基于GPRS模块无线遥测遥控系统实验的开发与设计

夏银桥

(华中科技大学 电子与信息工程系，武汉 430074)

GPRS技术广泛应用于工业、农业、林业以及国防等领域，如信用卡确认，保安系统，电子商务，电子银行，远程商务洽谈，石油、天然气管道监测系统，气、水、电等远程读表，股票交易，仓库等要地的监控系统、调度系统，车队、船舶等的调度管理等。遥控遥测作为获取信息资料的独特手段一直备受重视，几十年来，我国遥控遥测技术发展迅速，为国防和国民经济建设做出了特有的贡献［1］。因此，学生学好遥控遥测技术的基本理论，掌握其应用技术，加强实验教学对学生掌握先进的专业技术知识、增强就业竞争力都具有一定的现实意义。

1 基于GPRS模块的无线遥控遥测系统原理

GPRS是在现有的GSM(全球移动通信系统)上发展出来的一种新的分组数据承载业务，是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准。它可提供高达115 kbps的空中接口传输速率。

相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有实时在线、按量计费、快捷登录、高速传输、自如切换等优点［2－3］。

GPRS模块是一种可以进行语音、短消息、数据及传真传送功能的无线通信模块，同GSM手机相比，它除了没有人机界面，如LCD显示、按键、话筒等外，其他的无线通信功能都是一样的。它通过标准RS232串行通信接口与外界的微处理器、单片机或计算机等实现命令及数据的交互，利用现成的GSM无线网络信道传输信息［4］。

图1是基于GPRS模块的无线遥测遥控系统的方框图。远程测控系统在物理空间上可拓展为三个部分:本地测控中心、GMS网络部分、远端测控终端设备［5］。用户测控终端及测控中心两端的GPRS模块通过GSM系统的信令通道以短消息方式双向传输数椐，实现测控中心对测控终端的无线遥测遥控［5］。

GPRS模块直接由微处理器的串口发送AT指令来控制，微处理器作为DTE(数字终端设备)，GPRS模块作为DCE(数字电路设备)。在DTE和DCE之间用一套AT命令实现各种功能，GPRS的各种功能都有赖于DTE向DCE发送AT指令来实现，所以AT指令可视为DTE和DCE间的软件接口。

测控中心可以是GSM手机、PC机，也可以是单片机系统。它通过GMS网络管理多个远端测控模块，主要完成数据收发、数据存储、实时监测与控制、数据统计、记录打印、事故分析及故障诊断等功能。

图1 基于GPRS模块的无线遥测遥控系统

图2 测控终端方框图

由单片机组成的测控终端原理框图如图2所示，主要包括以下部分:(1)单片机MCU。(2)人机界面操作按钮及显示器。(3)RS232串信通行接口。(4)用户自定义非易失性数椐存储器，用来存储用户定义的各输入/输出端口性质、参数及输入/输出数据，及其他用户定义数据。(5)模拟量输入及A/D转换端口、D/A转换及模拟量输出端口。(6)开关量输入/输出端口;GPRS模块。

测控终端收到测控中心的短消息后，首先，核对短消息中包含的发短信方的身份(号码)，确认对方为测控中心后再按短消息数据的控制命令执行相应控制操作;然后，回复短消息给测控中心，报告已收到并执行控制命令，实现远程无线遥控。测控终端将被监测对象的状态及参数，主动(被测对象的状态或参数变化后)或被动(测控中心查询时)用短消息上传给监控中心，实现远程无线遥测。

2 基于GPRS模块的无线遥测遥控系统的开发与设计

该实验系统实际采用的设备是:用做实验同学的GSM手机作为测控中心，实现图1中的测控中心及GPRS模块两者的功能;测控终端及被监测对象是带串口的另一独立单片机模块，与GPRS模块通过其串口电缆相连。

2.1 测控终端

实验系统测控终端及被监控对象电路原理如图3所示，说明如下:

1)89C52及外围电路构成单片机系统，模拟输入/输出量由一个开关输入量端口(警情输入口P2.0)及两个开关输出量端口(LED红灯控制输出口P2.2及LED绿灯控制输出口P2.4)实现。

2)串行接口芯片MAX202起到串口电平转换作用，将接至MCU的串口RXD及TXD端口CMOS电平(0=0 V，1≥4 V)转换为RS232串口标准电平(0=+15 V，1=－15 V)，提高抗干扰能力，以便由电缆进行较远距离的传输，接至GPRS模块或PC机串口。

3)MCU串口TXD及RXD上分别接有LED红及LED绿，通过限流电阻接到+5 V电源Vcc，串口无数据收发时为高电平，两个LED都熄灭;有数据收发时，出现负脉冲，两个LED闪亮。LED红闪亮表示MCU正由串口TXD端发送数据到GPRS模块;LED绿闪亮表示MCU正由串口RXD端接收来自GPRS模块的数据。

4)存储器内储存PDU格式短信中必须用到的两个数据:(1)测控终端连接的GPRS模块中插入的GSM手机SIM卡归属位置短消息中心(SMSC)号码;(2)测控中心GSM手机号码。中国移动和中 国联通GSM手机都可以用。

图3 实验系统测控终端及被测控对象原理图

2.2 测控对象

图3虚线右边所示电路为测控对象，说明如下:

1)被控制对象1为LED红灯，简称红灯;被控制对象2为LED绿灯，简称绿灯。当控制端口P2.2输出0电平时控制红灯亮;输出1电平时控制红灯灭;输出0/1交变电平时控制红灯闪亮。同样，控制端口P2.4可控制绿灯亮、灭或闪亮。

2)被监测对象是一个自锁按键开关，为警情。当警情按键开关接通后，MCU输入监测端口P2.0被置为0电平，警情指示灯LED黄灯亮，MCU得知发生警情，立刻用短信上传给测控中心;之后再次按警情按键使按键开关断开，P2.0被置为1电平，警情指示灯LED黄灯灭，MCU得知警情已撤销，亦用短信上传给测控中心。

已定义的测控中心下传的测控命令(包括控制命令及监测或查询命令)及测控终端执行完测控命令后上传的应答信息，及被监测对象——警情的状态发生改变主动上传的监测信息如表1所示。其中:1～6项是通过手机下传的控制命令;7～9项是通过手机下传的监测查询命令;10～11项是被监测对象——警情的状态发生改变时单片机主动上传的监测信息;12～13项是手机错误的下传测控命令情况以及与之对应的单片机上传应答信息。

表1 下传测控命令、上传应答信息及上传监测信息表

3 结束语

通过开设该实验项目，提高了学生对无线遥控遥测以及单片机应用的学习兴趣，学生的学习热情较高，尤其是做实验的态度认真，爱动脑筋，提高了整体知识水平和应用能力，同时，也加强和巩固了单片机课程的相关知识，为学生以后的毕业设计奠定基础［6］。学生可以在此基础上开发设计出更多的具有工程应用的产品，提供部分课题来源，也为学生今后毕业应聘工作岗位增加了一定的竞争力。

［1］卢任文.中小型水电站完全无人值班自动化系统在赵家垭水电站的应用［J］.小水电，2011(1):53－56.

［2］冯凌杰，张梅，范建丰.基于GPRS远程监控系统的通信实现［J］.微处理机，2010(3):36－38.

［3］王东浩，祁国梁，吕斌.GSM方式的无线路灯遥控遥测系统［J］.中国照明电器，2006(12):14－17.

［4］吴益明，卢京潮，魏莉莉，等.无人机遥控遥测数据的实时处理研究［J］.计算机测量与控制，2006，14(5):681－682.

［5］黄小磊.GPRS在远程监控模型中的应用［J］.广西通信技术，2006(4):16－20.

［6］朱艳萍.遥控遥测技术课程的教学研究［J］.科技信息，2009(27):413.