GSM短信息在温室远程监控系统的应用_余红珍

网络与通信
文章编号:1008- 0570(2008)07- 3- 0092- 03

中文核心期刊 《微计算机信息》(管控一体化)2008 年第 24 卷第 7-3 期

GS M 短信息在温室远程监控系统的应用
Ap p lica tio n o f GS M S h o rt Me s s a g e in Gre e n h o u s e Re m o te Mo n ito rin g S ys te m
(武汉科技大学) 余红珍

于海平

YU Hong-zhen YU Hai-ping 摘要: 设计了基于 GSM 短信息温室远程控制系统, 给出了系统的结构、 硬件和软件设计, 并着重论述了利用短信息实现远程 通信的方法。系统利用现有的 GSM 网络资源, 发挥网络覆盖率高、 传输特性好等优势, 为远程监控系统提供一种便捷的无 线数据传输方式。 关键词: GSM; 远程监控; AT 指令; 短信息 中图分类号: TP274 文献标识码: B Abstr act: A greenhouse remote monitoring system was put forward in this thesis based on GSM short massage. The construction is shown as well as the hardware and the software of the system. Concrete method of realizing the telecommunication by SMS is dis- cussed in detail. By using existing GMS network resources, taking the advantage of wide covering and good transmitting characteris- tics, a convenient wireless data transmission method has been put forward for remote monitoring systems. Key wor ds: GSM; r emote monitor ing; AT or der ; shor t massage

技 术 创 新

引 言
GSM ( Global System for Mobile Communication 全球移动通 信系统)短信息数字通信平台利用 GSM 短消息进行远程无线 通信, 它具有通讯成本低, 不受通信线路及地区限制、 保密性 高、 可靠性高、 抗干扰能力强等特点, 使用方便、 灵活, 通讯快 捷。利用 GSM 短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输 功能, 性能稳定, 为远程数据传送和监控设备的通信提供了一 个强大的支持平台, 本文所介绍的温室远程监控系统就是基于 此开发完成的。

号(本设计中列出温度、 湿度、 监控中心负责接 CO2 浓度信号), 收各监测现场正常数据或异常报警数据, 也可以向监测现场发 送控制短信, 以改变现场工作状态; 另一方面监测现场单片机 取得相应的数值后经程序分析与设定值比较, 控制输出电路控 制各端口的电平, 以驱动外围控制电路动作, 同时判断各监测 值是否满足发送信息的条件,若满足条件即通过 GSM 通信模 块向控制中心发送数据信息。

2 系统硬件实现
微机控制中心由带有移动通信装置 GSM 模块的监控计算 机和数据库服务器构成。 GSM 通讯模块通信与监控计算机通过 RS232 串口连接。 远程监控终端主要由单片机模块、 传感器模块、 GSM 模块、 输出控制器等组成的温室控制器构成。 温室控制器包括核心单 片机、 外扩 EEPROM 存储电路、 时钟电源电路、 看门狗电路以及 键盘和显示电路构成, 天线和 GSM 模块由 GSM 信号处理单元、 SIM 卡构成。硬件结构框图如图 2 所示。

1 系统结构

系统由主站微机控制中心和远程控制终端两部分组成。 主 站设备安装在控制中心或值班中心, 监控终端安装在远端的温 室内。由于温室监控系统对实时性要求并不苛刻, 无线通信采 用了 GSM 短信息方式来实现远程数据的采集与监控,系统的 各个部分通过 GSM 无线通信网络联成一体。监控中心和远程 终端都配有 GSM 模块, 系统中数据、 指令的接收和发送都是通 过短信来实现的。系统组成结构如图 1 所示。 系统中, 温室控制器中的传感器负责实时采集温室现场信 余红珍: 讲师 硕士


( 转换与存储任务, 选用 1)单片机主要完成数据的采集、 AT89C51,该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术 制造, 与工业标准的 MCS- 51 指令集和输出管脚相兼容。由于 《现场总线技术应用 200 例》

