基于GSM模塊的遠程溫度監控系統的設計

在冶金工業、化工生產、電力工程、造紙行業、機械制造和食品加工等諸多領域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。某些恒溫設備要求設備在很小的誤差范圍內保持恒定的溫度，如果溫度有變化，即要求工作人員采取適當的措施進行矯正。如果人為進行測定，既不能保證溫度數據的實時性，又不能確保數據的精確性。如果在數據的傳輸部分加裝GSM短信息模塊，且在設備的測試部分加裝基于MSC1210的模數轉換模塊，便可以解決困擾整個設備要求的實時性和精確性的問題。

基于GSM模式的溫度遠程控制系統實現了采集數據自動上傳，避免了人工測試時間過長、不到位和準確率不高等弊端，不僅提高了工作效率，而且提高了經濟效益。另外自動上傳的大量完整數據也為監控人員提供了有利的線索。

系統和GSM公用網結合，充分利用GSM網覆蓋面廣、運行可靠、抗干擾能力強等優點，可實現遠程自動抄表、遠程實時監測、用戶實時查詢，以及報表的自動統計與生成，同時還可附加其他多種管理功能。利用GSM公用網組成的傳輸系統，在系統可靠性、抗干憂性、穩定性、可維護性、功能擴展性等方面均具備明顯的優越性，并可降低運營成本和勞動強度。

一、系統組成及功能描述

GSM（Global System for Mobile communication）數字移動通信系統是由歐洲主要電信運營商和制造廠家組成的標準化委員會設計出來的，它是在蜂窩系統的基礎上發展而成。它是基于時分多址技術的移動通訊中比較完善、成熟，也是應用最廣泛的一種系統，我國的公眾移動通信網也是采用這種制式。目前，GSM提供的增值業務——SMS（信息服務）無需附加其它終端設備，只需GSM短信模塊便可實現數據的傳輸。

系統模型圖如圖1所示。

基于GSM短信模式的溫度遠程監控系統由溫度采集部分、數據收發部分和數據分析處理部分組成。其中，溫度采集模塊將采集到的溫度數據存入寄存器中，數據收發模塊采用雙CPU共用E2RPOM的方式，MSC1210從內核上講也是一個基于80C51內核的單片機，它的作用除了進行高精度數據采集之外，還起CPU的控制作用；溫度數據經數據收發模塊中的單片機從寄存器中讀出，通過短信模塊借助GSM網絡將數據進行傳輸。單片機控制數據收發，發送采集到的溫度數據，并能接收上位機傳送命令數據。接收到的溫度數據數據經分析模塊傳送給計算機進行處理，并將處理結果存儲到數據庫中，供查詢使用。數據處理模塊還能將控制命令經GSM模塊發送，使數據的自動雙向傳遞成為可能。

二、設備布局

基于GSM的溫度數據采集與無線傳輸系統由遠端設備和主站設備兩部分組成。遠端設備安裝在遠端的監控點上，主站設備安裝在控制中心或值班中心，遠端設備實際上是在原有的監控系統中增加了一個GSM通信模塊，而主站設備則可以是帶有移動通信裝置的PC機。但要注意的是：本系統只有一個主站和一個遠端監控點，因此只有一個遠端設備。這里的監控點要分配一個獨立的SIM卡，當主站訪問時，只能訪問這個遠端設備。

1.遠端設備

遠端設備的構成如圖1所示，它由數據收發模塊和數據采集模塊組成。遠端設備在監控點完成對溫度數據的采集，并實現必要的控制功能。在被控對象的運行狀態改變時及時將此事件的性質和必要的數據以短消息的形式發送給站點，遠端設備還可以接收由主站發出的命令，根據命令修改系統參數或將當前狀態信息回送給主站。

