基于GSM短消息的远程监控报警系统(已处理).doc
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基于GSM短消息的远程监控报警系统
摘要本文是提出了一种基于GSM短消息的远程监控报警系统在给出系统的总体设计的基础上设计了系统的硬件、软件并对其应用领域作了一些探讨和研究利用GSM网络作为无线智能控制报警系统的信息传输平台是一种很有效的方法其原理相对简单安全保密性高网络覆盖面广因此与传统的监控系统相比有着其相对独特的优势
系统以GSM网络作为远程信号的传输平台通过手机向设备发送特定指令的短信设备根据短信内容进行外围部件控制本文对GSM网络体系结构作了详细的讲解并且着重讲述对于本课题相对重要的短消息业务的通信原理数据的传输方式最主要是短消息方式短消息的发送和接收是通过AT指令来实现的本文讲述了常见的AT指令及其使用方法
在系统的硬件设计中对主要硬件TC35i和单片机ATMEGA8及其外围电路进行了比较详细的讲述系统硬件包括GSM通信单元TC35i经过信息处理单元ATMEGA8单片机电源单元显示单元报警系统等系统的软件设计主要包括单片机初始化模块初始化短信提取报警电路显示论文的最后的部分以GSM短消息的远程控制系统为基础设计出了一套基于GSM短消息的远程控制报警系统并给出了此系统应用领域的一些探讨和研究
关键字GSMATMEGA8远程控制AT指令
RemoteMonitoringRlarmSystemBasedOnGSMShortMessage
UndergraduateSupervisoChenHao
AbstractInthispaperaremotecontrolsystembasedontheGSMshortmessagegiventheoverallsystemdesignbasedonthedesignofthesystemhardwareandsoftwareanditsapplicationsmadetoexploreandstudyGSMnetworkastheplatformoftheremotesignaltransmissionMadeontheGSMnetworkarchitectureindetailandhighlightedtheplightoftheCommunicationTheoryoftheShortMessageServiceisveryimportantforthistopicDatatransmissionshortmessagethereceivingandsendingofshortmessagesthroughATcommandsaboutthecommonATcommandsandtheiruse
ThesystemhardwaredesigndetailaboutthemajorhardwareTC35一andtheATMEGA8microcontrolleranditsperipheralcircuitsThesystemhardwareconsistsofGSMcommunicationunitTC35一theinformationprocessingunittheATMEGA8single-chippowersupplyunitdisplayunitsisolationcontrolunitSystemsoftwaredesignincludingchipinitializationmoduleinitializationSMSextractionrelaycontroldisplayThelastpartofthepaper-basedremotecontrolsystemoftheGSMShortMessagetodesignaremotecontrolsystembasedontheGSMshortmessageandgivessomeapplicationsofthissystemtoexploreandstudy
KeywordsGSMATMAGE8RemoteControlATcommand
目录
1．绪论 1
11研究背景及其意义 1
12基于短消息的远程控制系统国内外发展 2
2．系统设计方案 3
21系统总体方案设计 3
22GSM模块选择 4
23控制单元模块的选择 4
24电源模块的选择 4
3．硬件设计 5
31电源模块 5
32单片机控制模块 6
33GSM模块 6
comGSM模块简介 6
comGSM模块接口 7
comGSM模块指示灯 8
comSIM卡电路 8
comGSM模块开关机 9
34显示模块 9
35外围模块 9
36传感器模块 10
4．基于短消息的远程控制系统软件设计 11
41软件初始化 11
42短信操作 11
5．基于短消息的远程控制系统整机调试 12
6．结论 13
7．参考文献 14
致谢 15
附录 16
1．绪论
11研究背景及其意义
