基于GSM 网络的远程工业现场检测与控制系统.doc

基于GSM 网络的远程工业现场检测与控制系统摘 要：本文介绍了一种基于GPRS 模块通过GSM（全球移动通信系统）网络SMS（短信业务）的远程工业现场检测与控制系统。它由一个GPRS 模块（SIEMENS 公司的MC39I 模块）和一个以单片机（华邦单片机W78E058B）为核心的监控单元组成，监控单元利用AT指令通过串口和GPRS 模块进行通讯，使用户能够通过手机中文短信便捷地对继电器进行检测与控制，以及通过光电隔离电路驱动PLC 的工作。为了保护监控系统终端的使用权限，本系统设定了自定义设置控制权限号码功能。关键词：SMS；W78E58B；AT 指令；监控；继电器；TLP521-21 引言目前，工业现场控制技术已经发展的很成熟了，但是远程无线监控技术却是近些年发展起来的一项新的技术。它必将成为将来控制方式的一个重要分支。工业无线远程监控系统是在计算机单机监控技术和现代通讯技术发展的基础上产生的一种监控技术。计算机出现以后，很快就被用于监控领域，并逐渐取代了靠人工现场值守来完成的监控管理，大大提高了监控质量和效率。但这时主要还是计算机单机监控，而一些空间分布距离较远的监控对象，单机监控无法胜任的。网络技术的兴起，使这些问题得到了完美的解决。特别是Internet 的出现，人们还实现了对监控对象的远程监控。但是这些都是建立在有线通讯介质基础上的监控系统。对于某些监控场合，如远距离移动监控等，有线监控系统存在着明显的局限，如布线困难、系统成本高等。因此，人们将目光投向了无线监控技。2 系统功能本系统是采用短消息的形式来进行远程检测和控制的。监控终端外接的监控对象有：八路继电器。可以控制与检测工业现场八个电器的工作情况。八个PLC 输入驱动口。可以给PLC 提供八路输入信号，远程控制PLC 的工作。3 系统原理3.1 MC39I 模块与AT 指令 MC39I模块是由Siemens 公司生产的GSM/GPRS 模块，它与GSM phase2/2+兼容、支持双频（GSM900/1800）、符合ETSI 标准GSM0707 和GSM0705。用户通过串口，用AT 指令对其进行控制。AT 指令是主要移动电话生产商NOKIA、Ericsson、Motorola 和HP 共同为GSM 研制的一整套指令，其中包括对SMS 的控制。常用的AT 指令有：AT+CSCA=“短信中心号码” ；用于设置短信中心的号码。AT+CMGF= ；用于设置短信的模式：为1，短信为text 模式；为0，短信为PDU 模式。本系统收发的是中文短信，采用PDU 模式。AT+CNMI=1,1,2 ；设置为收到短信后自动提示。AT+CMGR= ；读取短信，为短信的位置序号。AT+CMGD= ；删除短信，为短信的位置序号。AT+CMGS= ；PDU 模式下发送中文短信。AT+IPR=4800(或9600) ；设置串口波特率为4800 或9600。3.2 系统原理本监控终端是一个基于 GSM 网络SMS 的监控系统。本监控系统采用MC39I 模块进行短信的收发。当短信从控制权限的手机发出后，MC39I 模块收到短信并给出提示信号，监控终端收到提示信号后就从MC39I 模块读取该短信，如果检测到该短信来自设定的手机号码，系统就会按照短信的指令执行相应的操作，然后将操作执行的结果反馈给手机。实现整个监控过程的原理如图1 所示：4 系统硬件设计4.1 监控单元硬件结构本监控终端由 MC39I 模块和以W78E58B 为核心的监控单元两部分组成。MC39I 负责短信的收发。监控单元用来读取MC39I 收到的短信，执行相应的监控操作，并编辑要返回给控制权限者的短消息。两者之间通过RS232 串口实现数据交换。其中监控单元的串口还可以用来与PC 机串口相连，以便用户对控制终端进行控制权限者号码的自定义设置。为了能够存储自定义的控制手机号码，在片外扩展了一片24LC01B。为了使监控单元能够与MC39I 模块、PC 通讯，采用MAX232 芯片进行电平转换。由于MC39I 、PC 与监控单元进行数据通讯并不是同时进行的，因此监控单元只用一个串口就可以完成与MC39I 和PC 的通讯。具体的硬件结构如图2 所示：4.2 单片机主要外围电路24LC01B 一片可电擦除可编程的非易失性存储器。该芯片在掉电后仍然能够保存所存储的数据，且在常温下可长期保存。由于24C01B 采用I2C 总线规程，而W78E058B 不具有I2C 总线结构，所以在此需要软件模拟I2C 总线结构来读取24LC01B 中的数据。硬件连接原理图如图3。 光电隔离其实质就是一种信号的耦合过程，它采用光电耦合器来实现信号的传输过程。TLP521-2 光电耦合器有四个脚，两个是发光二极管的脚；另外两个就是光敏三机关的管脚。两者之间通过发光二极管所发的光进行耦合，从而实现内外信号的传递。隔离的目的是要将两股需要与对方通信的电流隔离。可透过光电耦合器将电子信号转换成光，到了另一端再将光转换回电子信号。用此方法，就可将两股电流完全隔离。它的特点是.输入与输出绝缘隔离,信号单向传输,无反馈影响.抗干扰性强,响应速度快。TLP521-2 的外围电路如图4 所示。ULN2803 内部结构是达林顿的，专门用来驱动继电器的芯片，甚至在芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。ULN2803 的输出端允许通过IC 电流500mA，饱和压降VCE 约1V 左右，耐压BVCEO 约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。达林顿管ULN2803 驱动继电器SRU-05V 的电路如图5 所示。5 系统软件设计5.1 单片机软件终端模块上电后，首先会对模块进行初始化，如设置通讯波特率等。当有外来指令传来时，执行串口数据处理程序。当用户通过PC 向终端进行自定义时，也是通过串口中断服务程序来存储用户自定义的内容的。为此，要用软件来区分从串口收到的数据是来自MC39I的短信指令还是来自PC 的用户自定义内容。主程序和中断数据处理程序流程图如图6 和7所示。5.2 PC 软件利用平时经常用到的串口精灵然间来向终端发送数据，其目的是让用户能够对监控终端的控制权限号码和MC39I 中的SIM 卡所在地短消息中心号码进行自定义。这些自定义的内容将被单片机保存在非易失性存储器24LC01B 中，形成用户自定义数据库，以便单片机设定MC39I 短消息中心和查询以及回复短信时使用。经过用户自定义后的监控终端，将变成一个和特定的监控对象相联系的个性化的监控系统。发送数据的格式如图8。6 总结本无线远程监控终端，适用范围广，只要GSM 网络覆盖的区域都可以使用；维护费用极低；可靠性好；可以设定控制权，安全性高。并且有足够的空间资源来扩展功能。它对用户的短信指令响应也比较迅速，在网络信号较好时，从指令短信成功发送到收到监控终端的回复短信，只需要很短的时间。它的自定义功能使用户的监控操作变得更加直观、方便。参考文献1 王骐等单片机控制GSM 模块实现短信收发的软件设计单片机与嵌入式系统应用2005（1）2 朱光喜等如何解析GSM 短消息通