【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 成任務(wù)。日常生活中它的應(yīng)用表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1） GSM 機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)管理應(yīng)用 銀行、儲(chǔ)蓄點(diǎn)機(jī)房監(jiān)控，電信機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控；通信行業(yè)遠(yuǎn)端無人值守站機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)（如移動(dòng)通信基站、微波站、光纖中繼站）；其他無人值守點(diǎn)（如倉(cāng)庫(kù)、辦公樓等）監(jiān)控。 （ 2） GSM 移動(dòng)車輛監(jiān)控調(diào)度應(yīng)用 公安、 1交警車輛監(jiān)控調(diào)度；銀行運(yùn)鈔車、郵政運(yùn)輸車監(jiān)控調(diào)度；出租車管理調(diào)度；公交車輛調(diào)度和指示；集團(tuán)車輛監(jiān)控調(diào)度。 （ 3） GSM 無線接入系統(tǒng)應(yīng)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(dòng)載體付費(fèi)電話。 （ 4） GSM 移動(dòng)性數(shù)據(jù)查詢應(yīng)用 移動(dòng)性證券交易和信息查詢；公安移動(dòng)性數(shù)據(jù)（身份證、犯罪檔案等）查詢；交警移動(dòng)性數(shù)據(jù)（車輛、司機(jī)檔案等）查詢；通信維護(hù)人員線 7 路資料查詢；其他外勤人員移動(dòng)性數(shù)據(jù)查詢。 （ 5） GSM 城市公用事業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控維護(hù)應(yīng)用 煤氣調(diào)壓站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制；自來水、污水管網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和維護(hù)；熱力系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和維護(hù)；電力系統(tǒng)城市中電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)補(bǔ)償。 （ 6）其他 GSM 應(yīng)用領(lǐng)域 移動(dòng)性書記和 Inter 接入；移動(dòng)性辦公及管理；工業(yè)遙感遙測(cè)遙控、信息回報(bào)。 （四）研究的主要內(nèi)容和方法 目前的遠(yuǎn)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(duì)方的信號(hào)如對(duì)講機(jī)、軍用設(shè)備等；一種是通信雙方間接通信，如現(xiàn)在最流行的 GSM 蜂窩網(wǎng)絡(luò)，通過 GSM網(wǎng)絡(luò)的短消息中心 (SMSC)這個(gè)實(shí)體存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)來實(shí)現(xiàn)雙方的通信。 本設(shè)計(jì)主要是智能監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的監(jiān)控產(chǎn)品相比較，在實(shí)現(xiàn)方法和對(duì)象上有很大的區(qū)別，可用圖 1 來區(qū)別。 傳統(tǒng)產(chǎn)品一般實(shí)現(xiàn)框架 ： 智能監(jiān)控實(shí)現(xiàn)框架 ： 圖 1 設(shè)計(jì)采用的實(shí)現(xiàn)框架 此次開發(fā)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具體研究?jī)?nèi)容是用手機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控開關(guān)量和模擬 量，控制主體是用戶手機(jī)，即可以用一對(duì)一通信的方式，也可以用一對(duì)多的通信方式來實(shí)現(xiàn)，靈活實(shí)用?，F(xiàn)有的基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品主要應(yīng)用于信息采集系統(tǒng)、智能抄表系統(tǒng)、運(yùn)鈔車的集中監(jiān)控、汽車車隊(duì)的集中監(jiān)控等方面，這些系統(tǒng)的監(jiān)控中心是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，控制電路收發(fā)模塊通過串口與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，將合法數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般采用客戶機(jī) /服務(wù)器方式，服務(wù)器負(fù)責(zé)處理客戶機(jī)界面控制顯示程序與數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)之間的處理，但系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本昂貴。 本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要是對(duì)外界的數(shù)字量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通信的媒介是 GSM 網(wǎng)絡(luò)，采用 SMS 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 使得 整個(gè)系統(tǒng)在價(jià)格、花銷等方面都有很大的優(yōu)勢(shì)，在技術(shù)方面監(jiān)控計(jì)算機(jī) 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(jī) GSM GSMGS 無線MODEM M 網(wǎng)絡(luò) 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(chǎng)前景 。 設(shè)計(jì)中無線 MODEM 與市面的 GSM MODEM 相比有其自身的特點(diǎn) :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(yīng)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(gè)通過 GSM 短信息的收發(fā)和語音智能報(bào)警實(shí)現(xiàn)對(duì)外界的數(shù)字量和模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shè)計(jì)，即： 16F877A 的外圍電路、 LCD 顯示電路 完成基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控模塊的硬件設(shè)計(jì)，即： TC53i 模塊電路、串行通信口電路 監(jiān)控主板的設(shè)計(jì)。 