基于SMS通信的直放站监控系统设计

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基于SMS通信的直放站监控系统设计

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摘要：论述直接站远程监控系统的方案、系统的组成、硬件的配置、软件设计、工作原理、功能以及技术性能。该系统通过下位机（mcu）采集各种模拟量和开关量,整理后由TC35手机模块发送到监控中心。如果出现故障,则直接发送到维修为员的手机上,显示故障信息。监控中心还可以对直放站进行设置和定时采集。
; ^* R8 W# r: ~  J2 P% j    关键词：远程监控 无线通信 系统设计
) v& X& T! H0 ^) b* ?  v引言
  [0 d( y& ~$ h$ L& z+ W8 ?+ ~随着GSM移动通信网络的迅速发展和用户的日益扩大,新技术和新业务的开发和应用已提到十分重要的位置。为了消除GSM公网信号盲区,延伸覆盖范围,需要在一些偏远的地区或在不具备直放站建设条件、话务较少的地方设置直放站。由于这些地区交通、通信等的局限,使得直放站的维护变得十分困难。直放站经常出现的问题是：交流电源系统;温度的变化对直放站的影响;电子器件参数变化对放大器放大倍数的影响等。
以往直放流出现问题,维修为员不可能迅速赶到现场排除故障,多数是通过用户反馈后,才能解决。所以作者设计了直放站的监控系统,将告警信息通过手机短消息方式,发送到集中监控中心,从而实现直放站的远程遥控、遥测、遥调、遥讯。
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  z) Z& r! B0 T" K1 系统工作原理及组成
该系统主要由2部分组成：直放站监控终端、集中监控中心。通信方式采用手机短消息方式;通过信设备采用西门子手机模志TC35,西门子的手机终端TC35T。TC35具有功能有语音、数据、短消息、FAX四种传输方式;工作在GSM900MHz和1800MHz频带范围内;工作电源3.3～3.5V;波特率为300～115kbps,在1200～115kbps为自动波特率配置;数据传送采用AT命令集;SMS具有TEXT和PDU图形模式-P数据通信速率是2400bps、4800bps、9600bps、14 400bps。TC35T是将TC35做到工业手机中,对外提供标准的RS232接口和电源接口。将计算机的串行口与TC35T的串行口电缆直接连接,并在计算机上添加标准的调制解调器就可以使用了。TC35T使用AT命令集工作。系统的原理框图如图1所示。
! T6 ^$ e3 p8 N5 Q" C( l集中监控中心通过通道1发送命令。首先,通过TC35T发送设置命令,初始化直放站,设置需要采集的模拟量和开关量,设置系统的密码及修修为员的手机号码。然后,发送采集命令,采集各种数据量。采集完数据量后,经下位机的处理,通过通道2以短消息的方式发送到集中监控中心,中心将数据整理存入数据库中。如果直放站出现了故障,直接通过TC35模块发送故障信息到维修为员手机上,同时监控中心接收发自直放站的告警信息,并进行相应算是,如判定告警地点、靠警类型及相应的原理、及时通知值班和相关维护管理人员、对告警信息进行统计和分析、设置告警监控模块配置信息等。当故障排除后,下位机同样发送短消息到监控中心,通知中心故障排除,可以正常采集数据了。每个直放站都有对应的维护人员。

    短消息服务业务SMS（Short Message Service）是GSM系统提供给用户的一种数字业务。它与活音传输及传真一样同为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务。SMS的收发占用的是GMS网络的信令信道,不会占用普通话音信道,而且它是双向通信,具有一定的交互能力;SMS具有较高的可靠性,短消息发送端的用户可知道短消息是否已经到达接收端。由于短消息依靠了SMSC短消息服务中心的存储和转发机制,当接收端用户关机或不在服务区内时,SMSC会暂时保存该短消息;如果接收端用户在规定时间（通常为24小时）内重新处于工作状态,SMSC会立刻发送短消息给接收端用户,当发送成功时会返回发送端用户1个确认信号。SMS充分利用了GSM网络的直放站覆盖广的特点和全程全网的优势,具有有效的移动性,使得任何一个申请了短消息服务的GSM无线终端用户在全网范围内获得服务。每个短消息的信息量限制140个8位组（7比特编码）140个英文字节或70个中文字符。如果超过此长度,则要分多次发送。
