基于GSM的数据采集远控模式的构建

桑志彬

摘要：本文介绍了一种基于GSM网络的远程控制系统的构建过程，终端设备采用STC12C5A32S2单片机作为微控制器，选用TC35i模块作为与GSM网络连接的硬件设备，利用远程无线控制使相距较远的水泵和蓄水池联动，弥补了有线数据传输在时间和空间上的不足，实现了对无人值守环境的实时监控，有效节约系统施工成本、降低维护费用、提高工作效率。

关键词：GSM；采集；远控

1 引言

信息化时代的今天，自动化数据采集控制系统的应用越来越广泛。其中GSM技术是目前基于时分多址技术的移动通信体制中，比较成熟且应用最广泛的一种通信技术。盲区少，信号稳定，自动漫游，价格低廉，并且通讯距离不受限制。基于GSM模块的通信技术，结合单片机控制，将手机作为终端设备，来实现报警、超远程遥控设备、传输数据、监控设备的运行状况，实现有线和无线的双方式通信，是一个非常不错的选择。

本文结合工作实际，分析了利用GSM远程控制设备的实现方法。由于基层单位工作环境处于山区，采用水泵地下取水，水泵房与蓄水池的距离较远，如果铺设电缆成本较高，因此利用远程无线控制使水泵和蓄水池联动，就成为了有效节约系统施工成本、降低维护费用、提高工作效率的有效途径。

2 基于GSM的数据采集远控模式的结构分析

利用GSM和MCU进行远程监控具有投资少、成本低、通信范围广和可靠性高等特点。手机是人们现在常用的通讯工具，短信更是人们日常交流的通讯手段，此方案的应用将使我们随身携带的手机变为通用的水泵远程遥控器。如图1所示，为了实现基于GSM的数据采集远控系统平台设计，主要需要完成下面几项工作：

（1）基于SMS、GSM模块及单片机的远控系统总体方案设计，包括通信网络的组合，各功能模块型号的选型等。

（2）系统单片机主控模块硬件电路设计和调试，包含了传感器模块硬件电路设计和调试，包含了传感器模块、报警模块、短信模块、继电器模块以及外围电路设计。

（3）通过对程序的整体规划，确定各个功能模块的结合，GSM与单片机的组合，及两端GSM模块的远程连接。

（4）验证系统方案的合理性，并进行系统软硬件调试和测试。

3 基于GSM的数据采集远控模式的设计与实现

本系统主要由MCU和GSM模块组成，利用液位传感器对蓄水池的液位進行采集，通过MCU负责对采集信号作运算处理，经GSM模块以短信的方式发送到水泵房处GSM模块和指定手机，提示其作相应的操作，即使远在千里也可以监控设备安全状态。

3.1 硬件设计

3.1.1 MCU的选型

针对使用环境、性价比和扩展性的比较，根据实现功能的选型手册，本文以STC12C5A32S2单片机为例，工作电压5.5-4.OV，32KFlash程序存储器，1280字节SRAM，29K E2PROM，2个普通定时器计数器TO/TI，23个串行口并可掉电唤醒，内置复位并有看门狗，其最小工作系统如图2所示。

3.1.2 GSM模块的选型

由于当前市场上GSM模块产品型号众多，很多国外产品可用的资料却比较少，特别是中文开发文档比较少，所以我们选用技术成熟，文档资料易找，购买起来方便的西门子的TC35i模块。它是一款支持中文短信息的工业级的新版GSM模块，工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.3-4.8V，休眠状态电流消耗为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA（平均），峰值为2.5A；可传输语音和数据信号，功耗在EGSM900（4类）和GSM1800（1类）分别为2W和IW，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/l.8V，TC35i通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为300b/s-115kb/s，自动波特率为1.2kb/s-ll5kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS （Short Message Service，短消息），可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。

如图3所示接口原理图，TC35i具有GSM无线通讯的所有功能，最大的特点是集成了标准的UART串行接口，使得与单片机的通讯更加方便和快捷。在控制方面比较简单，使用AT指令（即Attention，是从TE或DTE向TA或DCE发送的）即可实现呼叫、短信的收发、查询及其他管理。

