毕业设计--基于短消息的远程监控系统.doc

基于短消息的远程监控系统摘要：基于短消息的远程监控系统可以在很多领域发挥作用。本文详细阐述了基于短消息的远程监控系统的总体设计方案，主控装置硬件电路设计，以及用户手机、短消息收发模块、主控装置及PC机之间的软件通讯协议。实际使用效果达到了预期目标。关键词：短消息，远程监控，无线通讯1、引言随着移动通讯技术的快速发展，手机已经成为每个人必备的通讯工具。手机不仅给人们日常通话、收发短信提供了极大方便，随着人们生活水平的日益提高，手机的功能还扩展到可以与专用设备进行通讯，进而控制设备做相应的操作。这为提升家庭、办公场所自动化水平以及监控现场情况提供了非常便捷的工具。基于短消息的远程监控系统正是基于这样的背景下产生的。基于短消息的远程监控系统，目的是为家庭、办公场所提供监视、控制、数据传输等多功能集于一体的解决方案。用户只要通过手机，不仅可以及时获取现场信息、控制现场设备的启动和停止，还可以把数据按照短消息打包并顺序发送或接收。该系统的另一个优点是覆盖面广，不受距离限制。只要手机有信号，该系统即可以使用。因此，基于短消息的远程监控系统还可以广泛应用于各种需要远程监控的场所。下面将详细阐述该系统的总体设计方案、硬件、软件与通讯协议的设计。2、总体设计方案为了实现既能对现场情况进行监控，又能传输数据，该系统采用了如图1所示的架构。手机按照规定的通讯协议，以短消息指令的方式既可以查询主控装置各输入端口的状态，也可以查询目前主控装置控制的现场设备运行情况，主控装置接收到查询指令后，把采集到相关信息打包后通过短消息收发模块发送给手机，即完成了查询功能。除此之外，手机还可以控制现场被控设备的启动与停止，手机只要按照协议要求发送设置指令，主控装置接收后就解析执行，并把执行结果通过短消息反馈给手机。通过手机查询现场状态或改变现场设备的运行状态，在实际生活中经常可以用到。如家庭安防开关作为信号输入接入主控装置，用户就可以及时监控家里的安全情况；电饭煲、热水器等电器需要进家之前就开启运行的，只要发送设置指令就可以轻松实现，给生活带来许多方便，实用价值高。该系统另外一个功能就是数据传输，这里的数据主要是指计算机中的数据文件或者现场采集到的数据。计算机中的数据文件可以通过主控装置按照短消息格式打包后，通过短消息收发模块发送出去，主控装置也可以接收现场发送过来的数据，并把数据传送给计算机保存。这在许多无人监控领域都有需要。该系统中，短消息收发模块可以采用成熟的GSM或CDMA等模块，普通PC机上需要安装配套的通讯软件才能与主控装置进行通讯。因此，该系统的主要设置任务是主控装置的软硬件设计以及PC机软件设计。3、主控装置硬件设计主控装置作为信息通讯的枢纽，在系统中起着核心作用。主控装置完成的主要功能包括短消息的编码和解码，指令的解析与执行，与短消息收发模块及PC机的通讯等。为了降低成本及尽可能减小主控装置的体积，本主控装置采用PIC16F628单片机为控制核心，该单片机只有18引脚（DIP封装），采用DIP18封装，内部有2K程序存储器和224字节的数据存储器，还有128个字节EEPROM存储器，具有一个通用串口，这些资源恰好能满足本主控装置的设计要求。主控板原理图如图2所示。短消息收发模块通常采用标准RS232串行总线与主控装置进行通讯，为了简化设计，PC与主控装置的通讯也采用标准RS232串行通讯。由于该型号单片机只有一个串行口，为了使二者均能够与主控单片机进行通讯，图2中采用一模拟开关CD4066实现二者与单片机通讯的切换。当单片机控制引脚输出高电平时，主控装置与PC机通讯，输出低电平时主控装置与短消息收发模块通讯。然后再经过MAX232电平转换之后连接到PC机和短消息收发模块。PIC单片机的I/O口不仅具有较大的电流驱动能力，而且还可以通过改变TRIS寄存器对应的位实现输入或输出功能的设置，这为满足不用用户的使用提供了方便。用户可以根据自己的要求设置输入和输出口线的条数。目标手机号（即短消息收发模块发送信息时的目标手机，一般为用户主人的手机）也可以通过指令由用户自行修改。这些基本信息都存储在单片机的EEPROM中，不会因为系统的掉电而丢失。