多功能GSM短信息遥测遥控系统在广播发射中的应用.doc

1、多功能GSM短信息遥测遥控系统在广播发射中的应用 多功能GSM短信息远程监控系统 在广播发射中的应用 覃柳俊 电子信息工程2005级 学号：2005170611005 论文摘要： 远程访问与监控是信息时代各行业研究的一个热点话题。手机短信是一种新兴通信技术，它具有开发方便、费用低、免维护、可靠性高等特点，具有很大的发展前景。本文对GSM网络短信息（SMS）的原理与操作进行了探讨，对面向广播发射的基于SMS的远程监控系统的设计与实现进行了研究。 关键词：远程监控 无线通信 SMS The application of multiple function SMS in GSM net Remote

2、 Monitor and Control System in the broadcast transmitting Abstract: Remote monitor and control technology is a pop topic in modern various industries. Short message is one of the up to date technology and it owns many merits. Such as: easy development、low cost、free service、high reliability and so on

3、. In this paper we discuss the theory and operation of SMS in GSM Net and do some research on the design and realization of Remote Monitor and Control System base on SMS in the broadcast transmitting. Key words: remote monitor and control wireless communication SMS（short message service） 引言 近年来，广播电视

4、事业在迅速发展，其覆盖面积也随着扩大，面对人烟稀少及自然条件恶劣的地区可采用多方位小功率布点的方法，使用无人值守的管理模式，这就对发射机的监控系统提出更高的要求，必须达到能够异地远程遥控。 远程监控系统通常是指现场监控设备与控制中心相距数百米、数公里、数十公里的系统，早期采用的硬导线连接或光纤、公共电话网、专线通讯等有线通讯方式已不能满足用户的要求，而近年来采用的卫星、数传电台、无线网桥等无线传输方式在经济上、技术上、也存在一些不足，所以人们一直在现场监控设备与控制中心之间寻找一种新的通讯方式，以降低投资、减少运营费用。 随着网络技术、现代通信技术、故障监控诊断技术和计算机技术的日益发展和完善

5、，使远程设备实时监控得到强大的技术支持。另外数字式移动通信网络GSM近年来的迅速发展和覆盖范围的日益扩大，以及手机应用资费的不断下调，为远程监控提供了一种新的技术手段。其简便快捷的性能、相对低廉的收费、较高的可靠性也赢得了广大用户的青睐，使得SMS（短信服务，Short Message service）用于设备远程监控有了实现的可能。 本远程监控系统是广州伟群科技信息有限公司开发的一套GSM短信息远程监控系统，应用于作者所在工作台站负责分管的调频黎塘站。该系统实现了对广播发射设备的远程异地无线监控，在本文中，介绍了多功能GSM短信息遥测遥控系统的基本原理及其体系结构，并结合该远程监控系统，对G

6、SM短信息远程监控系统的设计与实现进行了介绍。 一、立项背景 根据广播发送传输特点，发射站点设立在较高的山顶或建筑物上，有利于信号的覆盖，有利于提高收听率。 黎塘站作为高速公路的覆盖点，设置于柳南高速公路黎塘镇，龙岩公园的山顶上。发射机功率等级为1KW的全固态调频立体声发射机，是广东金意广播电视设备制造有限公司生产的，是由一台30W触摸屏控制的调频激励器和1KW功率单元组成。工作流程是卫星天线接收到广播信号送给30W调频激励器处理后，传送到1KW功率放大器后经单独的天线发射出去。 黎塘站作为一个1KW调频广播高速公路覆盖站，是无人值守的台站，这给我台对其管理造成一定程度的难度，发射机每天每时的

7、工作情况是否良好很难掌握，我们只能经常不定期地赴黎塘站去观察、了解、维护，时常造成一定人力、财力资源的浪费，维护管理人员的劳动强度也加重了。 为了及时了解和掌握、控制发射机的运行状态，我们创新地应用了多功能GSM短信息遥测遥控系统对其进行控制，可通过手机短信息方式或电脑PC机短信息方式对发射机进行定时开关机控制，以及及时了解发射机激励器和功率放大单元的各项运行参数，使得发射机工作情况、发生故障的情况一目了然，极大程度地减轻了管理员的劳动强度，节约了事业经费。 二、GSM短信息的远程监控系统工作原理及体系结构 （一）、SMS的概念 SMS是Short Message Service的英文简写，即

