基于GSM短消息的远程监控报警系统

1、基于GSM短消息的远程监控报警系统摘 要：本文是提出了一种基于 GSM 短消息的远程监控报警系统，在给出系统的总体设计的基础上，设计了系统的硬件软件，并对其应用领域作了一些探讨和研究。利用GSM网络作为无线智能控制报警系统的信息传输平台是一种很有效的方法，其原理相对简单，安全保密性高，网络覆盖面广，因此与传统的监控系统相比有着其相对独特的优势。系统以 GSM 网络作为远程信号的传输平台，通过手机向设备发送特定指令的短信，设备根据短信内容进行外围部件控制。本文对 GSM 网络体系结构作了详细的讲解，并且着重讲述对于本课题相对重要的短消息业务的通信原理。数据的传输方式最主要是短消息方式，短消息的发

2、送和接收是通过 AT 指令来实现的，本文讲述了常见的 AT 指令及其使用方法。在系统的硬件设计中，对主要硬件 TC35i 和单片机ATMEGA8及其外围电路进行了比较详细的讲述。系统硬件包括 GSM 通信单元 TC35i，经过信息处理单元ATMEGA8 单片机，电源单元，显示单元，报警系统等。系统的软件设计主要包括单片机初始化、模块初始化、短信提取、报警电路、显示。论文的最后的部分以 GSM 短消息的远程控制系统为基础，设计出了一套基于 GSM 短消息的远程控制报警系统，并给出了此系统应用领域的一些探讨和研究。关键字：GSM ATMEGA8 远程控制 AT指令Remote Monitoring

3、 Rlarm System Based On GSM Short MessageUndergraduate：Yang LijiaoSuperviso：Chen HaoAbstract：In this paper, a remote control system based on the GSM short message, given the overall system design based on the design of the system hardware and software and its applications made to explore and study. G

4、SM network as the platform of the remote signal transmission. Made on the GSM network architecture in detail, and highlighted the plight of the Communication Theory of the Short Message Service is very important for this topic. Data transmission, short message, the receiving and sending of short mes

5、sages through AT commands, about the common AT commands and their use. The system hardware design, detail about the major hardware TC35一 and the ATMEGA8 microcontroller and its peripheral circuits. The system hardware consists of GSM communication unit TC35一, the information processing unit the ATME

6、GA8 single-chip, power supply unit, display units, isolation control unit. System software design, including chip initialization, module initialization, SMS extraction, relay control, display. The last part of the paper-based remote control system of the GSM Short Message to design a remote control

7、system based on the GSM short message, and gives some applications of this system to explore and study. Keywords：GSM ATMAGE8 Remote Control AT command目录1绪论11.1 研究背景及其意义11.2基于短消息的远程控制系统国内外发展22系统设计方案32.1 系统总体方案设计32.2 GSM模块选择42.3控制单元模块的选择42.4电源模块的选择43硬件设计53.1 电源模块53.2 单片机控制模块63.3 GSM模块63.3.1 GSM模块简介63.

8、3.2 GSM模块接口73.3.3 GSM模块指示灯83.3.4 SIM卡电路83.3.5 GSM模块开关机93.4显示模块93.5外围模块9 3.6 传感器模块10 4基于短消息的远程控制系统软件设计114.1 软件初始化114.2 短信操作115基于短消息的远程控制系统整机调试126结论137参考文献14致 谢15附录：161绪论1.1 研究背景及其意义短消息业务(SMS)作为 GSM(Global System for Mobile communication)网络的一种业务，以其相对简单、费用较低廉、覆盖范围广、实现比较简单。 得到了许多的系统运营商和系统开发商的重视，基于短消息业务的