短消息业务SMS作为GSMGlobalSystemforMobilecommunication网络的一种业务以其相对简单费用较低廉覆盖范围广实现比较简单得到了许多的系统运营商和系统开发商的重视基于短消息业务的各种应用也蓬勃发展起来了短消息业务和语音及传真是GSM网络提供的主要电信业务它通过无线控制信道进行传输在经过短消息中心完成存储和转发功能上每条短消息的信息量140bit在短消息的可靠传递基础上GSM专业调制解调器的出现给GSM的发展注入了更加新的活力它改变了传统的以语音为主的通信手段让GSM网络数据通信得到了广泛的应用目前市场上提供的GSM调制解调器和模块提供了RS232标准数据接口采用AT指令控制符合ETSI标准GSM0707和GSM0705基于这种技术以GSM网络作为无线传输平台可以开发出了多种应用领域
目前的远程控制主要是以下几种方式短距离长线控制通过市话网通过Internet网络通过自组网络CDPD网通过数传电台方式短距离长线控制与通过自组网络CDPD网首先要自行建设通信网络建网初期投资比较巨大运营期间自主维护耗费人力物力也较大信号质量得到了保证效果好相对运营费用高通过市话网和Internet方式以现有的网络为主要依托无需自行组建通信网络但是由于市话网和Internet难以达到工业现场覆盖面接入网络受到限制局限性相对大网络运行效果取决于网络运营商线路安全不能得到保证其通信效果较好信号量相对大运营费用相对低廉数传电台出现比较早应用很广泛是一种比较不错的无线数传方式但是建网初期投资相对巨大数传电台的传输范围有限而且更加容易受到空间无线信号的干扰信号不能得到保障但数传电台信号传输实时性好运行费用低廉
远程控制系统应用非常广泛遍及了国民经济的很多领域而目前这些控制系统无论从成本可靠性稳定性使用方便性还是维护的难易程度等很多方面都不能最大限度的让人满意因此本文把GSM网络引入到远程控制系统中提出了基于GSM短消息的远程控制报警系统GSM网络是现在基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟完善的覆盖面最广的功能最强的用户最多的移动通信网络GSM短消息业务不再需要建立拨号连接只需要把待发的消息加上目的地址发送到短消息中心再把短消息中心转发成最终目标运用GSM短消息实现远程控制可靠性高信号传播距离比较远覆盖面积广而且可以节省建网初期的巨额投资运营期间不需维护网络运行费用低
12基于短消息的远程控制报警系统国内外发展
基于GSM的短信息服务是一种对移动网络上传送简短信息的无线应用是一种信息对移动网络上的储存与转寄的过程由于GSM网络全国范围内联网和漫游具有网络能力强的特点用户无需另外组网在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵建网费用和维护费用同时它对用户的数量也没有限制克服传统的专网通信系统投资成本大维护费用高且网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷比起传统集群系统在无线网络覆盖上具有无法的优势加上GSM的SMS本身具备的数据传送功能都使得这些应用得到迅速的普及利用GSM短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能性能稳定为远程数据传送监控设备的通信提供一个强大的支持平台GSM短信息系统智能家居控制从上世纪80年代兴起于欧美日本并在90年代末进入国内经过十年的孕育与发展特别是住宅产业的进步小区智能化系统在中国显现出风雨欲来的征候
近几年以来随着房地产业的火爆给国内智能领域带来发展的机遇众所周知中国人口众多城市住宅建设也多选择密集型的住宅小区方式很多房地产商会站在整个小区的角度来看智能化也就出现了一统天下无所不的智能小区的模式
智能家居是以住宅为平台集服务系统结构管理控制一体利用先进的网络通讯技术电力自动化技术无线电技术计算机技术将居家生活有关的各种设备有机结合起来通过网络化的综合管理家中设备来创造一个优质高效环保安全便利节能舒适健康的居住生活环境空间
智能家居在保持传统的居住功能的基础上摆脱被动模式成为具有能动性智能化的现代工具它不仅提供全方位的信息交换功能优化了人们的生活方式居住环境帮助人们有效地安排时间节约各种能源实现家电如空调热水器等控制窗帘自控照明控制防盗报警定时控制及电话远程控制计算机控制室内外遥控等
智能化家居给创造一个简便的生活方式舒适的生活环境的家居控制手段这样一智能化家庭生活平台这智能化家庭生活平台采用智能家居网络技术操作非常简便用一个手持无线遥控器甚至任何一个电话计算机就能控制家中所有的灯家电调节室内温度设置不同时间窗帘开关控制甚至在外出的汽车上在遥远的外地都能通过这系统达到想控制家中的任何系统目的
智能家居控制系统采用先进的电力线载波通讯技术其产品部件安装时须对家中已有的居住环境进行大幅度的改造需复杂的布线及添置新的设备材料只要产品模块接入家中220V电力线网络可形成控制系统系统采用模块式设计使用简单的编码指令可轻松进行以低廉的价格安装了基本系统后再根据需要扩展增更多的功能设置进行系统功能添加达到的需求该系统扩充性非常强大
智能家居是住宅智能化的核心部分严格意义上讲智能家居系统也是智能小区系统中的一部分智能小区相似智能家居在住户内部同样也是一多功能的系统多子系统可协同配合目前最流行也比较实用的功能子系统有智能照明系统家庭安防系统智能电器控制系统电动窗帘系统等1设计方案模块