8、短信息服务。是一种固定电话、移动电话等，使用电信网络、GSM网络、CDMA网络收发文本消息的电信增值服务。GSM网络的短信息服务系统提供给用户的是一种双向通信、具有一定的交互能力、占用GSM网络的信令信道的数字业务。短消息并不是直接从发送者发送到 接收者的，而是通过一个SMS中心（联通为SMSC，移动为SMC）经过处理后再发送到接收者。如果接收者不在服务区或关机了，该短信息就在SMS中心保存一定的时间，这段时间称为消息存活期，在消息存活期内如果接收者有连接，SMS中心就把该短消息发送到接收者，当发送成功时会返回发送端用户一个确认信号，因此SMS具有较高的可靠性。 在GSM手机的设计和研发规范书

9、中规定，手机短消息可以传送最多140个字节的数据。它们可以是ASC码，汉字或二进制数。对于传输ASC码和汉字，GSM标准中有一套独特的编码和解码规范。在本远程监控系统中利用短消息来传送二进制监控代码，并在发送端和接收端使用了一套自定义的编码和解码规范。 （二）、基于SMS的远程监控系统的体系结构 基于SMS的远程监控系统主要由设备监控终端、集中监控中心、通信信道三部分组成。采用RS232直接连接和SMS短信两种混合的通信方式，主要硬件设备为手机短信模块和手机短信接收终端。其体系结构如图1所示。 图1 GSM网络SMS远程监控系统体系结构 从图1可以看出，此远程监控系统主要由集中监控中心来对远程

10、设备实行监控。当集中监控中心接收到远程设备发送的指令信息时，就对该指令信息进行解 析，得到远程设备的基本信息；如果检测到远程设备出现故障，集中监控中心就利用GSM网络向设备维护人员发出告警短信，保证了报警的及时性。 该SMS遥测遥控系统针对不同的发射机只需做些相应的软件改动或设置就能对各种不同类型的发射机进行远程监控。这个系统不仅能提供短信息超远程遥测遥控功能，还有设备状态短信回传、自动控制、串口数据短信息通讯等多种功能。该系统可以配合接收模块连接电脑，方便地在电脑上设置，而且通过监控软件可以方便地在计算机上对远程发射机运行数据进行监控和存储。 三、SMS远程监控系统的设计与实现 SMS远程监

11、控系统采用分层设计方法，易于功能的扩充和升级，系统的管理信息采用GSM短消息承载，组网灵活，省去了专用通讯网的巨额建设费用；系统采用WINDOWS图形界面，易懂易看，方便操作。 (一)、SMS远程监控系统主要功能结构如图2。 1、 图2 SMS远程监控系统的功能 报警发送信息功能 只要其中一个监测值处于报警状态(报警条件可以自由编辑)，系统将自动发送报警信息到接收手机，同类型报警最多会发送五条报警信息。 2、 自动发送信息功能 通过短信息设置可以使监控系统在设定时间自动发送所监控的发射机的工作参数的信息到接收手机或接收模块上。 3、 自动开关发射机功能 通过连接系统输出商品到发射机的形状机控制

12、端，设置输出口定时变更状态就可以实现发射机的自动开关机。 4、 外电断电、恢复报警 监测外电状况，当外电断电，系统自动发送报警信息，同时系统会转为电池供电方式。当外电恢复，系统亦发送信息告知外电恢复正常。 5、 6、 密码保护功能 存储功能 接收手机给系统发送信息时要求输入密码才能有效，密码可以自由设置更改。 所有短信显示都为中文，设置操作简单易懂。所有设置设定完成后系统可以记忆保存(外电断电依然可以)。 7、 电脑管理功能 购置与系统配套的接收模块，连接接收模块到电脑配合专用的监控软件。设置接收模块为所有监控系统的接收端就可以方便地在电脑上对所有的监控系统进行分类管理，同时可以保存、打印监控

13、数据。接收模块结构方框图如图3所示。 图3 接收模块构成框图 (二)、SMS远程监控系统设备端口设置 我台在黎塘的1KW调频广播发射机由一台30W激励器和1KW功率放大单元组成。此1KW设备上的GSM短信息远程监控系统利用了激励器提供的串口及功率放 大单元提供的远程监测模拟口(Telemetering)进行连接，利用接口提供的功能进行测控，实现了远程遥测、遥控的功能，操作过程及原理分析过程如下： 1、 2、 (1) 把SIM卡插入SIM卡座内，并向右滑动翻盖锁住SIM卡 连接激励器和功率放大单元接口 有些发射机提供串口，如我台在黎塘站所使用的由EKA公司生产的30W连接端口分为两种方式：串口R

