【正文】 系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于橋梁混凝土測(cè)溫、油氣井場(chǎng)、電力電纜火災(zāi)監(jiān)測(cè)、糧倉及物資倉庫 溫度監(jiān)測(cè)。它不需要建立撥號(hào)連天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 接，只需把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短信息中心，再由短信息中心轉(zhuǎn)發(fā)到最終目標(biāo)。所以對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸量較小、實(shí)時(shí)性相對(duì)要求不高的場(chǎng)合，利用 GSM 公用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是最好的選擇。這時(shí)利用 GSM 無線通訊網(wǎng)絡(luò)、智能監(jiān)控器和用戶手機(jī)終端構(gòu)建的一套功能完整的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為大多 數(shù)人的要求。一旦有安全事故發(fā)生，監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)立即通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)將情況以短信的形式傳遞給戶主，戶主在得到信息后，可以立即采取有效的措施?？茖W(xué)技術(shù)方面，由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展與電子信息技術(shù)的成長，也促成了 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)智能的誕生。 GSM 工作在 900MHZ，采用數(shù)字調(diào)制速率為 小移頻鍵控（ GMSK）調(diào)制（ BT=）。 短信息服務(wù)（ SMS）是 GSM技術(shù)應(yīng)用的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它具有一些突出特點(diǎn)如：一次可傳輸 140BYTE 的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的內(nèi)容可以是字符或數(shù)字；可以在 GSM 網(wǎng)絡(luò)內(nèi) 部 端對(duì)端傳輸，還可以從 GSM網(wǎng)絡(luò)外（如互聯(lián)網(wǎng)）發(fā)送短信息給一個(gè)端點(diǎn)站；短信息通過設(shè)在移動(dòng)通信部門的短信息中心（ MSC）用 GSM 系統(tǒng)的信令信道傳送，與語音信道不沖突，即使終端處在通話狀態(tài)下也可以進(jìn)行傳送；在短信息傳送過程中，不進(jìn)行呼叫連接建立和釋放的過程；MSC 具有短信息的存儲(chǔ)功能，在終端設(shè)備關(guān)機(jī)時(shí)，可以保持 信息在一定時(shí)間內(nèi)有效。 GSM 短信息是移動(dòng)通信部門利用 GSM 網(wǎng)絡(luò)在提供電路交換的各種電信業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)之外提供的基于數(shù)據(jù)分組交換的一項(xiàng)增值業(yè)務(wù)。本系統(tǒng)已經(jīng)投入重慶移動(dòng)試用，運(yùn)行穩(wěn)定，能及時(shí)反映基站的運(yùn)行狀況，克服了傳統(tǒng)天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 維護(hù)基站時(shí)被動(dòng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力的局面，減低了用戶對(duì)營運(yùn)商的投訴率，改善了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營環(huán)境，對(duì)基站起到了統(tǒng)一高效的維護(hù)與管理。 1989 年 HP英國 Briscl 分部首先提供了 調(diào)制測(cè)試軟件和第一部 GSM射頻信源 HP8657A，接著 HP 又提供了 GSM 系統(tǒng)多層協(xié)議分析和信號(hào)分析的 儀 器其中通信協(xié)議分析 儀 可接至群接口，監(jiān)測(cè) X2 LAPD 和 CCS7 協(xié)議。 總體要求和規(guī)劃 本 設(shè)計(jì) 研究的問題是基于 GSM 模塊的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)。最后實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的銜接，即對(duì)接口進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中用單片機(jī)接收檢測(cè)到的信號(hào)，處理后向 GSM 模塊通信，再通過 GSM 無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給手機(jī)用戶。它包括硬件設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)部分。