9、各种应用也蓬勃发展起来了。短消息业务和语音及传真是 GSM 网络提供的主要电信业务，它通过无线控制信道进行传输，在经过短消息中心完成存储和转发功能上，每条短消息的信息量140bit。在短消息的可靠传递基础上，GSM 专业调制解调器的出现给 GSM 的发展注入了更加新的活力，它改变了传统的以语音为主的通信手段，让GSM 网络数据通信得到了广泛的应用。目前市场上提供的GSM 调制解调器和模块提供了 RS232 标准数据接口，采用 AT指令控制，符合 ETSI 标准 GSM0707 和 GSM0705。基于这种技术，以 GSM 网络作为无线传输平台可以开发出了多种应用领域。目前的远程控制主要是以下几

10、种方式：短距离长线控制；通过市话网；通过 Internet 网络；通过自组网络(CDPD 网)；通过数传电台方式。短距离长线控制与通过自组网络(CDPD网)首先要自行建设通信网络，建网初期投资比较巨大，运营期间自主维护耗费人力物力也较大，信号质量得到了保证，效果好，相对运营费用高；通过市话网和 Internet 方式以现有的网络为主要依托，无需自行组建通信网络，但是由于市话网和 Internet 难以达到工业现场覆盖面，接入网络受到限制，局限性相对大，网络运行效果取决于网络运营商，线路安全不能得到保证，其通信效果较好，信号量相对大，运营费用相对低廉；数传电台出现比较早，应用很广泛，是一种比较不

11、错的无线数传方式，但是建网初期投资相对巨大，数传电台的传输范围有限，而且更加容易受到空间无线信号的干扰，信号不能得到保障，但数传电台信号传输实时性好，运行费用低廉。远程控制系统应用非常广泛，遍及了国民经济的很多领域，而目前这些控制系统无论从成本、可靠性、稳定性、使用方便性、还是维护的难易程度等很多方面都不能最大限度的让人满意。因此本文把 GSM网络引入到远程控制系统中，提出了基于 GSM 短消息的远程控制报警系统。GSM 网络是现在基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟完善的、覆盖面最广的、功能最强的、用户最多的移动通信网络，GSM 短消息业务不再需要建立拨号连接，只需要把待发的消息加上目的地

12、址发送到短消息中心，再把短消息中心转发成最终目标。运用 GSM 短消息实现远程控制可靠性高、信号传播距离比较远、覆盖面积广，而且可以节省建网初期的巨额投资，运营期间不需维护网络，运行费用低。1.2基于短消息的远程控制报警系统国内外发展基于GSM的短信息服务，是一种对移动网络上传送简短信息的无线应用,是一种信息对移动网络上的储存与转寄的过程。由于GSM网络实现了全国范围内的联网和漫游,具有网络能力比较强的特点,用户无需另外组建网络,在极大的提高网络覆盖范围的同时为客户节省了更加昂贵的建网费用和维护费用3。同时,它对用户的数量也没有得到限制,克服传统的专网通信系统投资成本较大,维护费用相对高,且网

13、络监控的覆盖范围面积和用户数量有限的缺陷等。比起传统集群系统在无线网络覆盖上具有无法相比的优势,加上GSM的SMS本身就具备的数据传送功能,都使得这些应用得到了迅速的普及。利用GSM短信息系统进行的无线通信还具有双向数据传输的功能,性能相对稳定,为远程数据传送和监控设备的通信中提供一个强大的支持平台。基于GSM和AVR单片机的远程控制报警系统正是利用GSM短信息系统的通信平台。基于短消息的远程控制系统经常用于智能家居报警控制。智能家居控制从上世纪80年代兴起于欧美与日本，并在90年代末的时候进入国内，经过十多年的孕育与发展，特别是跟着住宅产业的进步，小区智能化系统在已经在中国显现出风雨欲来的征

14、候。尤其是近几年以来，随着房地产业的火爆，同时给国内智能领域带来发展的机遇。众所周知，伴随着中国人口众多，城市住宅建设也大多选择密集型的住宅小区方式，所以很多房地产商就会站在整个小区的角度来看呆智能化，也就出现了现在一统天下、无所不涉及的“智能小区”的模式。基于这种短消息的远程控制报警系统“智能家居”是以住宅为平台的，集服务、系统、结构、管理、控制为一体，利用了先进的网络通讯技术、电力自动化技术、无线电技术、计算机技术，将同居家生活有关的各种设备有机结合起来，再通过网络化的综合管理家中设备，来创造一个优质、高效、环保、安全、便利、节能、舒适、健康的居住生活环境空间。基于短消息的远程控制报警系统

