基于GSM的远程遥控装置在无人地震台站中的应用

韩晓飞，闫俊义，王党席，李垚奇

（1．陕西省地震局，陕西 西安710068；2．陕西省西安基准地震台，陕西 西安710068）

0 引 言

随着数字技术、通信技术的迅速发展，无人值守数字化地震台站越来越多的应用在地震监测系统中。由于无人值守台站数目的大量增多，野外地震设备维护的任务量越来越繁重。通过对近两年无人数字化地震台站仪器出现的故障分析可知，85%的故障原因是台站设备在运转过程中出现卡机、死机等故障导致系统工作异常、运行率偏低［1－4］。无人值守台站因行业规范要求大都建在僻远山区，基本上都是雇用一些非专业人员代为看管，由于他们对设备了解不够，简单的问题也不能及时解决。类似仪器重启等简单故障，运维人员都常常需要驱车前往调试，这样不仅影响地震观测数据的连续性，且运维效率低、维护成本高［5－8］。针对该问题，本文结合无人值守数字化地震台站设备运行的实际情况，设计了基于GSM模块的远程控制系统。系统软件采用STC11单片机C430集成开发，利用C语言进行编程，并完成GSM远程控制装置的整体安装和调试。如果省局地震台网中心发现观测设备不正常，维修人员通过手机发送短信息命令“开”或“关”就可以通过GSM网络远程控制地震台所有设备，能够对无人地震台站的设备一般性故障进行远程控制复位，从而避免工作人员去现场解决上述问题。

1 系统概述

本系统设计的总体方案如图1所示，由GSM模块TC35、单片机STC11、继电器控制电路及其外围电路构成。当用户对系统发送指定短信口令，单片机STC11就会准确判断由GSM模块传来的信号，驱动继电器做出相应的动作，并通过继电器信号电路驱动交流接触器和热保护器，从而实现电器设备开关的控制，并向用户端反馈成功命令短信。

图1 系统结构图

2 硬件电路设计

所设计的系统硬件主要由以下4个模块构成。

2．1 TC35i模块

TC35i是德国SIEMENS（西门子）公司的一款双频900／1 800 MHz高度集成的GSM 模块。TC35i模块支持标准和双频的AT指令集，通过配套的天线连接器和接口连接器分别与天线和SIM卡读卡器连接，并通过串口与处理器芯片连接［9－11］。该模块共有40个引脚，通过ZIF（Zero Insertion Force）连接器引出，如图2所示。

图2 TC35i模块原理图

2．2 STC11单片机

本文选用宏晶科技公司生产的STC11系列标准型单片机STC11F60XE，其片内含有1280字节的SRAM数据存储器、60K字节的Flash程序存储器和1K字节的EEPROM可电擦写程序存储器，能够满足控制系统的功能要求，其资源分配图如图3所示。

图3 STC11F32单片机资源分配图

2．3 电路模块

电路模块主要包含有电源电路、控制电路、GSM发射电路、单片机最小系统电路。电源电路将220 V交流电转换成3．8 V～5 V的直流电，为单片机和其他部分电路的电源供电（其中4个1N4007作为整流桥，78LS05稳压）；控制电路利用三极管控制继电器的通断，继而控制开关。

（1）电源电路

在TC35I单片机应用中需要稳定的电压信号，因此必须提供电源电路，一般TC35I单片机的工作电压为3．8～6．0V，本文采用5 V工作电压，图4所示为电源电路。

（2）滤波电路

由于TC35I工作时对电源要求比较高，为了减小干扰，在芯片的电源端加0．1μF的电容进行滤波处理。滤波电路采用二阶压控电压源带通滤波电路，本系统需要的是工频信号，所以滤波电路的中心频率f0＝50 Hz，通带宽度设定为BW＝10 Hz，选择电容C＝0．01μF，经计算滤波电路的各参数如图5所示。考虑到滤波电路的性能对元件的参数误差相当灵敏，所以电路宜选用稳定而精密的电阻器和电容器。

图4 TC35I单片机电源电路图

图5 滤波电路

（3）控制电路

系统的核心控制器选用单片机STC11，图6为单片机构成的控制电路，其P1口接8个发光二极管，用来显示TC35i的工作状态。LED0亮表示初始化GSM；LED1亮表示选择短消息格式为．txt；LED2亮表示检查网络的注册状态；LED3亮表示设置短信通知命令，判断是否收到新的短信，并删除可能是上次收到的短信；LED4亮表示有新的短信进入；LED5亮，读取新短信；LED6亮，填写中心号码；LED7亮，填写目的手机号码；LED全亮表明填写发送内容，向用户手机发送回复短信。

（4）SIM 卡电路

SIM（subscriber identity module）即用户识别卡，TC35i的基带处理器集成了一个与ISO7816－3 IC Card标准兼容的SIM接口。为了适合外部的SIM接口，该接口通过ZIF连接器连接到TC35i的第24－29引脚。在GSM11为SIM卡预留5个引脚的基础上，TC35i在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚，所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡时，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。SIM卡工作电压为3．0 V，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7所示。

图6 单片机控制电路

图7 SIM卡接口电路

3 软件设计

整个系统的软件流程如图8所示。

4 调试及测试结果

为了测试装置的运行稳定性，在地震监测技术室实验台对装置连续通电运行了一周，通过输入各种命令及模拟瞬时性故障对本装置进行测试，对发现的问题进行了及时有效地修改。实验表明本装置性能可靠，功能基本能达到预定的要求。测试结果为系统能正常工作，具有较好的应用效果。

5 结 论

本文设计了基于GSM模块的远程控制系统来解决地震台站仪器远程遥控问题。通过对系统的调试及测试，结果表明所设计的基于GSM的远程遥控装置在无人地震台站中应用效果良好。

图8 软件流程图

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