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的格式进行编码,逐个写入已经初始化好的通信串口,从而 下面介绍串口发送数据的 GSM 模块向选定的温室点发送出去。 程序代码片段。 {… nPduLength = gsmEncodePdu (pSrc, pdu); // PDU 编码 strcat (pdu, "\x01a"); 以 ^Z 结束 // gsmString2Bytes (pdu, &nSmscLength, 2); // 取 PDU 串中的 SMSC 信息长度 nSmscLength ++; sprintf(cmd, "AT CMGS=% d\r", nPduLength / 2 - nSmscLe- ngth); // 生成命令 WriteComm (cmd, strlen (cmd)); //输出命令 nLength = ReadComm (ans, 128); // 读应答数据 if (nLength == 4 && strncmp(ans, "\r\n> ", 4) == 0) { WriteComm (pdu, strlen (pdu)); //继续输出 PDU 串 nLength = ReadComm(ans, 128); if (nLength > 0 && strncmp(ans, "+CMS ERROR", 10) ! = 0) { return TRUE; } } … } 3.3 短信息接收与删除 短消到来后, 串口上会接收到指令<CRLF>+CMTI:″ ,IN- SM″ DEX(信息存储位置)<CRLF>, 上通过读取 PDU 数据的 AT 命 PC 令“ , AT+CMGR=INDEX<CRLF>”将 TC35 模块中 PDU 格式的短 消息内容读出。 如果用+CMGL 代替+CMGR, 则可一次性读出全 部短消息。下面的程序片断实现了短信接收功能。 {… sprintf (cmd, "AT CMGL\r"); // 读出全部短息 WriteComm (cmd, strlen (cmd)); // 输出命令 nLength = ReadComm (ans, 1024); 读取返回数据 // if(nLength > 0 && strncmp(ans, " CMS ERROR", 10) ! = 0) … while((ptr = strstr(ptr, "+CMGL:")) ! = NULL) // 循环读取每一条短消息 { ptr += 6; sscanf(ptr, "%d", &pMsg- >index); ptr = strstr(ptr, "\r\n"); ptr += 2; gsmDecodePdu(ptr,pMsg); // PDU 串解码 Ms++; // 读下一条短消息 邮局订阅号: 82-946 360 元 / 年 - 93 -

将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中, ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器, 为很多嵌入式控制系统提供 了一种灵活性高且价廉的方案。 ( GSM 通信模块选用德国西门子公司的 TC35i 模块, 具 2) 备 GSM 无线通信的全部功能,支持文本和 PDU 模式的短消息 编码方式。 以用单片机或其他 CPU 的 UART 口, 使用相应的 AT 命令, 对模块进行控制, 达到使其产品可以轻松进入 GSM 网络 的目的。 ( 传感器模块来监测温室室内环境指标如温度、湿度、 3) 监测温室室内环境温度的传感器选用数字温度传 CO2 浓度等, 感器 DS1820。 ( 输出控制模块采用继电器进行控制, 在接到控制的指 4) 令后, 对温室中的加热加湿等设备进行开关控制。 ( 键盘和显示电路模块用来用当初始设定或者当用户操 5) 作人员在现场时, 可以通过此人机界面, 将初始状态和一些命 令要求置入单片机, 使其完成特定的功能。