2 硬件电路设计
系统的硬件电路包括：直放站监控终端硬件设计、集中监控中心。直放站监迭终端硬件包括：数据采集电路、TC35接口电路、看门狗电路、温度传感器电路、遥调电路。集中监控中心硬件包括：上位机、TC35T手机终端。
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. R* K0 ?9 Z6 R# v0 D, h! g. y    2.1 数据采集电路
- n; n. }9 s7 N8 C. ~$ [7 Y6 @0 G) F数据的采集分为：模拟量的采集和开关量的采集。模拟量共采集8路,分别为：直放站功率放大器上行下限检测量IN0;直放站功率放大器下行下限检测量IN1;直放站低噪放大器上行下限检测量IN2;直放站低噪放大器下行下限检测量IN3;直放站微波功率放大器下限检测量IN4;直放站交流输入电压上限检测量IN5;直放站交流输入电压下限检测量IN6;温度检测量IN7.模拟量采集后送A/D转换器进行转换。本系统采用的是TLC2543串行A/D转换器。
% j! m0 q+ v) c& J. s# e开关量共检测8路,分别为：220V交流电压检测;门禁检测;光端机发无光检测;光端机收无光检测;光端机+12V直流电压检测;直放站-48V直流电压检测;直放站+24V直流电压检测;直放站+12V直流电压检测。开关量的检测通过光电隔离后送入单片机。电路原理框图如图2所示。
3 @# q8 v9 [9 ~2.2 看门狗电路
为了防止由于程序跑飞和电源和故障引起的工作不正常,本系统设计了看门狗电路。MAX813L为看门狗监控芯片,可为CPU提供上电复位、掉电复位、手动复位、看门狗及电压比较器功能。电路如图3所示。在上电期间,当电源电压超过其复位门限后,813L产生一至少140ms脉宽的复位脉冲;当掉电或电源波动下降到低于复位门限1.25V后也产生复位脉冲,确保任何情况下系统正常工作。当程序跑飞时,WDO输出由高电平变为低电平,并保持在140ms以上,813L产生复位信号,同时看门狗定时器清0。该电路还有上电使单片机自动复位功能,一上电,自动产生200ms的复位脉冲。
$ T5 Z; O6 Q) p4 M# n& V* ]* C2.3 遥调电路
  L  [6 I0 o% j4 m9 M; U* r为了实时监视各种放大器的工作状态（包含功率上行放大器、功率下行放大器、低噪声功率上行放大器、低噪声功率下行放大器、微波功率放大器）,并且当各放大器参数变化偏离正常范围后,可实现远程自动调节,设计了遥调电路。采用固态非易失性数字电位器X9313,电路如图4所示。数字电位器是一种特殊的DAC,它的模拟量输出不是电压或电流,而是电阻。滑动单元的位置由CS、U/D和INC三个输入端控制。当CS为高、INC为高时,滑动端的位置可以被存储在一个非易失性存储器内,因此,在下一次上电工作时可以被重新调手。当电位器的滑动端移到某一断位置,而保持INC为低,CS为高时,此位置不存储。VH、VL、VW相当于一般电位器的3个端。
' e* Z& X0 P" J4 F% ^2.4 温度传感器电路
为了实时监视直放站当地的温度变化,当温度超过上限值时,启动排风装置;当温度低于下限值时,启动加温装置,温度传感器电路由于采集的温度范围属于常温范围,所以采用晶体传感器LM335,电路如图5所示。它的输出电压与热力学温度成正比,灵敏度10mV/℃,灵敏度10mV/℃。输出后的电压经过LM358放大器的放大后送A/D转换器。
2.5 TC35接口电路
TC35模块主要由射频天线、内部Flash、GSM基带处理器、匹配电源和1个40脚的ZIP插座组成。TC35接口电路设计主要是40针的电缆与单片机的接口,如图6所示。1～5脚提供3.3～5.5V峰值2A的直流电源;6～10脚接地;15脚为点火信号,接收单片机的P1.7,可以通过软件启动模块。16～23脚是RS232串口的功能引脚,18、19脚分别为发送RXD和接收TXD引脚。24～29脚对应的SIM卡的引脚。32脚为指示灯引脚,当未插入SIM卡或40脚的电缆没有接收或者模块下在入网时,指示灯处于闪亮状态（亮600ms,灭600ms）;当模登录网络时,指示灯亮75ms,灭3s。
3 软件设计