GSM 網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控模塊的軟件設(shè)計(jì)。 通過整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，總結(jié)出系統(tǒng)塊存在的問題，并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。 二 、 總體方案設(shè)計(jì) 由于有線 Modem 的通信方式的局限性，以及隨著 GSM 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的迅速普及，利用 GSM 模塊實(shí)現(xiàn)基于短消息的數(shù)據(jù)傳輸成為重要的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸解決方案。 目前實(shí)現(xiàn)短消息的發(fā)送主要有以下幾種方法 : 通過移動(dòng)網(wǎng)關(guān)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(qǐng)網(wǎng)關(guān)，成本高，軟件復(fù)雜，比較適合于一些大型的網(wǎng)絡(luò)通信公司進(jìn)行開發(fā)； 通過網(wǎng)站上提供的短信發(fā)送功能來實(shí)現(xiàn)，比如新浪、網(wǎng)易都提供這方面的服務(wù)，這種方法是這 4 種方法中實(shí)現(xiàn)起來最簡(jiǎn)單，所需資源最少的，但是對(duì)于網(wǎng)站的依賴性太強(qiáng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴同樣無法避免，不適用于項(xiàng)目開發(fā)； 在相關(guān)的系統(tǒng)中使用手機(jī)模塊代替手機(jī)來實(shí)現(xiàn)與短消息中心的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)短消息的發(fā)送與接受。使用手機(jī)模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低，而使用手機(jī)雖然也可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，但是需要外加數(shù)據(jù)線，成本相當(dāng) 高。 在電腦上通過 GSMM ODEM 向手機(jī)發(fā)送中文短消息，這是目前比較適合于小項(xiàng)目開發(fā)的一種方法，所需硬件包括一款手機(jī)，提供 GSMMODEM 以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)線或是紅外線適配器。該方法編碼簡(jiǎn)單，只需對(duì) AT 指令和串口編程比較熟悉就可以實(shí)現(xiàn)，而且對(duì) 9 硬件需求不高，并能自動(dòng)收發(fā)短消息，但是該方法對(duì)短消息收發(fā)的控制較弱，通用性不強(qiáng)；但對(duì)于自動(dòng)采集數(shù)據(jù)后發(fā)送檢測(cè)數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)來說該方法最為簡(jiǎn)單實(shí)用。 本設(shè)計(jì)選用 Microchip 公司的 PIC16F877 單片機(jī)和 Siemens 公司的最新一代 GSM 模塊 TC35i，實(shí)現(xiàn)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(yīng)用系統(tǒng)之間以此 modem 和 GSM 網(wǎng)絡(luò)為紐帶，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)地?cái)?shù)據(jù)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(jié)構(gòu)框圖 Microchip 公司的 PIC16F877 芯片為 40 個(gè)引腳 ，常用的封裝形式為 PDIP40，在采用了數(shù)據(jù)總線與程序總線分開的方式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn) ， 其中數(shù)據(jù)總線為 8 位，程序總線為 14 位，而堆棧是由硬件的方式來實(shí)現(xiàn)的，具有 8 層 13 位的獨(dú)立空間，既不占用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器的空際那，也不需要進(jìn)行進(jìn)棧和出棧之類的堆棧操作專用指令，并且整個(gè)程序存儲(chǔ)器 Flash以 8K 14位 Flash 使得 PC 所產(chǎn)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(jī)的內(nèi)部還集成了 14 個(gè)功能各不相同的模塊使單片機(jī)的功能得到更多的擴(kuò)展，這些設(shè)計(jì)在 大大簡(jiǎn)化 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)的同時(shí)又充分發(fā)展了單片機(jī)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(zhǎng)足的進(jìn)步 。 TC35i 通信模塊具備 GSM 無線通信的全部功能，并提供標(biāo)準(zhǔn)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(jiǎn)潔地實(shí)現(xiàn)短信息的收發(fā)、查尋和管理。 本系統(tǒng)利用短消息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，具有以下特點(diǎn)： 利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施完備的整體優(yōu)勢(shì)，不再需投資基礎(chǔ)設(shè)施、隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn) “ 個(gè)性化 ” 的服務(wù)； GSM 網(wǎng)絡(luò) PIC16F877 LCD顯示 GSM 通信模塊 監(jiān)控中心 服務(wù)器 短信采集 PIC16F877 短信采集 GSM 通信模塊 監(jiān)控中心 服務(wù)器 LCD顯示 10 實(shí)施與運(yùn)行費(fèi)用低，只需增加終端控制系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)，短消息實(shí)行包月制或按每條(選用中國(guó)移動(dòng) )元計(jì)費(fèi)，整體費(fèi)用低； 可以實(shí)現(xiàn)在無人情況、環(huán)境惡劣、超遠(yuǎn)距離的情況下控制信息的收集和傳送，硬件的 品質(zhì)保證了通信安全可靠； 系統(tǒng)應(yīng)用獨(dú)立性好，利用單片機(jī)控制 TC35i 模塊，在一定范圍內(nèi)，如果要實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用，只需要對(duì)前臺(tái)軟件做一定修改 。 