3.1.3 传感器的选择

由于液位传感器需要长时间放在水中进行测量，因此要求传感器的防水性能可靠，水位传感器的精度要求在厘米范围内。综合上述考虑，水位传感器采用烨立公司生产的输出也是4-20mA的两线制液位变送器。这两种传感器均为两线制、4-20mA电流输出的模拟传感器。传感器输出的电流变换为电压后传送到STC12C5A32S2单片机的A/D转换接口。单片机将采集来的电压值进行计算，转化成水位值。然后，单片机通过水位的限制发出相应的指令。

3.1.4 继电器电路

单片机是一个弱电器件，工作电压一般在5v以下，驱动电流在mA级以下。若要应用于大功率场合，如图4所示电路，需通过三极管控制小型继电器，再利用小型继电器驱动交流继电器，从而实现“以小控大”。

单片机1/0口输出高电平时：三极管工作于饱和状态，即在这里作为开关作用，此时继电器控制交流接触器，来启动水泵。

单片机1/0口输出低电平时：三极管截止，继电器此时相当于断路，水泵停止。

3.2 软件设计

系统软件设计的重点在于单片机的编程。通过向TC35i写入不同的AT指令，如表1所示，能完成发送SMS消息、接收SMS消息、读取SIM卡上电话号码等多种功能。其中，初始化的工作包括设置串口速率、无线网络登陆以及设置短信模式为PDU。PDU编码包括按PDU的编码规则产生PDU串。

3.3 数据采集远控的实现

蓄水池处GSM模块不仅可以向水泵房处GSM模块控制水泵运行状态，还可同时发送报警短信至特定用户手机确认蓄水池与水泵之间通过短信点对点无线通讯，不受距离限制，只要有手机信号，就可以通讯。用户也可以直接通过手机发送控制指令控制水泵的启停。

（1）当水位到达低水位时，低水位液位传感器立即产生报警，同时蓄水池处的GSM模块向水泵房的GSM模块发送启动水泵指令，收到指令后，水泵房的GSM模块通过单片机让继电器吸合，同时交流接触器线圈闭合，水泵开始运行，

（2）当水位到达高水位时，高水位液位传感器立即产生报警，同时蓄水池处的GSM模块向水泵房的GSM模块发送停止水泵指令，收到指令后，水泵房的GSM模块通过单片机让继电器断开，同时交流接触器线圈开路，水泵停止运行。

（3）在交流接触器处接一个手动开关，即可实现手动控制，也可短信自动运行。

（4）垃圾短信过滤功能，只接受特定格式的短信，发送其它格式的短信无效。

（5）内置号码过滤功能，只接受授权用户手机号码发出的短信，其它未授权用户手机号码无效。

4 基于GSM的数据采集远控模式的展望

本文在GSM网络平台下对基于GSM模块的水泵远控系统进行了设计开发，但是在许多方面仍有不足，仍需要进行进一步的改进与研究：

（1）本文所设计的远控系统只是实现了对水泵的远程监控，功能较少，今后可以在系统中增加红外防盗报警、温湿度监控、水泵电机的数据采集、远程在线故障诊断等功能等，完善台站的需求。

（2）由于本系统运行在GSM网络的环境中，而现今使用基于Android系统智能手机的人们逐渐增多，可以利用Eclipse软件，开发以智能手机为上位机的控制软件，简化系統的操作性。

（3）基于GSM的数据采集模式，根据需求可应用于机房，库房、电站等各种系统进行远程控制。

5 总结

本文提出了基于现有GSM网络，利用SMS作为数据传输载体，将手机作为上位机，监控系统运行状态的远控模式。此方案具有建设成本低，维护效果好，可扩展性强等优点，弥补了有线数据传输在时间和空间上的不足，可以对控制区域出现的故障及时告警，实现了对无人值守环境的实时监控，在有线网络和无线网络的双网监控下，不间断、高质量的运行。