: x' G2 w- [9 h1 w- [系统的软件设计包括：下位机软件设计、上位机软件设计,下位机与上位机通信软件设计。
3.1 短消息PDU格式分析及实用的AT命令
: ]5 L' K. C, r8 X9 d发送和接收SMS信息有2种方式：基于AT命令的Text Mode（文本模式）和基于AT命令的PDU（Protocol Description Unit）模式。西门子的手机大多只支持PDU模式。在PDU模式下,短信息正文经过编码后转换成UNICODE码被传送。由于我们采用的是西门子的TC35手机模块和TC35T手机终端,所以主要探讨PDU模式的发送和接收。
* T' c$ [. C- _# g下面通过对发送的短消息格式分析,来介绍SMS PDU的数据格式工。假设准备发送中文短消息内容为“晚上好123”,则将TC35T与计算机的串口相连,并打开计算机的超级终,按如下具体操作过程发送短消息（带下划线字符为响应信息,{}内为注释）：
AT
$ o" c  C( ~* j: [8 EOK {计算机与手机的连接成功,这时就可以输入各类GSM AT指令}
AT+CNMI=1,1,2
OK{设置收到短消息提示}
当模块收到短消息时,给出回应：
. ^0 J; \8 Z: E3 W) e例如：+CMTI：“SM”,4
AT+CMGF=0
OK{设置模块工作的模式：0为OPDU模式,1为文本模式}
AT+CMGS=26{发送短消息的字节数}
>0891 683108200905F0 0103 0D91
3 N0 p' _* O- P$ a0 H683199312523F9 3208 0C
665A4E0A597D003100320033//键入Ctrl+Z,看到提示符->出现在较后一个数字后面,说明系统已经收到了命令,系统会返回操作的结构。
0 c2 \0 x# ~7 W4 ]/ s. S) q. W  c( YOK{OK表示成功,ERROR表示发送失败}
6 ]( ]8 ?7 [; l* {0 f  Y0 X+CMGS：32
下面分析这条信息：
08——表示短消息中心地址长度;
91——表示短消息中心号码类型;
68310820905F0——表示短消息房层中心号码;
0103——表示发送短消息的编码方式;
+ F: E) f0 D8 {9 z0D——表示目的地址长度;
7 M# J) K8 y# }! G! P91——表示目的地址类型;
683199312523F9——表示目的地址,即接收短消息的手机号码为13991352329;
3208——表示发送中文字符方式;
0C——表示短消息长度;
665A4E0A597D003100320033——表示发送中文字符的UNICODE码
665A{晚} 4E0A{上} 597D{好} 0032{2} 0033{3}。
& K) x2 ]+ V$ T以下是模块接收信息的分析：
: @1 i/ a  }# C' J5 z8 QAT+CMGR=<Index>{阅读短消息的内容,Index表示短消息存放的位置}
AT+CMGL=<stat>{列表短信息：stat=0,列未读过的短消息;stat=4,列所有的消息}
6 @* N( t5 v8 h+ G$ _3 M+CMGL：1,2,24{1表示信息个数,2表示未发信息,24表示信息总容量}
2 s$ z8 c: _/ P- k0 NAT+CMGD=<Index>{删除短消息,Index表示短消息存放的位置}
OK{删除成功}
3.2 软件设计包括的内容
①下位机软件设计。包括：数据采集及A/D转换程序、越限报警程序。
②上位机软件设计。包括：监控中心主界面设计和数据库程序设计。
对于下位机与上位机通信软件设计,因为下位机与上位机通信是通过短消息来完成的,所以通信软件设计的关键是单片机如何发送AT命令。
! J4 h' @2 Q2 M结束语
8 R& t" J4 O& |采用短消息业务成直放站与控制中心的通信,实现了直放站的遥控,远程控制电源的通断;遥测,远程测量各种开关量;遥调,远程调节功率放大器的增益;遥讯,远程查询采集各种模拟量。短消息业务具有永远在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等优势,特别适用于需频繁传送小数据量的应用,还适用于偏远地址、架设通信线路困难的地方。
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Allevi

受教了