此设计是一个基于GSM模块的远程监控报警系统GSM就是globalsystemformobilecommunications电信全球通全球移动通信系统也称泛欧数字式移动通信系统是一种根据欧洲电信标准协会出版GSM技术规范建造的国际无线蜂窝网GSM模块是将GSM射频芯片存储器功放器件基带处理芯片集成在一块线路板上具有独立的基带处理GSM射频处理并提供标准接口的功能模块
图1-1总设计框图
22GSM模块选择
我们设计此系统的前提是基于短信方式简单使用方便价格低的实用性系统而且不需要大批量数据通信使用的GPRS通信功能因此我们有两种选择TC35模块和TC35i模块TC35和TC35i功能相似但是随着西门子公司对TC35系列产品的发展和创新TC35i在很多相同的技术领域相对TC35更胜一筹
TC35i是Siemens公司推出的新一代的无线通信GSM模块它可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据短消息服务SMS语音传输和传真模块工作电压是33～4．8V可以工作在900MHz与1800MHz两个频段它具有AT命令集接口支持文本与PDU模式的短消息传真除此之外此模块还具有漫游检测功能电话簿功能多方通话等
此模块功能上和TC35i兼容而且设计紧凑体积大大地缩小了通过40PIN的ZIF连接器实现电源连接数据指令语音信号以及控制信号的双向传输等模块集射频电路和基带成为一体其组成结构主要分为6个部分GSM射频模块GSM基带处理器闪存供电模块ASICZIF连接器及天线接口作为TC35i的核心基带处理器主要是处理GSM终端内的语音和数据信号并且涵盖蜂窝射频设备中所有的模拟和数字功能等
23控制单元模块的选择
AT89S52作为普通51单片机已广泛应用于各种产品中其接口简单方便使用且功能强大本系统采用AT8952单片机作为控制芯片
comIO最大电压42V单片机选择低压工作模式电源电压为35V到5V系统采用串联二极管方式将5V电压降为42V为TC35i供电再用二com片机供电TC35II在发送和接收时的工作电流峰值可以达到15A选用普通的线性电源可能造成电源被突然拉低因此系统选用LM2576开关电源模块LM2676最大可输出3A且电源效率维持在75以上电源模块设计如图24-1
图24-1电源设计框图
3．硬件设计
通过图1-1可知硬件系统主要包括传感器电源模块单片机控制模块GSM模块显示模块外围模块下面对各个模块进行详细介绍
31单片机控制模块
AT89S52是一种低功耗高性能CMOS8位微控制器具有8K在系统可编程Flash存储器使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造与工业80C51产品指令和引脚完全兼容片上Flash允许程序存储器在系统可编程亦适于常规编程器在单芯片上拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活超有效的解决方案AT89S52具有以下标准功能8k字节Flash256字节RAM32位IO口线看门狗定时器2个数据指针三个16位定时器计数器一个6向量2级中断结构全双工串行口片内晶振及时钟电路另外AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作支持2种软件可选择节电模式空闲模式下CPU停止工作允许RAM定时器计数器串口中断继续工作掉电保护方式下RAM内容被保存振荡器被冻结单片机一切工作停止直到下一个中断或硬件复位为止
com-1GSM模块接口
由上图可以看出TC35i接口电路设计相对比较简单进行串口设计时候TC35i模块串口管脚的工作电平为CMOS电平单片机串口管脚工作电平是TTL电平串联2K的电阻IGT是TC35i模块的工作状态的控制管脚该管脚首先是通过一个电阻拉高平时该管脚是高电平处在不工作状态另外该管脚同时还和单片机的一般IO端口进行连接这样再通过单片机来实现对TC35i模块的工作状态进行控制当单片机拉低该管脚时则TC35i工作TC35i的SYNC管脚用来指引GSM模块的工作状态连接一个指示灯来指示工作状态
comGSM模块指示灯
TC35i有一个同步信号脚SYNC32脚synchronizationsignal该引脚是一个同步信号输出端该引脚输出的信号反应了模块的工作情况本系统在该端通过一个三级管接入LED灯如图com-1所示LED受到该引脚信号控制可以显示TC35I模块运行的状态
com-1GSM模块指示灯
TC35i的状态有
1．LED灯熄灭时表示TC35I处于关闭休眠报警或者充电状态
2．LED灯600ms亮／600ms暗表示SIM卡没有插入或者正在搜索网络或者正在认证用户或者正在注册网络
3．LED灯75ms亮／3S暗表示已经注册上网处于待机状态
4．LED灯75ms亮／75ms暗／75ms亮／3S暗表示一个或多个GPRS文件被激活
5．LED灯闪烁表示GPRS的数据传输当GPRS数据传输时在交换一个数据包后LED灯将会在一秒内点亮闪烁的持续时间约为05秒
comSIM卡电路