3 监测中心软件的设计
主站监控软件采用 VC++ 进行前台开发, 监控中心的软件 采用模块化方式设计, 主要的软件模块包括: 用户管理模块、 通 信控制模块、 数据管理模块、 报警处理模块。 系统完成远程控制 的关键是短信息的成功接收与发送, 因此通讯控制模快是整个 软件设计的重点和难点, 下面重点阐述。 监控中心 PC 机通过 RS232 串口和 GSM 连接, 通过发送 在 目前主要 AT 命令和它通信。 Windows 环境下完成串口通讯, 有以下两种方法: 一种是利用 Windows API 通信函数, 另外一 种是使用现有的 ActiveX 控件即 MSComm 控件来实现。这里作 者采用前一种方法, 因为监控中心要根据所监测的设备多少 来动态决定需要多少个 GSM, 也就是要动态决定需要哪几个串 口。 如果采用串口通用控件, 在系统软件运行初始, 就要启动所 有的串口线程, 浪费系统资源。 3.1 数据命令格式 监控中心发送命令由三个字节组成,分别为同步字节、 命 令码和命令参数,每个字节为 1 位起始位, 位数据位, 位停 8 1 止位, 奇校验, 波特率 9600bps, 根据远程监控系统控制对象的 不同, 对控制命令进行编码, 编码格式如下表 3- 1: 表 3- 1 控制命令编码

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从现场采集温度、 湿度等数据经过编码处理后写入发送短 信中, 编码处理前采集数据格式如下: # 温度 XX>湿度 XX< CO2 浓度 XX& 温室地址 XXXX* 上述数据格式中, 通过温室地址来区分短信来源, 其它字 符串均为现场实时采集数据。监控计算机接收 PDU 格式短信 数据后经过解码, 将相关数据串还原为上述字符串格式, 分析 字符串内容, 并保存至数据库表单中相应的字段。 3.2 短信息控制命令的发送 发送控制命令时先将用户界面传送来的字符命令按约定 《P LC 技术应用 200 例》

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中文核心期刊 《微计算机信息》(管控一体化)2008 年第 24 卷第 7-3 期
(收稿日期:2008.4.05)(修稿日期:2008.6.25)

} … } 在读取完所有短信息后调用删除短信函数在 GSM 模块上 删除那些已经被接收到 PC 上的短信息,删除短信函数的程序 片断如下: {… sprintf (cmd, "AT +CMGD =% d\r", index); // 生成命令 WriteComm(cmd, strlen(cmd)); nLength = ReadComm (ans,128); // 读应答数据 … } 以 上 程 序 中 发 送 AT 命 令 过 程 中 用 到 了 WriteComm 和 它们是用来读写串口的, 另外在应用程序程序 ReadComm 函数, 其他地方也经常使用的串口相关函数, 如打开串口、 配置串口、 读写串口、 关闭串口, 我们使用 WIN32 API 函数实现, 限于本文 的篇幅, 这里不再作详细介绍。

4 结论

(上接第 96 页) 可以实现用户图形界面,方便操作和管理数据;其次,采用 ARM9 与支持图形界面的 MIZI Linux 嵌入式操作系统相结合 的设计方案, 目前已经在手持电话、 机顶盒、 数码相机、 个 GPS、 人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用, 是极具潜 力的嵌入式系统解决方案。自该系统投入市场半年以来, 创造 了 50 余万元的经济效益。 参考文献 [1]余雷.基于 RFID 电子标签的物联网物流管理系统[J].微计算 机信息, 2006, 1: 2- 233- 235 [2] 彭宣戈. 一种嵌入式 Internet 接口系统 [J]. 微计算机信息, 2005, 2:: 9 8- 8- [3]王亚民, 陈青, 刘畅生,等. 组态软件设计与开发[M]. 西安:西 安电子科技大学出版社, 2003. [4] 戴紫微. ARM9 电力智能终端通信软件及压缩算法的研究 [M]. 北京化工大学, 2007- 5 作者简介:杨继赢, 男(1966- ),广东工业大学实验师,研究方向: 计算机网络应用 Biogr aphy: Yang JiYing(1966- ),male , Guangdong industry university experiment teacher,research direction:Calculator network application ( 杨继赢 510006 广州 广东工业大学) 通讯地址: 510006 广州 广州市番禺区广州大学城外环西 ( 杨继赢 路 100 号广东工业大学实验楼 4 号楼实验教学部)
(收稿日期:2008.4.29)(修稿日期:2008.6.15)

