【文章內容簡介】 成任務。日常生活中它的應用表現在以下幾個方面： （ 1） GSM 機房監(jiān)控和遠程維護管理應用 銀行、儲蓄點機房監(jiān)控，電信機房動力環(huán)境監(jiān)控；通信行業(yè)遠端無人值守站機房監(jiān)控和遠程維護（如移動通信基站、微波站、光纖中繼站）；其他無人值守點（如倉庫、辦公樓等）監(jiān)控。 （ 2） GSM 移動車輛監(jiān)控調度應用 公安、 1交警車輛監(jiān)控調度；銀行運鈔車、郵政運輸車監(jiān)控調度；出租車管理調度；公交車輛調度和指示；集團車輛監(jiān)控調度。 （ 3） GSM 無線接入系統(tǒng)應用 無線固定電話接入（ WLL）；無線磁卡電話；火車、汽車、輪 船等移動載體付費電話。 （ 4） GSM 移動性數據查詢應用 移動性證券交易和信息查詢；公安移動性數據（身份證、犯罪檔案等）查詢；交警移動性數據（車輛、司機檔案等）查詢；通信維護人員線 7 路資料查詢；其他外勤人員移動性數據查詢。 （ 5） GSM 城市公用事業(yè)實時監(jiān)控維護應用 煤氣調壓站實時數據采集和自動控制；自來水、污水管網實時監(jiān)控和維護；熱力系統(tǒng)實時監(jiān)控和維護；電力系統(tǒng)城市中電網實時監(jiān)控和自動補償。 （ 6）其他 GSM 應用領域 移動性書記和 Inter 接入；移動性辦公及管理；工業(yè)遙感遙測遙控、信息回報。 （四）研究的主要內容和方法 目前的遠程無線通信主要有以下兩種：一種通信雙方直接發(fā)送和接收對方的信號如對講機、軍用設備等；一種是通信雙方間接通信，如現在最流行的 GSM 蜂窩網絡，通過 GSM網絡的短消息中心 (SMSC)這個實體存儲轉發(fā)來實現雙方的通信。 本設計主要是智能監(jiān)控模塊設計的實現，與傳統(tǒng)的監(jiān)控產品相比較，在實現方法和對象上有很大的區(qū)別，可用圖 1 來區(qū)別。 傳統(tǒng)產品一般實現框架 ： 智能監(jiān)控實現框架 ： 圖 1 設計采用的實現框架 此次開發(fā)設計的系統(tǒng)具體研究內容是用手機實現遠程監(jiān)控開關量和模擬 量，控制主體是用戶手機，即可以用一對一通信的方式，也可以用一對多的通信方式來實現，靈活實用?，F有的基于 GSM 網絡的產品主要應用于信息采集系統(tǒng)、智能抄表系統(tǒng)、運鈔車的集中監(jiān)控、汽車車隊的集中監(jiān)控等方面，這些系統(tǒng)的監(jiān)控中心是計算機系統(tǒng)，控制電路收發(fā)模塊通過串口與計算機系統(tǒng)交換數據，將合法數據保存到數據庫中，計算機系統(tǒng)一般采用客戶機 /服務器方式，服務器負責處理客戶機界面控制顯示程序與數據庫中數據之間的處理，但系統(tǒng)實現的方法比較復雜，實現成本昂貴。 本次設計的系統(tǒng)主要是對外界的數字量進行實時監(jiān)控，通信的媒介是 GSM 網絡，采用 SMS 進行數據交換， 使得 整個系統(tǒng)在價格、花銷等方面都有很大的優(yōu)勢，在技術方面監(jiān)控計算機 收發(fā)控制電路 收發(fā)單元 終端控制系統(tǒng) 無線通道 監(jiān)控用戶 手機 GSM GSMGS 無線MODEM M 網絡 終端控制系統(tǒng) 無線通道 8 也基本上能夠滿足特定用戶的需求 ， 具有比較廣闊的市場前景 。 設計中無線 MODEM 與市面的 GSM MODEM 相比有其自身的特點 :是面向用戶的、面向底層字節(jié)流，便于用戶完成基于底層的二次開發(fā) ，因此，從用戶利用的角度來看它的可應用性更加靈活，更能滿足各種行業(yè)的需求 。 （五）論文主要完成的工作 本課題將建立一個通過 GSM 短信息的收發(fā)和語音智能報警實現對外界的數字量和模擬量進行實時的監(jiān)控的系統(tǒng)。 本課題的主要工作有： 完成監(jiān)控主板的 硬件設計，即： 16F877A 的外圍電路、 LCD 顯示電路 完成基于 GSM 網絡的智能監(jiān)控模塊的硬件設計，即： TC53i 模塊電路、串行通信口電路 監(jiān)控主板的設計。 GSM 網絡的智能監(jiān)控模塊的軟件設計。 通過整個系統(tǒng)進行分析，總結出系統(tǒng)塊存在的問題，并對其進行改進。 二 、 總體方案設計 由于有線 Modem 的通信方式的局限性，以及隨著 GSM 移動通信網絡的迅速普及，利用 GSM 模塊實現基于短消息的數據傳輸成為重要的遠程數據傳輸解決方案。 