基于GSM的远程无线超声波测距控制系统的设计

范蟠果，王国斌，高 庆

（西北工业大学自动化学院，陕西 西安 710129）

0 引言

在工业生产中，液罐液位的准确测量是生产过程检测和实时控制的基本保障，利用超声波测距可以实现对液位定点连续测量，实际中，最常用的是超声脉冲回波法［1］。

GSM网络［2］通信的通信范围不断扩大，已成为成熟、稳定和可靠的通信网络。因此，利用GSM网络实现手机和无线数传模块DTU［3］的通信，具有快速、安全、可靠和便捷的特点，在市场上有一定的应用价值。

1 原理实现

在系统中，GSM DTU无线数传模块选用DTP-S09，模块集成度高，支持AT命令集［4］。给无线模块插入SIM卡，连接好天线，将DTU模块与电脑通过串口连接，上电后，通过串口调试助手，手动写入AT命令，以测试DTU是否能准确接收并执行AT命令；DTU模块与STC89C52之间采用串口通信，当DTU接收到固定号码的手机发来的短信命令后，通过串口将短信命令返回到控制核心STC89C52，单片机进行短信解码，将其转换成具体的执行命令，通过IIC总线将控制命令送与超声波测距模块，测距模块开始执行测距，测距数据通过数码管显示以进行现场验证，测距完毕，DTU接收单片机发来的AT发送短信命令，将测距数据以短信的形式返回到固定号码的手机。系统总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构

2 硬件设计

2.1 控制核心

系统采用STC89C52单片机作为主控制器，部分硬件电路如图2所示。系统上电后，RST引脚进行复位，P2.0脚发送测距启动信号，以进行手动测距，验证测距模块是否正确运行。P1.0脚和P1.1脚分别作为IIC通信的数据线SDA和时钟线SCL，P3.0和P3.1分别作为串行通讯的RXD接收信号线和TXD发送信号线。实际应用中，需要将测距返回来的数据通过数码管显示，以现场验证测距模块测量的数据是否准确，其中，P0.0～P0.7作为数码管的段选信号，P1.5，P1.6，P1.7作为数码管的位选信号，经过38译码器驱动数码管。

图2 部分硬件电路

2.2 执行组件

选用的无线模块DTU（DTP-S09）在硬件全部接好后（插入SIM卡，上电，接上天线），就相当于普通手机。实验中，电脑键盘相当于手机按键，DTU通过串口与电脑通信，在其专用的串口调试助手中写入AT命令，其传送数据就显示在接收区域，以此测试DTU模块是否接触良好。实际应用中，无线模块与单片机通过串口连接，用号码固定的手机给DTU里号码固定的SIM卡发送控制命令，如发送cj，启动测距，测距完毕，将测距数据返回到手机。

系统选用市场上常见的KS103超声波模组。模组探测范围为1～550cm，增加了温度模块DS18B20，其测量精度可高达1mm，仅占用单片机的2个I／O，非常适用于机器人和工业测距等场合。可以通过配置其命令格式，设置其测距量程、温度修正和休眠等待时间等参量。

3 软件设计

短信命令的格式可通过AT命令进行设置，分为Text格式和PDU格式，Text是纯文本方式，可支持数字、字母，各字符可在软件中设置为不同的控制指令；PDU可以使用任何字符集，解码也较复杂，系统选用Text格式。

软件设计之前，利用DTU专用串口调试助手测试AT命令，包括读短信、发短信和删除短信等AT命令。

系统的软件流程如图3所示。软件设计共分为2部分：

a.DTU与单片机的串口通信，要求DTU能实时接收有效号码的短信，单片机能准确迅速地读取短信命令，并进行解码，将其转化为单片机可执行的命令，当接收到错误短信或非法短信，应立即进行删除。

b.单片机与超声波模组IIC总线方式通信，可使用单片机模拟IIC总线通信，编写驱动代码，将测距返回值显示在数码管上。

图3 软件流程

4 结束语

系统中的测距部分选用收发一体的集成模块，方便可靠，在软件实现过程中只需要编写IIC驱动代码，采用IIC总线的通信方式，也方便用户使用最少的I／O口扩展多个超声波模组。采用单片机与DTU模块实现手机远程控制测距模块测距，并返回测试数据到手机。控制系统非常适用于工业中不利于人操作或者布线困难的场合，而且安装调试简单，成本低，精度高，具有一定的实际应用价值。

［1］何建新，黄 静，雷学堂，等.基于AT89C52的超声波测距仪设计［J］.电子世界，2012，（23）：119-120.

［2］崔晓明，候建军，栗 霖.基于GSM的嵌入式远程电机监控系统的设计与实现［J］.仪器仪表用户，2006，13（6）：24-25.

［3］张兵涛，时良平.基于GPRS DTU的远程异步电机监控系统的设计［J］.科协论坛，2007，（11）：62-67.

［4］姜 平，陈虹吉.基于GSM手机的远程无线测控系统设计［J］.信息技术，2008，（10）：62-64，67.