主控装置人机界面主要包括两颗按键、一个拨码开关和6颗LED指示灯。按键KEY1的功能是复位，KEY2是系统测试按钮，按下此键，单片机会分别与PC机、短消息收发模块等进行通讯测试，检测各端口状态，并编码成短消息发送给用户，以方便用户判断系统是否处于正常状态。拨码开关的作用是设定短消息进行数据传输的方向（上行和下行）。当拨码开关打到高电平时，主控单片机只从短消息收发模块接收短消息并转发给PC机，当拨码开关打到低电平时，主控单片机只把PC机发送过来的数据进行短消息打包后发送给短消息收发模块，这样做的主要目的是减少在数据传输过程中其它无关短信息对传输过程造成影响。LED指示灯主要是用作电源指示灯、主控装置当前数据上行或下行状态的指示以及系统忙否等信息。为了把更多的I/O口留给用户，单片机采用内部振荡，振荡频率为4MHz，试验证明可以满足系统通讯的精度要求。4、通讯协议的设计通讯协议是系统能够正常使用的灵魂。该系统的通讯协议主要包括用户手机与短消息收发模块、短消息收发模块与主控装置，以及主控装置与PC之间的通讯。系统的软件协议主要是规定不同模块之间进行数据通讯的编解码规则，这里主要涉及三方面的通讯类型，一是用于主控装置参数设置的指令，二是手机与主控装置之间的查询、报警信息，三是PC机与主控装置之间以及远程数据终端与短消息收发模块之间的数据传输协议。用户手机发送短消息的指令只由指令功能码和数据两部分组成，使用很方便。为了使系统尽可能防止误操作，指令功能码由三位大写字母组成，具体指令功能码如表所示：不同功能的指令，短消息的长度不同，即使同一功能的指令，也可以有不同的长度。除了XYZ指令（主控装置与PC机之间的数据传输）外，其余指令均按ASCII码方式传输，各指令分别举例如下：目标手机号码设置指令：SH可以为任意手机号码）为要设置的目标手机号码，用户发送该短消息指令后，短消息收发模块接收到该短消息，并由主控装置解析出目标手机号码后，把其存入单片机的EEPROM中，因此，设置一次后，以后短消息收发模块始终把短消息发送给该号码。接口输入输出状态设置指令：RCH102031该指令可长可短，RCH后的1表示序号为1的接口，再后的0，表示设置成输出状态，接下来依次设置2接口为输出状态、3接口为输入状态，指令中没有出现的接口，其状态不发生改变。该指令最少可以设置一个接口，最多可以设置6个接口。触发方式设置指令：CHF1140该指令也是可长可短。CHF后的1表示序号为1的接口，再后面的1表示把该接口设置成上升沿触发方式。后面的4和0表示把第4接口设置成下降沿触发方式。主动或被动设置指令：ZHB1该指令最短，1表示主动，0表示被动，如果设置成被动模式，就发送ZHB0。主动模式是指当外部信号变化满足单片机引脚触发方式时，就主动向户主手机报警。被动模式是指只有户主通过短消息查询指令才能够得到单片机各引脚状态。查询接口状态指令：ASK135该指令可以查询一个或多个接口状态，1、3、5分别表示查询序号为1、3、5的接口，如果发送ASKA，表示查询所有接口的状态。该指令返回的短消息格式如“110 300 511”，每三位一组，每组第一位表示接口序号，第二位表示输入还是输出接口，1表示输入接口，0表示输出接口，第三位表示该接口的状态，是高电平还是低电平，高电平为1，低电平为0。改变输出接口状态指令：OUT1150该指令用于对输出接口的输出状态进行改变，OUT后的1为序号为1的接口，再后面的1表示把该接口设置成输出高电平，后面的5、0表示把第5接口输出为低电平。数据传输指令：XYZ该指令主要用于无线数传，PC机与主控装置之间采用二进制方式进行数据传输，其传输协议与前述不同，在此不展开叙述。5、实际调试与运行情况该系统的目的在于为用户提供了性价比较高、使用灵活方便的远程监控和无线数传装置解决方案。该系统经过设计、调试和运行，实践证明达到预期目的和效果，可以在远程监控、家庭与办公自动化、无线数传等领域推广使用。该系统的不足之处在于指令的功能码记忆不太方便，目前还没有实现全中文操作，指令格式的使用稍有麻烦；返回给用户的短消息数据专业性较强，用户需要经过适当的适应过程才可以运用自如。本文作者创新点：基于短消息的应用系统已经很多，本文的创新点在于以一种简单有效、成