【正文】 眾無線電話依然是一種奢侈品，只能被一小部分人使用。由于覆蓋區(qū)域受到發(fā)射功率限制，系統(tǒng)開始改由一個(gè)發(fā)射臺和多個(gè)中繼接收站所組成，這種復(fù)雜配置擴(kuò)展了系統(tǒng)的覆蓋范圍。 蜂窩系統(tǒng)采用頻率復(fù)用的方式增加其容量。蜂窩概念有貝爾實(shí)驗(yàn)室提出， 20 世紀(jì) 70 年代世界上幾個(gè)不同地方的研究人員對其進(jìn)行了研究。 20 世紀(jì) 80 年代中期，世界上出現(xiàn)了很多基于上述兩種系統(tǒng)的移動通信，例如，從 AMPS 中派生的 TACS 系統(tǒng)于 1985 年在英國投入使用。歐洲最大的移動網(wǎng)絡(luò)是英國的網(wǎng)絡(luò)，它由兩個(gè)覆蓋全國的網(wǎng)絡(luò)組成，到 1990 年網(wǎng)上用戶已經(jīng)過了百萬。 移動通信終端設(shè)備在 20 世紀(jì) 80 年代末得到飛速發(fā)展。在重量和體積減小的同時(shí)，其價(jià)格也迅速下降到大多數(shù)人可以接受的水平。早在 20世紀(jì) 80 年代初期，當(dāng)模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)剛投放市場時(shí)，歐洲的電信運(yùn)營部門便發(fā)覺，56 移動通信系統(tǒng)將整個(gè)歐洲的蜂窩系統(tǒng)分割成四分五裂的狀態(tài)，無法形成快速增長的市場所需 求的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。新誕生的 “GSM”舉行第一次會議是在 1982 年 11 月，在斯德哥爾摩，大會主席是來自瑞典電信管理部門的 Thomas Haug,11 個(gè)國家的 31 位代表出席了這個(gè)會議。 GSM 的原意是 “移動通信特別小組 ”，而隨著設(shè)備的開發(fā)和數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的建立， GSM 逐漸成為泛歐數(shù)字蜂窩網(wǎng)移動通信系統(tǒng)的代名詞。 GSM 標(biāo)準(zhǔn)的制定花了約 10 年時(shí)間，在標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合會及后來的歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 ETSI的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下， GSM 系統(tǒng)由主要的歐洲通信設(shè)備制造商和操作維護(hù)部門共同進(jìn)行設(shè)計(jì)。從 1990 年起， GSM 開始向歐洲外擴(kuò)展，目前，世界上已經(jīng)有上百個(gè)運(yùn)營商在 GSM 分配的頻帶內(nèi)運(yùn)行，可以想象，GSM 能向用戶提供相當(dāng)范圍的覆蓋，使用戶在眾多國家內(nèi)實(shí)現(xiàn)漫游，稱為名副其實(shí)的 “全球移動通信 ”。隨著中國手機(jī)用戶的增加，兩大運(yùn)營商競爭越來越激烈，市場得到全面的細(xì)分，短信業(yè)務(wù)正是在這種背景下發(fā)展起來的，越來越多的手機(jī)用戶開始接受短消息服務(wù)，尤其是時(shí)尚年輕一族，更是短信市 場的生力軍，短信正以其經(jīng)濟(jì)，便捷的溝通方式，得到眾多手機(jī)用戶的青睞。針對這種情況，國內(nèi)外的很多開發(fā)者在傳統(tǒng)的單片機(jī)系 3 統(tǒng)中利用支持語音、短消息 (SMS)、數(shù)據(jù)通信、傳真等業(yè)務(wù)的 GSM 引擎模塊，結(jié)合已有的單片機(jī)系統(tǒng)通過 RS232接口連接 GSM 模塊 ，從而利用 GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，這種方法實(shí)現(xiàn)起來很容易并且已有的系統(tǒng)硬件部分不需要做大的改動，關(guān)鍵是做軟件部分的修改。 GSM模塊在短信息方面的應(yīng)用最具優(yōu)勢，具有永遠(yuǎn)在線、不需撥號、價(jià)格便宜、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，特別適用于需頻繁傳送小流量數(shù)據(jù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的雙向傳送、無線遠(yuǎn)程檢測和控制等。 GSM 模塊是傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器與 GSM 無線移動通信系統(tǒng)相結(jié)合的一種數(shù)據(jù)終端設(shè)備，因此也叫無線調(diào)制解調(diào)器。所以在應(yīng)用上，凡是使用調(diào)制解調(diào)器的地方大多數(shù)可以用 GSM 模塊代替。 同時(shí)，由于調(diào)制解調(diào)器必須通過 PSTN 或者其他專用通訊網(wǎng)進(jìn)行通信，因而受地域、線路等影響，在應(yīng)用上有很大的局限性，而 GSM 模塊則無此限制。 在此基礎(chǔ)上，對軟件和硬件加 以改動還可以實(shí)現(xiàn)許多其他功能，信息內(nèi)容不一定是文字內(nèi)容，也可是地圖、圖畫或其他視頻內(nèi)容。同時(shí)，它具有模擬移動電話系統(tǒng)無可比擬的保密性和抗干擾性、音匝清晰通話穩(wěn)定，并具備容量大、頻率資源利用率高、接口開放、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，并且對用戶的數(shù)量也沒有限制，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大，維護(hù)費(fèi)用高，且網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的缺陷。