SIM卡工作电压为3．OV从TC35i的第28脚引出其接地端第4脚CCGND需与TC35i的第29脚连接如图1所示如果接地端直接与印刷电路板的GND相连不作任何信号的隔离保护则会导致进行语音通信时音量很小十分不清晰还可能导致模块不能正常登陆网络考虑到设计中的电磁兼容和静电保护等因素为了达到最佳的通话效果采用在SIM支架下在印刷电路板的顶层敷设一层铜隔离网该层敷铜与S-IM卡的CCGND引脚相连CCGND与电路板的GND之间通过两个并联的电容和电感耦合此举为SIM卡构成了一个隔离地屏蔽了其他信号线对SIM卡的干扰
33显示模块
本系统采用1602液晶做显示用1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母数字符号等的点阵型液晶模块
1 5V电压对比度可调内含复位电路提供各种控制命令如清屏字符闪烁光标闪烁显示移位等多种功能有80字节显示数据存储器DDRAM
34外围模块
自动报警电路包括蜂鸣器电路工作指示电路监控器电路由于条件限制本论文用一LED灯模拟监控器灯的亮灭状态表示监控器的开关
蜂鸣器电路采用的是PNP三极管的基极与单片机的IO口相连接集电极接上5V电压后与直流蜂鸣器串联发射极直接接地当P13为高电平时PNP不导通蜂鸣器两端电压相等当P13为低电平时PNP管导通蜂鸣器导通蜂鸣器鸣叫
工作指示电路和监控器模拟电路采用的是电阻和发光二极管相串联并和单片机的IO口相连接发光二极管的正极接上5V电压com平时电路不导通发光二极管管两端电压相等com平时电路工作LED点亮自动报警如图34所示
图34单片机控制报警电路
35电源模块
LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路它内含固定频率振荡器52kHz和基准稳压器123V并具有完善的保护电路包括电流限制及热关断电路等利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路各系列产品均提供有33V-335V-5012V-1215V-15及可调-ADJ等多个电压档次产品此外该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚LM2576系列开关稳压集成电路的主要特性如下最大输出电流3A转换效率75～88不同电压输出时的效率不同控制方式PWM工作温度范围-40～125工作模式低功耗正常两种模式可外部控制工作模式控制TTL电平兼容器件保护热关断及电流限制
图31-1电源模块
36红外对管传感器
1红外发光二极管的特性
红外发光二极管IRED发出的光波是不可见的它发出的峰值波长为940nm左右属红外波段与一般半导体硅光敏器件的峰值波长900nm相近甚为匹配从波长角度看选用红外发光管来触发硅光敏器件是最理想的
2光耦合器中的红外发光二极管
红外发光管除了作为分立器件和光敏器件配合使用外现在更多地是把它和光敏器件做在一起成为光耦合器和光断续器
本系统采用光敏电阻和红外发光管做在一起形成的红外对管作为报警触发电路
当发光管和接收管中间没有障碍物时接收管电阻相对R5的电阻100K来说可以忽略不计此时单片机P15管脚输入为低电平电路处于初始化状态当有入侵者经过发光管和接收管中间时接收管电阻变大电阻大于R5的100K此时单片机P15管脚输入为高电平电路处于触发状态红外对管电路原理图如图32所示
图32红外对管传感器原理
4．软件设计
经过前面的硬件设计可知系统软件包含了单片机IO初始化串口初始化中断初始化TC35开机短息提取与删除继电器控制LED显示部分
系统上电后单片机自动复位开始执行程序首先是单片机的初始化包括初始化IO端口配置使用的IO为输入或输出特性初始化串口和中断便于发送AT指令和接受TC35的信息然后是让LED显示清零使继电器都处于断开状态接着是让TC35开机等待短信当短信到来时读取短信并驱动继电器显示相应的状态号系统总流程图如图4-1
图4-1程序总框图
41软件初始化
初始化的过程除了初始化串口中断和IO还初始化了指示LED2的状态为熄灭初始化TC35的操作和输出方式定义了标致值STATSTAT表示了读取TC35后的不同状态STAT为K表示TC35正常工作或执行完了正常的操作在开机成功和成功删除短信后STAT为KSTAT为表示接收到了新信息可以读取
42短信操作
当TC35处于巡航状态时发送ATTC35返回OK表示模块正常工作当有信息到来TC35向单片机输出信息单片机产生中断在中断中读取数据当读取数据中含有时表示是有一条新信息需要单片机读取发送ATCMGR1读取第一条信息向系统发送短信的格式为XX从0到7分别表示三个继电器的8种状态例如发送0表示三个继电器全部断开发送7表示三个继电器全部闭合成功读取到短信后需要将短信删除ATCMGD1以便再次接受短信操作过程如图42-1
图42-1短信的读取
GPRS模块
传感器
红外
声光报警
显示
电源
键盘
天线
单片机
开始
Y
Y
Y
N
N
N
N
拨号报警
发送报警短信
是否出阀值
再次采集数据
等待复位
删除短信
对监控中心回复短信
按照自定义内容
执行相应的操作
是否出阀值
读取开关量状态
有短信到来吗
读取第一二通道数据
读短信
有短信到来吗
初始化单片机TC35i
升级会员 