三 、 硬件部分設(shè)計(jì) 系統(tǒng)分為監(jiān)測(cè)中心站和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)分站兩個(gè)部分：監(jiān)測(cè)中心站主要由監(jiān)測(cè)中心站服務(wù)器、 GSM 無線通信模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及其應(yīng)用軟件組成；遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)分站 主要由單片機(jī)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(cè)中心控制 GSM 無線通信模塊收發(fā)短消息，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示 。 （一）單片機(jī) PIC16F877A 基本電路設(shè)計(jì) 該系統(tǒng) 的 MCU 采用的是 Microchip 公司生產(chǎn)的 PIC16F877 單片機(jī)。這個(gè)單片機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，使它能和多種外部電路模塊結(jié)合使用。此外它與其他的單片機(jī)最大的不同之處在于采用了哈佛總線結(jié)構(gòu)，在芯片內(nèi)部將數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，并且采用不同的寬度（數(shù)據(jù)總線 8 為，指令總線 14 位）進(jìn)行處理。 如圖 3所示 。 圖 3 PIC16F877外圍電路原理圖 11 （二）單片機(jī)與 LCD 顯示電路的設(shè)計(jì) LCD 顯示電路 是用 1602 芯片 PIC16F877 單片機(jī)共同完成的， LCD1602 能顯示數(shù)字、英文、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的顯示芯片，它內(nèi)部有自己的顯示表格能自動(dòng)查表顯示出接收到的數(shù)據(jù)，PIC16F877 對(duì)其控制相對(duì)簡(jiǎn)單，符合本設(shè)計(jì)要求。 LCD1602 芯片各個(gè)管腳的功能 如 表 1所示 ，其與 PIC16F877 單片機(jī)的電路連接原理圖 如 圖 4 所示 。 表 1 LCD1602的各個(gè) 管腳對(duì)應(yīng)功能表 引腳名 引腳序號(hào) 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(hào) RS 4 I/O 數(shù)據(jù) /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(hào) D0 7 Data I/O 數(shù)據(jù)端 D1 8 Data I/O 數(shù)據(jù)端 D2 9 Data I/O 數(shù)據(jù)端 D3 10 Data I/O 數(shù)據(jù)端 D4 11 Data I/O 數(shù)據(jù)端 D5 12 Data I/O 數(shù)據(jù)端 D6 13 Data I/O 數(shù)據(jù)端 D7 14 Data I/O 數(shù)據(jù)端 BLA 15 P 背光源正極 BLK 16 P 背光源負(fù)極 圖 4 PIC16F877與 LCD1602顯示 電路原理圖 12 （ 三 ）單片機(jī)與 MXA232 串行通信電路的設(shè)計(jì) 采用 MAX232 作為 串行通信的 電平轉(zhuǎn)換電路， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行通信功能，不但硬件電路簡(jiǎn)單，而且 PIC16F877 對(duì)其的控制也易于實(shí)現(xiàn)，符合設(shè)計(jì)要求。 MAX232 芯片與PIC16F877 單片機(jī)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(dòng)通信應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，移動(dòng)終端的設(shè)計(jì)也逐漸倍受關(guān)注。這一章將詳細(xì)介紹 Siemens 公司的 GSM 模塊 TC35i、 TI 公司的電平轉(zhuǎn)換芯 片MAX3238 等器件，及其構(gòu)成的移動(dòng)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(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，已?yīng)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(guó)內(nèi)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(zhǎng)。其中西門子公司的 TC35 系列模塊性價(jià)比很高，并且已經(jīng)有國(guó)內(nèi)的無線電設(shè)備入網(wǎng)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(shè)計(jì)緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。最初設(shè)計(jì) TC35i 模塊用于高速 M2M 系統(tǒng)，現(xiàn)在正被應(yīng)用在更廣闊的領(lǐng)域，例如測(cè)量和遠(yuǎn)程維護(hù)，交通系統(tǒng)，倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸，保安系統(tǒng)，無線網(wǎng)關(guān)及接入設(shè)備，自動(dòng)售貨機(jī)，衛(wèi)生保健和建筑技術(shù)等。 13 （ 2） TC35i 主要特性及技術(shù)指標(biāo) TC35i 是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí) GSM 模塊 ,高集成度的尺寸為36mm， 質(zhì)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(shù)據(jù)信號(hào) , 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(jī)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