利用 GSM短信息系統(tǒng)進(jìn)行無線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個(gè)強(qiáng)大的支持平臺。無線技術(shù)的應(yīng)用不僅美化了我們的城市，而且改善了投資環(huán)境、增加安全性，為我們帶來巨大的社會、經(jīng)濟(jì)效益 。無線技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)己成為我們生活中 一個(gè)不可缺少的重要組成部分。有線技術(shù)有著很明顯的局限性，它們過多的依賴控制室和遠(yuǎn)端現(xiàn)場之間的物理連線，尤其是當(dāng)被監(jiān)控部分所處環(huán)境惡劣、現(xiàn)場危險(xiǎn)、噪音干擾大、工作人員不宜停留的工作場所，采用有線傳輸模式顯然會需要更大的代價(jià)，因?yàn)楸O(jiān)控端必須遠(yuǎn)離采集端，這樣的投入有時(shí)可以說是巨大的。也有采用發(fā)傳真，打電話的形式通過人工來控制，同時(shí)在部分控制點(diǎn)使用了定時(shí)器裝置，在這種模式下，出現(xiàn)故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，存在隱患不能及時(shí)排除，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率低下，不便管理，而且這種模式也無法解決迅速部署、靈活監(jiān)控的現(xiàn)代監(jiān)控管理的要求。 采用先進(jìn)的 GSM 技術(shù)的無線通信系統(tǒng)，集計(jì)算機(jī)、通信、機(jī)電、自動控制等多種先進(jìn)技術(shù)于一體，能夠 實(shí)現(xiàn)對無線分布式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，解決了傳統(tǒng)控 制中自己構(gòu)建通訊系統(tǒng)成本高、抗干擾性差的缺點(diǎn)，將運(yùn)行維護(hù)人員從大量繁瑣的工作中解放出來，提高了無線通信系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，增強(qiáng)無線通信系統(tǒng)的可靠性和可控性，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)定位無線系統(tǒng)故障，大大減少了系統(tǒng)停用帶來的不良影響。 我國目前已建成了 覆蓋全 國的 GSM 數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)，是我國公眾陸地移動通信網(wǎng)的主要方式。 短消息業(yè)務(wù)不需撥號建立連接，利用短消息業(yè)務(wù)中心的存儲和轉(zhuǎn) 5 發(fā)功能，直接把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息中心，由短消息中心再發(fā)送給最終的信宿，這種方式非常適合于將每次采集到的數(shù)據(jù)隨時(shí)發(fā)送到上位機(jī)。 由此可見，短消息業(yè)務(wù) 作為 GSM 網(wǎng)絡(luò)的一種主要的電信業(yè)務(wù)，它的傳遞是可靠的。在短消息業(yè)務(wù)快速發(fā)展的背景下，短消息在無線監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集方面的應(yīng)用作為 畢業(yè)設(shè)計(jì) 的研究課題就有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際價(jià)值。 （三）國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 本課題研究實(shí)現(xiàn)的智能監(jiān)控模塊可用于家居實(shí)時(shí)監(jiān)控、工業(yè)控制、無人值守設(shè)備的監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等領(lǐng)域。現(xiàn)代遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)和自動化控制技術(shù)的結(jié)合，是信息技術(shù)與控制技術(shù)的集成。進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控有以下幾種方式： ①使用無線電收發(fā)設(shè)備； ② 利用有線電話網(wǎng)絡(luò)，使用電話線路，以雙音多頻 (CDTMF)信號為載體傳送簡單命令和數(shù)據(jù)； ③ 利用計(jì)算機(jī)，借助 Inter 傳送數(shù)據(jù)及命令； ④ 借助 PLMN(公用陸地移動網(wǎng) )的 SMS(短信 )服務(wù)平臺或 GPRS(通 用分組無線業(yè)務(wù) )的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能傳送數(shù)據(jù)或命令。有線傳輸方式，可以通過架 設(shè)專線、利用公共數(shù)據(jù)網(wǎng)等途經(jīng)來實(shí)現(xiàn)，但是在很多場合下，有線方式受到了架線環(huán)境、傳輸距離等條件限制。 移動通信 經(jīng)過三代發(fā)展， GSM (Global System for Mobile Communication)系統(tǒng)是目前基于時(shí)分多址 (TDMA)技術(shù)的移動通信體制中最 成熟，最完善，應(yīng)用最廣的一種移動通 6 信系統(tǒng)。由于 GSM 網(wǎng)絡(luò)在全國范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，用戶無需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時(shí)為客戶節(jié)省了昂貴建網(wǎng)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。