目前實現短消息的發(fā)送主要有以下幾種方法 : 通過移動網關發(fā)送短消 息，使用該方法不需要附加的硬件，但是需要到電信部門申請網關，成本高，軟件復雜，比較適合于一些大型的網絡通信公司進行開發(fā)； 通過網站上提供的短信發(fā)送功能來實現，比如新浪、網易都提供這方面的服務，這種方法是這 4 種方法中實現起來最簡單，所需資源最少的，但是對于網站的依賴性太強，對網絡的依賴同樣無法避免，不適用于項目開發(fā)； 在相關的系統(tǒng)中使用手機模塊代替手機來實現與短消息中心的聯(lián)系，從而實現短消息的發(fā)送與接受。使用手機模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低，而使用手機雖然也可以實現相應功能，但是需要外加數據線，成本相當 高。 在電腦上通過 GSMM ODEM 向手機發(fā)送中文短消息，這是目前比較適合于小項目開發(fā)的一種方法，所需硬件包括一款手機，提供 GSMMODEM 以及相應的數據線或是紅外線適配器。該方法編碼簡單，只需對 AT 指令和串口編程比較熟悉就可以實現，而且對 9 硬件需求不高，并能自動收發(fā)短消息，但是該方法對短消息收發(fā)的控制較弱，通用性不強；但對于自動采集數據后發(fā)送檢測數據的智能系統(tǒng)來說該方法最為簡單實用。 本設計選用 Microchip 公司的 PIC16F877 單片機和 Siemens 公司的最新一代 GSM 模塊 TC35i，實現了一款 具有短信收發(fā)功能的 GSM modem 原型。利用此 modem 原型，可以在應用系統(tǒng)之間以此 modem 和 GSM 網絡為紐帶，可以實現遠地數據的傳輸。如圖 2所示 。 發(fā)射部分 接收部分 圖 2 系統(tǒng)總體結構框圖 Microchip 公司的 PIC16F877 芯片為 40 個引腳 ，常用的封裝形式為 PDIP40，在采用了數據總線與程序總線分開的方式進行運轉 ， 其中數據總線為 8 位，程序總線為 14 位，而堆棧是由硬件的方式來實現的，具有 8 層 13 位的獨立空間，既不占用程序存儲器和數據存儲 器的空際那，也不需要進行進棧和出棧之類的堆棧操作專用指令，并且整個程序存儲器 Flash以 8K 14位 Flash 使得 PC 所產生的 13位地址最大可尋址空間為 8K 14 位，地址編碼的最大范圍為 0000H～ 1FFFH，在單片機的內部還集成了 14 個功能各不相同的模塊使單片機的功能得到更多的擴展，這些設計在 大大簡化 單片機的硬件結構的同時又充分發(fā)展了單片機的基本功能，在 提高系統(tǒng)的可靠性 和多功能性方面取得了長足的進步 。 TC35i 通信模塊具備 GSM 無線通信的全部功能，并提供標準的 UART 串行接口，支持 GSM 所定義的 AT 命令集的指令。因此， MCU 能夠非常方便地通過 UART 接口與 GSM 模塊連接，并直接使用 AT 命令就可以方便簡潔地實現短信息的收發(fā)、查尋和管理。 本系統(tǒng)利用短消息實現遠程數據傳輸應用，具有以下特點： 利用移動通信網絡覆蓋面廣、網絡設施完備的整體優(yōu)勢，不再需投資基礎設施、隨時隨地實現 “ 個性化 ” 的服務； GSM 網絡 PIC16F877 LCD顯示 GSM 通信模塊 監(jiān)控中心 服務器 短信采集 PIC16F877 短信采集 GSM 通信模塊 監(jiān)控中心 服務器 LCD顯示 10 實施與運行費用低，只需增加終端控制系統(tǒng)，運行時，短消息實行包月制或按每條(選用中國移動 )元計費，整體費用低； 可以實現在無人情況、環(huán)境惡劣、超遠距離的情況下控制信息的收集和傳送，硬件的 品質保證了通信安全可靠； 系統(tǒng)應用獨立性好，利用單片機控制 TC35i 模塊，在一定范圍內，如果要實現不同的應用，只需要對前臺軟件做一定修改 。 三 、 硬件部分設計 系統(tǒng)分為監(jiān)測中心站和遠程監(jiān)測分站兩個部分：監(jiān)測中心站主要由監(jiān)測中心站服務器、 GSM 無線通信模塊、數據庫系統(tǒng)及其應用軟件組成；遠程監(jiān)測分站 主要由單片機PIC16F877 及外圍電路、顯示電路 LCD、串行通信電路以及 GSM 無線通信模塊（ TC35i）組成。監(jiān)測中心控制 GSM 無線通信模塊收發(fā)短消息，然后對數據進行顯示 。 （一）單片機 PIC16F877A 基本電路設計 該系統(tǒng) 的 MCU 采用的是 Microchip 公司生產的 PIC16F877 單片機。這個單片機的硬件系統(tǒng)設計簡潔，并且堆棧采用硬件方式，這樣就省略了專用的堆棧指令使得指令系統(tǒng)也得到了精練，其功率消耗極低，驅動能力強，使它能和多種外部電路模塊結合使用。此外它與其他的單片機最大的不同之處在于采用了哈佛總線結構，在芯片內部將數據總線和指令總線分離，并且采用不同的寬度（數據總線 8 為，指令總線 14 位）進行處理。 如圖 3所示 。 圖 3 PIC16F877外圍電路原理圖 11 （二）單片機與 LCD 顯示電路的設計 LCD 顯示電路 是用 1602 芯片 PIC16F877 單片機共同完成的， LCD1602 能顯示數字、英文、標點符號的顯示芯片，它內部有自己的顯示表格能自動查表顯示出接收到的數據，PIC16F877 對其控制相對簡單，符合本設計要求。 LCD1602 芯片各個管腳的功能 如 表 1所示 ，其與 PIC16F877 單片機的電路連接原理圖 如 圖 4 所示 。 表 1 LCD1602的各個 管腳對應功能表 引腳名 引腳序號 引腳類型 功能說明 VSS 1 P 電源地 VDD 2 P 電源正極 VL 3 I/O 液晶顯示偏壓信號 RS 4 I/O 數據 /命令選擇端（ H/L） R/W 5 I/O 讀 /寫選擇端（ H/L） E 6 I/O 使能信號 D0 7 Data I/O 數據端 D1 8 Data I/O 數據端 D2 9 Data I/O 數據端 D3 10 Data I/O 數據端 D4 11 Data I/O 數據端 D5 12 Data I/O 數據端 D6 13 Data I/O 數據端 D7 14 Data I/O 數據端 BLA 15 P 背光源正極 BLK 16 P 背光源負極 圖 4 PIC16F877與 LCD1602顯示 電路原理圖 12 （ 三 ）單片機與 MXA232 串行通信電路的設計 采用 MAX232 作為 串行通信的 電平轉換電路， 實現數據的串行通信功能，不但硬件電路簡單，而且 PIC16F877 對其的控制也易于實現，符合設計要求。 MAX232 芯片與PIC16F877 單片機的電路連接原理圖 如圖 5 所示 。 圖 5 MAX232與 PIC16F877外圍電路原理圖 （ 四 ） TC35i 通信模塊 1. GSM 模塊 TC35i 介紹 隨著通信事業(yè)的發(fā)展，移動通信應用領域的不斷擴大，移動終端的設計也逐漸倍受關注。這一章將詳細介紹 Siemens 公司的 GSM 模塊 TC35i、 TI 公司的電平轉換芯 片MAX3238 等器件，及其構成的移動終端的硬件電路。 該電路可以完成短消息收發(fā)、語音傳輸 、 與 PC 機進行數據傳輸等功能，已應用在基于 GSM 短消息的 GPS 車輛監(jiān)控系統(tǒng)中。 （ 1） TC35i 無線模塊 目前 ,國內常用的 GSM 模塊有 Wavee 的 WMO2 系列、 Fal 的 A2D 系列、愛立信的 DM10/DM20 系列、中興的 ZXGM18 系列和西門子公司的 TC35 系列等，這些模塊的功能和用法差別不大 ,但各有所長。其中西門子公司的 TC35 系列模塊性價比很高，并且已經有國內的無線電設備入網證。所以本課題就是選用西門子 GSM 通信模塊 TC35 系列的蜂窩通信引擎 TC35i。這是西 門子推出的最新的無線模塊，功能上與 TC35 兼容，設計緊湊，大大縮小了用戶產品的體積。最初設計 TC35i 模塊用于高速 M2M 系統(tǒng)，現在正被應用在更廣闊的領域，例如測量和遠程維護，交通系統(tǒng)，倉儲運輸，保安系統(tǒng)，無線網關及接入設備，自動售貨機，衛(wèi)生保健和建筑技術等。 13 （ 2） TC35i 主要特性及技術指標 TC35i 是一個支持中文短信息的工業(yè)級 GSM 模塊 ,高集成度的尺寸為36mm， 質量為 9g。工作在 EGSM900MHz 和 GSM1800MHz(phase 2/2+) 雙頻段 ,電源范圍為 ～ V ,為單一電壓，可傳輸語音和數據信號 , 功耗在 EGS900 (4 類 ) 和 GSM1800 (1 類 ) 分別為 2 W 和 1 W ,通過接口連接器和天線連接器分別連接 SIM卡讀卡器和天線， SIM 電壓為 3V/。電流消耗 休眠狀態(tài)為 ,空閑狀態(tài) （ 待機模式 ） 25mA， 發(fā)射狀態(tài) （ 通話模式 ） 300mA（ 平均 ） ， 峰值。溫度范圍 正常操作 2