2.主站設備

主站設備的構成如圖1所示，它由終端處理模塊構成。主站設備由一臺裝有主戰監控軟件的PC機和移動通信裝置組成，移動通信裝置與PC機通過串口連接。主站監控軟件可以管理整個系統的遠端設備。例如，標定各站點的原始信息（電話號碼、名稱等）、當遠端送來被控對象的異常信息時提示報警，并將數據存儲到數據庫中，修改遠端設備的運行參數，等等。主站軟件還可以進行用戶管理，查詢各遠端的當前數據和網絡運行狀態，并提供歷史數據查詢、打印、備份、刪除等。

3.GSM模塊MZ28

GSM模塊提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07規范。GSM07.07中定義的AT Command接口了一種移動臺（MS）與數據終端設備（DTE）之間的通用接口，GSM07.05對短消息作了詳細的規定。在短消息模塊收到網絡發來的短消息時，通過串口發送指示消息。

中興通訊推出的GSM無線雙頻調制解調器MZ28，主要為語音傳輸、短信發送和數據業務提供無線接口。MZ28具備完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，適合基于GSM無線通信網絡的應用產品的開發。

MZ28主要的組成部分有：GSM基帶處理器（模擬基帶和數字基帶）、射頻電路和SMB插座、存取器、SIM（如圖2所示）。

（1）GSM基帶處理器。包括上、下行信號的調制解調、信道編解碼、加密/解密、音頻編解碼、A/D、D/A等。數字基帶芯片片內ARM處理器核及相關接口模塊對諸如存儲器、SIM卡、串口等外部設備進行驅動和管理。片內的ARM處理器核具有較強的處理能力，能夠支持多種外設接口，通過相應的驅動程序，即可完成對上述外設模塊的驅動。

（2）射頻電路和SMB插座。射頻電路提供了GSM900/1800MHz雙頻段的收發通道，包括接收電路、發射電路、頻率合成電路，以及相應的控制電路。射頻信號通過SMB插座與外接天線相連。

（3）存儲器。存儲器采用了16Mbits FLASH和2Mbits SRAM封裝在一起的芯片，并采用了BGA的封裝形式，節省了PCB空間。FLASH主要用于存儲運行軟件，存儲模塊的系統參數、電話號碼和電話記錄等內容。SRAM用于存儲運行時的臨時數據。

（4）串行接口。MZ28提供標準的RS-232串行接口，具體接口線的引腳定義參見系統連接器接口部分。用戶可通過串行接口使用標準的AT指令完成對模塊的操作。通過數據電纜和數據板模塊能直接與PC機相連。數據板集成了模塊的供電接口、語音接口，以及TTL電平與RS-232電平的轉換電路。用戶可通過在語音接口上插入專用耳機實現語音通話功能。

（5）SIM卡接口。為方便用戶使用，MZ28模塊設計時本身就帶有SIM卡插座，用戶可以不用外擴SIM卡接口電路，就可直接調試用戶的程序，縮短研發周期。但是針對用戶的不同需求，也外擴了SIM卡的接口：SIMRST?搖?搖?搖?搖EXT，SIMCLK?搖?搖?搖?搖EXT和SIMI/O?搖?搖?搖?搖EXT。具體接口線的引腳定義參見系統連接器接口部分。為保護SIM卡，使用了瞬態電壓抑制器件和靜電防護手段對管腳進行必要的防護。

（6）系統的主控中心（即圖3中的終端處理模塊）。通過串口與一個內置了GSM模塊的設備相連接，讀取GSM設備接收到的短消息，從而獲得遠端傳來的測量數據，發送控制命令并通過GSM設備轉換為短消息發送至遠端控制設備。遠端單片機內置GSM模塊，單片機從采集數據的設備獲得測量數據后，通過GSM模塊以短消息方式發送給主控中心的GSM模塊；把GSM收到的主控中心的控制指令發送給受控設備。需要注意的是，主控中心和監控點的GSM模塊要分別配置一個獨立的SIM卡，從而進行有效的網絡通信。

注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”