它比起傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無法比擬的優(yōu)勢，加上 GSM 的 SMS 本身具備 的數(shù)據(jù)傳送功能，都使得這些應(yīng)用得到迅速的普及。 短消息傳送業(yè)務(wù)采用專用控制 信道 (DCCH)，可以使網(wǎng)絡(luò)管理端確切地知道被叫方是否收到短消息，如果傳送失敗，被叫方?jīng)]有回答確切消息，網(wǎng)絡(luò)管理端會重新發(fā)送消息，以確保被叫方能收到。每個(gè)短消息的信息量為 140 個(gè)八位組 (7 比特編碼， 160 個(gè)字符 )不超過 140 個(gè)字節(jié)， 足以滿足 單個(gè)監(jiān)測指標(biāo)的信息量。 西門子工業(yè)級 GSM 模塊 TC35i 適用于各行各業(yè)，在各個(gè)領(lǐng)域作無線數(shù)據(jù)通信、短信息通告之用。工業(yè)級系列 GSM 模塊 TC35i 的推出正解決了這個(gè)難題，它可以長時(shí)間地穩(wěn)定工作。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、儲蓄點(diǎn)機(jī)房監(jiān)控，電信機(jī)房動力環(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)（如移動通信基站、微波站、光纖中繼站）；其他無人值守點(diǎn)（如倉庫、辦公樓等）監(jiān)控。 （ 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 船等移動載體付費(fèi)電話。 （ 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)控和自動補(bǔ)償。 （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)送和接收對方的信號如對講機(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)體存儲轉(zhuǎn)發(fā)來實(shí)現(xiàn)雙方的通信。 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)具體研究內(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)，即可以用一對一通信的方式，也可以用一對多的通信方式來實(shí)現(xiàn)，靈活實(shí)用。 本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要是對外界的數(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，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前景 。 （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)。 GSM 網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控模塊的軟件設(shè)計(jì)。 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。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。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(shí)現(xiàn)，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(qiáng)；但對于自動采集數(shù)據(jù)后發(fā)送檢測數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)來說該方法最為簡單實(shí)用。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。 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，既不占用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲 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足的進(jìn)步 。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(shí)現(xiàn)短信息的收發(fā)、查尋和管理。 三 、 硬件部分設(shè)計(jì) 系統(tǒng)分為監(jiān)測中心站和遠(yuǎn)程監(jiān)測分站兩個(gè)部分：監(jiān)測中心站主要由監(jiān)測中心站服務(wù)器、 GSM 無線通信模塊、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應(yīng)用軟件組成；遠(yuǎn)程監(jiān)測分站 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。 （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)。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。 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)符號的顯示芯片，它內(nèi)部有自己的顯示表格能自動查表顯示出接收到的數(shù)據(jù)，PIC16F877 對其控制相對簡單，符合本設(shè)計(jì)要求。 表 1 LCD1602的各個(gè) 管腳對應(yīng)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(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