單片機(jī)是整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心控制部件，負(fù)責(zé)接收傳感器觸發(fā)的開關(guān)量報(bào)警信號(hào)，發(fā)送 GSM 通訊命令，控制信息傳輸。系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于如何利用GSM 模塊進(jìn)行通訊。溫度信號(hào)的或取主要有溫度傳感器對(duì)工業(yè)設(shè)備環(huán)境或所監(jiān)測(cè)的環(huán)境的溫度進(jìn)行檢測(cè)采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)進(jìn)行分析處理后，輸出到液晶顯示器，通過控制 GSM 通信模塊 TC35，針對(duì)異常信號(hào)發(fā)送報(bào)警信息給用戶，也可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聲光報(bào)警。 此次設(shè)計(jì)是基于 GSM 的遠(yuǎn)程溫度控制，其中用到的有 6 個(gè)模塊主要有控制模塊，電源模塊，溫度采集模塊， GSM 模塊，按鍵模塊和液晶模塊 。 ( 2 ) 電源模塊：用于給整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，包括控制模塊所需的 5V 電壓和 GSM 模塊所需的 電壓等。 ( 4 ) GSM 模塊：采用西門子公司生產(chǎn)的 TC35I 模塊，用于通信短信和用戶進(jìn)行通信。 ( 6 ) 液晶模塊：用于用戶接口界面，用于顯示各類操作菜單信息，系統(tǒng)時(shí)間信息和安全密碼信息等。智能監(jiān)控器由單片機(jī) AT89S52 組成、 GSM 通訊模塊使用西門子的 TC35I 模塊、溫度傳感器DS18B20。西門子的 TC35I 模塊是實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵器件，它為短信息發(fā)送提供無線接口。 如圖 11 為本方案的系統(tǒng)硬件框圖。它在很多領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，通過使用 AT指令才能控 GSM 模塊，它可以與電腦 RS232 串口相連，也可以用單片機(jī)進(jìn)行控制。在現(xiàn)代的移動(dòng)通信體制中， GSM 系統(tǒng)是一種比較成 熟和完善的系統(tǒng)，其應(yīng)用非常廣泛。目前已建成覆蓋全國的 GSM 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，其可以提供語音和短信等各種服務(wù)。 GSM 的重要特點(diǎn)是：防盜能力佳、網(wǎng)絡(luò)容量大、手機(jī)號(hào)碼資源豐富、通話清晰、穩(wěn)定性強(qiáng)不易受干擾、信息靈敏、通話死角少、手機(jī)耗電量低。 TC35I 新版西 門子工業(yè) GSM 模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí) GSM模塊，可以工作在 GSM900 和 GSM800 雙頻段，電源范圍為直流 ～ ，電流消耗為休眠狀態(tài) 、空閑狀態(tài) 25mA、發(fā)射狀態(tài) 300mA(平均 )、 峰值；可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號(hào)， EGSM900(4 類 )和 GSM1800(1 類 )的功率分別為 2W 和 1W，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。它支持 Text 和 PDU 格式的SMS(短消息服務(wù) )，可通過 AT 命令或關(guān)斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。基于 GSM 的短信服務(wù)，是一種在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳送簡(jiǎn)短信息業(yè)務(wù) ， 既我們平時(shí)說的短信。短消息每次限制在 160 個(gè)字符內(nèi)，短消息的編碼支持中文、韓文、 日文等文字字符集及符號(hào)，并且傳送字符內(nèi)容支持 Unicode 字符全集，因此可以傳送中天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 文信息 [4]。 SMS 網(wǎng)絡(luò)性能強(qiáng)，用戶無需另外組網(wǎng)，傳輸速度快，費(fèi)用低，不占用語音通道， SMS 本身具備數(shù)據(jù)傳送功能，對(duì)用戶的數(shù)量也沒有限制，因而在遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。這種系統(tǒng)不需要在組建專用的通信網(wǎng)絡(luò)，就能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸功能?，F(xiàn)代的手機(jī)都包含一個(gè)無線 MODEM 模塊，作為無線數(shù)據(jù)收發(fā)的終端，是整個(gè)手機(jī)能夠聯(lián)網(wǎng)的核心。 GSM 的短信業(yè)務(wù) SMS 利用信令信道傳輸，這是GSM 通信網(wǎng)特有的。