初始化
AT+CMGF=0<CR>；設(shè)置PDU編碼模式
AT+CNMI=1.1.2<CR>；設(shè)置短消息到來自動提示
AT+CMGD=<index><CR>；將所有位置的消息刪除，準(zhǔn)備接收
(2)發(fā)送消息過程
1) AT+CMGS=<Len_ char><CR>；設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)長度;
2) 接收到“>”符號后開始發(fā)送短消息格式幀，以ASCII碼“1A”結(jié)束。格式幀中包含短消息服務(wù)中心地址、對方地址、消息生命周期以及需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容等。
(3)接收消息過程
1) MCU接收到新短消息信號后，發(fā)出讀取消息指令:
AT+CMGR=<index><CR>；
2)TC35i將返回短消息格式幀，包含對方地址，短消息服務(wù)中心地址，數(shù)據(jù)內(nèi)容，以及消息發(fā)送的時間等。程序從消息幀中分解出需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
3)從SIM卡讀出消息并處理后，要將其刪除:
AT+CMGD=<index><CR>；
5 SMS收發(fā)的軟件設(shè)計
系統(tǒng)程序軟件設(shè)計的重點(diǎn)在于處理器的編程。微處理器通過串口向TC35發(fā)送不同的AT指令，能完成多種功能，如網(wǎng)絡(luò)登錄、讀取SIM卡上電話號碼、發(fā)送SMS消息、接收SMS消息等。其主程序流程如圖3所示。
其中，初始化的工作包括設(shè)置串口速率、無線網(wǎng)絡(luò)登陸以及設(shè)置短信模式為PDU模式。由于在GSM標(biāo)準(zhǔn)中，中文編碼采用的是Unicode編碼，而不是目前國內(nèi)常用的GB-2312編碼，故還需要進(jìn)行中文編碼的轉(zhuǎn)換，才能顯示漢字字型。因此PDU編碼不僅包括按PDU的編碼規(guī)則產(chǎn)生PDU串，還包括Unicode編碼與GB-2312編碼之間的相互轉(zhuǎn)換。
圖3軟件流程圖
Fig .3 Flowchart of software system
6 結(jié)束語
使用GSM網(wǎng)SMS作為遠(yuǎn)程通信的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，克服了傳統(tǒng)通信方式的缺點(diǎn)，提高了通信的穩(wěn)定性，方便了系統(tǒng)擴(kuò)展，簡化了控制，并且能夠?qū)崿F(xiàn)多個手機(jī)模塊并行工作，大大提高了系統(tǒng)的性能。這種模式能夠方便地為各種規(guī)模的企業(yè)和單位搭建起一個廉價、方便的通信平臺，為建立遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)提供了有效的途徑。
參考文獻(xiàn)
[1] 周國祥，周俊等. 基于GSM的遠(yuǎn)程通信控制器研制及其應(yīng)用[J]. 計算機(jī)工程，2005，(10).
[2] Siemens TC35技術(shù)手冊. http://www.siemens.com/wm[EB/OL].
[3] 饒潔，黃華等. 基于GSM/SMS與Internet/PC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J]..計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2005，(4).
[4] 趙長奎. GSM數(shù)字移動通信應(yīng)用系統(tǒng)[M]. 北京:國防工業(yè)出版社，2001.
[5] 張申勇; 陳長清等. 一種基于SMS的移動通信網(wǎng)絡(luò)自動監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 計算機(jī)工程2005，(11).
[6] 馬潮. ATmega8原理及應(yīng)用[M]. 北京，清華大學(xué)出版社，2002.
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號