14、S232；模拟口连接。 激励器。为了监控这个30W激励器的工作状态，可以通过RS232口进行监控。通过发射机厂家的串口底层协议，在系统编程以达到与发射机通信。在监控系统与发射机配合工作过程中，系统不断通过串口发送一个特定的字符串到激励器，激励器收到这个命令字符串后给系统发送一系列字符串，这字符串代表一定的含义。其中包括发射机功率、反射功率、不平衡功率、温度、发射频率、立体声开关等等一些内容。当然，系统还要根据串口底层协议的格式对这些字符串进行解码，通过公式演算出这些发射机工作参数的具体数值。得到具体数值后，系统会把这些数值进行打包，通过手机短信模块以短信方式发送过去。所以，在接收手机上反映出来

15、的短信息是以下形式： “发射功率7瓦，反射功率0瓦，温度40度，调制度27?”。 (2)、模拟口连接 有些设备不具备串口接口的，如我台在黎塘站使用的由EKA公司生产的原1KW功率放大模块只有模拟口。模拟口是直接与发射机功放内部检测电路连接的接口。检测电路是通过一些电路把发射机主要工作参数以电压方式体现出来，然后传给功放的微处理器，最后再在前面板显示出来，同时还为保护电路提供采样值。由于模拟口得到的值也是和检测电路相同的，所以也是以电压形式表现。 以我台EKA 1KW功放的模拟口功能如表1所示。 首先，我们必须知道多少电压值就代表多少发射功率、反射功率、温度、不平衡功率等。以功放的不同工作状况模

16、拟口得到的电压值肯定也是不同的。例如发射功率为1KW时，2口的电压是4V；发射功率500W时，2口电压可能就是1.8V。 通过设置不同的工作状况，我们得到一系列的工作参数和模拟口电压的对应表格。在给系统编程的时候，我们把这个表格也编在里边，这样在系统检测到功放的模拟口电压值就可以通过查表格，得到现在功放工作参数的具体数值。然后也是通过系统会把这些数据进行打包通过手机短信模块以短信方式发送出去。所以，在接收手机上反映出来的短信是以下形式： “发射功率1000瓦，反射功率0瓦，温度40度?” 发射机的自动开关机。功放的模拟口第2口就是控制发射机开关的端口。可以连接系统的4路输出口任何一路到这个2口

17、。例如可以连接系统的输出口1到这个开关机口，因为系统出厂时输出口都是低电平的，所以连接到功放后功放会马上关机，此时开关电源电压为0，激励器无电。通过设置输出口1为高电平就可以重新使发射机开机工作。同时输出口的电平高低状态可以通过短信设置来达到定时自动控制的，这样就实现发射机的自动定时开关机。 该1KW发射机的连接口，需要一个RS232和多路模拟接口，模拟口的连接是： 系统地端?功放模拟口1 系统输出1?功放模拟口2 系统输入1?功放模拟口3 系统输入2?功放模拟口4 系统输入3?功放模拟口5 系统输入4?功放模拟口6 (3)、接通12V稳压直流电源 (4)、设置模块短信监控指令 命令的基本格式

18、 密码命令列表，密码长度为6位ASC字符，“:”为分隔符，命令列表为命令代码及参数组合。以下例子假设密码为123456。 命令列表格式 设置报警接收手机号码： An:手机号码:An:手机号码 A为命令代码，n为1至5，手机号码格式为+8613*。 例：123456:A1:+8613826290000:A2:+8613076650000 报警信息只发送到第一个设置的手机号码A1。 删除报警手机号码： An:An: A为命令代码，n为1至5 例：12356:A1:A3: 删除所有报警手机之后系统不发送报警信息。 设置输入报警电压上下限： Vn:<|>电压值 :Vn:<|>电

19、压值 V为命令代码，n为输入端口1至8，>表示上限，<表示下限，电压值为0.00至10.00。 例：123456:V1:<2.50:V1:>6.50:V4:<1.0:V4:>5.0 表示输入端口1的下限为2.50伏，上限为6.50伏，输入端口4的下限为1.0伏，上限为5.0伏 监控器安装之前，根据发射机一般设置好的名称报警上下限，1千瓦发射机一般在600瓦以下为发射功率过小报警，如果出现误报警，可以发送信息重置，格式如：密码:V1<2.50。 设置各输入输出口名称： :端口1名称:端口2名称:端口3名称:端口4名称:?端口n名称? 端口名称按端口位置顺