短消息服務(wù)中心不直接送給最終的接收端，而是首先存儲(chǔ)該信息。無線 MODEM 有三種 SMS 控制協(xié)議，即 BL0CK M0DE 協(xié)議、基于 AT 指令的 TEXT MODE 協(xié)議、基于 AT 指令的 POU MODE 協(xié)議，前兩種是較早使用的，而且國內(nèi)手機(jī)不支持， PDU MODE 協(xié)議現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛。單片機(jī)與手機(jī)的軟件接口，其實(shí)是單片機(jī)通過與 GSM 短信有關(guān)的 AT 指令控制手機(jī)的控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工作模式、讀短信、發(fā)短信和短信的刪除等功能。讀短信息數(shù)據(jù)可以采用兩個(gè)指令 AT+CMGR=N 讀手機(jī)短信息數(shù)據(jù) (N 為短消息號(hào) )、 AT+CMGL=N 為列出手機(jī)中的短消息 (N=0 是未讀的短信息、N=l 為已讀的短信息、 N=2 未發(fā)的短信息 )。發(fā)送短信息要使用無線通信模塊，所以都需要根據(jù) TC35I 的接口協(xié)議編制通信程序 [15]。在短信息模塊收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的短信息時(shí)，能夠通過串口發(fā)送指示信息，數(shù)據(jù)終端設(shè)備可以向 GSM 模塊發(fā)送各種命令集，是由諾基亞、愛立信、摩托羅拉和 HP 等廠家共同為 GSM 系統(tǒng)研制的，其中包 含了對(duì) SMS 的控制。 目前，發(fā)送短消息常用 Text 和 PDU（ Protocol Data Unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元）模式。 PDU 模式收發(fā)短信可使用 3 種編碼 :7bit、 8bit 和 UCS2 編碼 [16]。在這三種編碼方式下，可發(fā)送的最大字符數(shù)分別是 160、 1 70。 一般的 PDU 編碼由 A B C D E F G H I J K L M 十三項(xiàng)組成 ： A：短信息中心地址長度， 2 位十六進(jìn)制數(shù)（ 1 個(gè)字） ； B：短信息中心號(hào)碼類型， 2 位十六進(jìn)制數(shù) ； C：短信息中心號(hào)碼， B+C 的長度將由 A 中的數(shù)據(jù)決定 ； D：文件頭字節(jié)， 2 位十六進(jìn)制數(shù) ； E：信息類型， 2 位十六進(jìn)制數(shù) ； F：被叫號(hào)碼長度， 2 位十六進(jìn)制數(shù) ； G：被叫號(hào)碼類型， 2 位十六進(jìn)制數(shù)，取值同 B； H：被叫號(hào)碼，長度由 F 中的數(shù)據(jù)決定 ； I：協(xié)議標(biāo)識(shí)， 2 位十六進(jìn)制數(shù) ； J：數(shù)據(jù)編碼方案， 2 位十六進(jìn)制數(shù) ； K：有 效期， 2 位十六進(jìn)制數(shù) ； L：用戶數(shù)據(jù)長度， 2 位十六進(jìn)制數(shù) ； M：用戶數(shù)據(jù)，起長度由 L 中的數(shù)據(jù)決定。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 TC35I 通信模塊 TC35I 是西門子最新推出的無線通信模塊，功能與 TC35 兼容，設(shè)計(jì)緊湊。符合 ETSI 標(biāo)準(zhǔn) GSM0707 和 GSM0705，且易于升級(jí)為 GPRS 模塊。 TC35I 有 40 個(gè)引腳，通過 ZIF 連接器引出。 TC35i 的管腳圖如 21 所示。 1 31 和 32 引腳為控制部分， 15 引腳為啟動(dòng)線 IGT(Ignition)。 30 引腳為 RTC back up； 31 引腳為掉電控制； 32 引腳為 SYNC， 16～ 23 引腳為數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 分別為 DSRO、 RINGO、 RXD0、 TXD0、 CTSO、 RTSO、 DTRO天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 和 DCDO。 電源電路分為充電電池和穩(wěn)壓電源模塊兩部分。同時(shí)產(chǎn)生 MAX232 所需要的高電平：三端電源模塊 LM7806 將外部 12V直流電源轉(zhuǎn)換為 6V， 連接至 ZIF 連接器的 1 12 引腳。 啟動(dòng)電路由漏極開路三極管和上電復(fù)位電路組成。 數(shù)據(jù)通信電路主要實(shí)現(xiàn)短消息收發(fā)、與 PC 機(jī)通信、軟件控制等功能。工作在 CMOS 電平 ()。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整個(gè)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為 3 部分：監(jiān)控中心、GSM 短信息 (SMS)服務(wù)中心和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。 