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系统采用先进的无线通讯模块和最成熟、完善的 GSM 作 为数据传输平台, 实现现代温室远程的无线监控技术。系统在 解决监控采集点分散、 覆盖面广、 实时性要求不高的监控采集 系统中具有无可比拟的优势。当需要添加控制点时, 只需在需 要控制的现场安装好远程数据检测控制终端, 同时在主站微机 控制中心软件进行相应设置,即可对新加入的控制点进行监 控。 系统通用性强, 只要稍加改造就能用到其它无人值守、 遥控 遥测、 数据采集等领域, 具有良好的市场前景。 本文创新点:本文给出了一套基于 GSM 短信息的温室远 程监控系统的体系方案及其模块功能, 论述了利用短消息实现 远程通信的具体方法,重点介绍了通过 VC++编程实现 PC 机控 制 GSM 模块的发送和接收短消息方法。该系统实现了小批量, 非连续数据的远距离传送, 具有较好的推广应用价值。 参考文献 路彦和.基于 GSM 移动通信增值业务的无线监控系统 [1]张兢, [ .微计算机信息, J] 2006, 3: 1- 217- 219。 清华大学出版社, [2]谢瑞和.串行技术大全[M] .北京: 2003。 清 [3]李长林.Visual Basic 串口通讯技术与典型实例 [M] .北京: 华大学出版社, 2006. 33 ̄40。 人民 [4]李现勇.Visual C++串口通信技术与工程实践[M] .北京: 邮电出版社, 2004。 作者简介: 余红珍( , 汉)湖北武汉人, 武汉科技大学 1970- )女( , 城市学院讲师, 硕士, 主要从事计算机控制技术及应用的研究。 Biogr aphy:YU Hong - zhen (1970 - ), Female (Han nationality), Born in Hubei Wuhan, Wuhan University of Science and Tech- nology City Institute, lecturer, master,Research area: major in computer control technology and application。 (430083 武汉 武汉科技大学城市学院信息科学与工程系) 余红珍 于海平 (Infor mation science and engineer ing depar tment, Wuhan Univer sity of Science and Technology City Institute, Wuhan 430083, China) YU Hong- zhen YU Hai- ping 通讯地址:(430083 武汉科技大学城市学院信息科学与工程系) 余红珍


(上接第 100 页) 基本测试流程如下: (1) 测试机向无线传感器网络中的节点发送测试数据包; 通过无线接口向 (2) 网关通信处理被以太驱动程序启动, 传感器节点转发测试数据包; (3) 节点接收到数据后向测试机回复应答数据包; (4) 测试机分别接收网关以太接口转发的回复测试数据 包, 同时记录所需的测试参数。 本文作者创新点:本文实现了无线传感器网络网关的底层 驱动, 分析了接收模块和发送模块, 最后对网关进行了测试。 参考文献: [1] 孙建民等著.无线传感器网络(第一版).北京清华人学出版社.2005. [2]江思敏编著.PCB 和电磁兼容设计(第一版).机械工业出版社.2006. [3]韩旭东,曹建海.基于 IEEE802.15.4 无线智能化传感器网络研 究及其性能分析.电工技术杂志. 2004, 9, 62- 66. [4]苏志雄,郭慧晶,吴一亮,周剑扬. 无线传感器网络 SOC 芯片的 低功耗设计. 微计算机信息, 2007, 2- 2: 133- 134 作者简介: 刘向文(1965- ), 男,广东梅州人,硕士学位,工程师, 主要从事嵌入式系统和无线自组织网络方面的研究。 Biogr aphy: LIU Xiangwen (1965 - ), Male, Born in Guangdong Meizhou, Master Degree, Engineer, Research Areas: Embedded System and Wireless Adaptive Networks. (514015 广东 梅州 广东嘉应学院 电子信息工程系) 刘向文 (510006 广东 广州 华南理工大学 软件学院) 刘向文 通讯地址: (514015 广东 广东梅州市梅松路嘉应学院电子信 息工程系)刘向文
(收稿日期:2008.4.29)(修稿日期:2008.6.15)

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