20、序排列，端口名称长度不超过4个汉字，可为空，表示保留原名称。 例： :功率:温度:反射: 电源: 表示输入端口1名称为功率，输入端口2名称为温度，输入端口3名称为反射，输入端口4到8保留，输出端口1名称为电源。 监控器安装之前根据发射机一般设置好名称。 设置输出口的电压： n:或电压:n:电平或电压 为命令代码，n为输出端口号1至4，n为1至3时输出，电平值为0表示关，电平值为1表示开。 例：123456: 1:0: 2:1: 3:1: 4:0 表示输出1关，输出2、3开，输出4关。 设置端口可以控制发射机的开关机，由于监控系统断电时间过长端口电平会自动恢复到低电平，所以如果发现发射机功放回传

21、短信内容的各功率值为零，但有温度显示，可以判定如下： 如果激励器参数正常，则判定功放锁定关机发送信息：密码: 1:1 如果激励器参数为零，则判定功放发生故障保护。 设置、查询时间： T:时间(年月日时分秒) 例：123456:T:20040208153000 123456:T:? 查询时间。 每隔一段时间可以通过发送设置时间的短信，对短信息监控系统的内部时钟进行校准。 设置输出定时动作： Tn:开或关:时间(时分):Tn:开或关:时间(时分) T为命令代码，n为口1至3，开关值为0或1，时间(时分)格式为*。 例： 123456:T1:1:0800:T1:0:1200:T1:0:1800 表示

22、输出端口1中，8点开，12点关，14点开，18点关。 通过本设置可以实现定时开关机功能，为防止误动作，此功能一般不使用。 输入输出状态查询： ？ 例： 123456：？ 此功能和直接拨号效果一样，当网络忙拨号困难时可以通过此功能实现查询。 定时回送状态： S:时间(时分):时间 例： 123456:S:0800:1030:1400:1800:2300 设置每天8：00、10：30、14：00、18：00、23：00时自动回传输入输出状态。 定时回传信息可按照每天不同时段回传发射机的工作情况，如果发现异常可以及时采取相应措施。 取消报警： R 例： 123456:R 当检测到输入通道信号处于报警

23、范围时，监控模块启动报警功能，将报警信息发往监控手机，如果没有收到回应，则在规定延时(缺省3分钟)后继续发往下一监控手机，直到收到取消报警回应。连续5条信息没有反应，系统自动停止发送报警信息。所以，在收到报警信息最好马上回复。 置新密码： P0:新密码(6位字符) 例： 123456:P0:666666 设置新密码为666666 密码设置不可删除，变换密码之后请记住。密码在系统失电过长时可能会自动恢复为初始密码123456。所以，当设置短信发送过去，系统回送信息：(?error)则是密码错误，可以重新使用初始密码。 查询n号RS232口的设备工作状态： ？n n为端口号1-4 例： 12345

24、6:?2 查询COM2端口的设备状态。 端口2是250瓦激励器的接口，拨号6声也可以查询；端口1是30瓦激励器的接口，拨号3-4声也可以查询。 加功率： Kn K为命令代码，n为设备端口号1-4。 例： 123456:K1 加端口1设备功率。 由于整机发射机功率一般不作调整，而且此功率调整步进较大，所以此功能一般不使用。 减功率： Gn G为命令代码，n为设备端口号1-4。 例： 123456:G2 由于整机发射功率一般不作调整，而且此功率调整步进较大，所以此功能一般不使用。 上述工作完成后，可用手机拨打监控模块所带的电话号码 1或2声?模拟口参数(功放) 3或4声?串口1参数(30W激励器)

25、 5或6声?串口2参数(250W激励器) (三)、SMS远程监控系统的功能缺憾及解决方案 1、SMS远程监控系统投入运行以来，在操作过程中，发现在计算机操作界面 中，若前后两次查询时间间隔过于密集，前次查询结果尚未接收到达时立即发出第二个查询命令，则最终只能接收到第二次查询结果的短信息。这说明了在该远程监控系统中的接收模块中央数据处理器运算速度及响应速度没有足够快。解决这一问题的关键是提高数据运算速度，即更换更高运算速度的中央处理器和存储容量更大的闪存，当然这会相应地增加该系统的硬件成本。 2、在该SMS远程监控系统中，当发射机输出功率下降到设置报警值或无输出功率时，系统会自动发送报警短信到设定的接收手机和本地机房的监控电脑中，但该系统对激励器的监控却不能做到当调制度连续一定时间(在调频广播中一般设置音频停传30秒告警)或连续某个设定时长低于设定值或为零时自动发送报警信息，而只能查询到发送查询命令这一时刻的频