AT89S52 單片機(jī)取得相應(yīng)的數(shù)值后經(jīng)主程序分析與設(shè)定值比較，根據(jù)實(shí)際情況輸出 信號(hào)控制輸出電路各端 El 的電平，以驅(qū)動(dòng)外圍的控制電路工作， 實(shí)現(xiàn)對(duì)被控制對(duì)象的控制；同時(shí)判斷各監(jiān)測(cè)值是否滿足發(fā)送信息條件，若滿足條件即通過通信模塊 TC35 向監(jiān)控中心或值班人員的手機(jī)發(fā)送信息。監(jiān)控中心主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)各測(cè)量設(shè)備狀態(tài)，并對(duì)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)上傳的各種信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理。由于 GSM 是目前我國主要使用的蜂窩數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，技術(shù)成熟，覆蓋面廣，傳輸距離基本不受限制，而且直接面向用戶手機(jī)，是良好的無線傳輸平臺(tái)。在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中 GSM 網(wǎng)絡(luò)和用戶手機(jī)均為現(xiàn)有設(shè)備，可以直接引入系統(tǒng)。 智能溫度監(jiān)控器由西門子的 TC35I 模塊、 AT89S52 模塊、溫度傳感器采集模塊(DS18B20)和一些外圍器件（液晶顯示，按鍵，報(bào)警等模塊）構(gòu)成。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 DS 18 B 20溫度傳感器控制核心AT 89 S 52GAM 模塊 TC 35 I手機(jī)鍵盤 液晶顯示報(bào)警模塊 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 AT89S52 及其外圍電路 在此設(shè)計(jì)中采用 單片機(jī) AT89S52，它 的主要任務(wù)是采集受控對(duì)象的溫度狀態(tài)，然后對(duì)其進(jìn)行 TEXT 編碼，通過 TC35i 通信模塊發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心；同時(shí)接收來自監(jiān)控中心的指令短消息，對(duì)其解碼后執(zhí)行相應(yīng)的操作。 AT89S52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB 的可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ) 器和 128Bit 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)的 MCS52 指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域 [6]。 AT89S52 單片機(jī)有 40 引腳，其各引腳都有各自的功能，其大致可以分為以下 3類。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。 XTAL2 接外部晶體的另一個(gè)引腳。采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE 端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的 1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)。然而要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如果需要的話，通過對(duì)專用寄存 (SFR)區(qū) 中 8EH 單元的 D0 位置數(shù)，可禁止 ALE 操作。另外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，該設(shè)定禁止 ALE 位無效。當(dāng) AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效（既輸出 2 個(gè)脈沖）。 /EA/Vpp 外部訪問允許端。然而要注意的是，如果保密位LB1 被編程，復(fù)位時(shí)在內(nèi)部會(huì)鎖存 /EA 端的狀態(tài)。在 Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳也用于施加 12V 的編程允許電源 Vpp（如果選用 12V 編程）。作為輸出口用時(shí)，每位能以吸收電 流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 輸入，對(duì)端口寫 1 時(shí)，又可作高阻抗輸入端用。 在 Flash 編程時(shí)， P0 端口接收指令字節(jié)；而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。 P1 端口（ ～ ） P1 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。對(duì)端口寫 1 時(shí)，通過內(nèi)部天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。在對(duì)