15、的智能家居在保持传统的居住功能等的基础上，摆脱被动模式，成为了具有能动性智能化的现代化工具。它不仅提供全方位的信息交换功能，而且还优化了人们的生活方式与居住环境，帮助了人们有效地安排时间、节约等的各种能源，实现家电（如空调、热水器等）控制、窗帘自控、照明控制、防盗报警、定时控制及电话远程控制、计算机控制室内外遥控等4。基于短消息的远程控制报警系统的智能化家居给人们创造一个简便的生活方式、舒适的生活环境的家居控制手段这样一种智能化家庭生活平台。这种智能化家庭生活平台采用了智能家居网络技术等，操作相对非常简便，用一个手持无线遥控器，甚至是任何一个电话和计算机就能控制家中所有的灯、家电，调节室内的温

16、度，设置不同的时间窗帘开关控制等。甚至是在外出的汽车上，还是在遥远的外地等都能通过这种系统达到想控制家中的任何系统目的。基于短消息的远程控制报警系统的智能家居控制系统采用了先进的电力线载波通讯技术等，在其产品部件安装时不须对家中已有的居住环境进行比较大幅度的改造，不需要复杂的布线及其添置新的设备材料，只要让产品模块接入家中220V电力线网络就可形成控制系统5。此系统采用模块式设计，使用简单的编码指令，可轻松进行控制。以较低廉的价格安装了基本系统之后，再根据所需要扩展增加更多的功能设置，再进行系统功能添加，达到人们的需求。该系统扩充性非常之强大。基于短消息的远程报警控制系统的智能家居是住宅房屋智

17、能化的最核心部分。从严格意义上讲，智能家居报警系统也是智能小区系统中的一部分。和智能小区相似，智能家居在房屋住户内部同样也是一种多功能的系统，众多子系统可协同配合。目前最为流行，也是比较实用的功能子系统有：智能照明系统、家庭安防系统、智能电器控制系统、电动窗帘系统等。本设计是为了设计一个基于GSM模块的远程监控报警系统。2系统设计方案2.1 设计方案模块此设计是一个基于GSM模块的远程监控报警系统，GSM就是global system for mobile communications 【电信】全球通, 全球移动通信系统 (也称“泛欧数字式移动通信系统”, 是一种根据欧洲电信标准协会出版GSM

18、 技术规范建造的国际无线蜂窝网) 。GSM模块，是将GSM射频芯片、存储器、功放器件基带处理芯片集成在一块线路板上，具有相对独立的操作系统、基带处理、GSM射频处理并且提供了标准接口的功能模块。本设计是一个利用手机短信息对远程监控设备比如交通路灯，家庭里的门锁、家用电器、报警装置等进行智能控制或者是信息采集交流的设计思路等。系统的开发是基于自动控制技术、计算机技术、数字通信技术短信息技术、及加密技术，系统是利用相关的网络、计算机系统与控制器，以短信息为基本控制的指令和数据信息传送方式等，实现对手机无线遥控和数据传送的，通过了专设的短信控制中心和服务中心，为远程监控设备提供了全方位的数字化服务等

19、。本设计就是利用单片机控制GSM模块采集和监控报警设备信息无线通信控制系统。本设计采用了模块化设计，整个系统是由GSM模块、电源模块、控制模块与外围模块组成，整个系统的方案框图如下图1-1GPRS模块传感器（红外）声光报警显示电源键盘天线单片机图1-1总设计框图2.2 GSM模块选择我们设计此系统的前提是基于短信方式，简单、使用方便、价格低的实用性系统，而且不需要大批量数据通信使用的GPRS通信功能。因此我们有两种选择，TC35模块和TC35i模块。TC35和TC35i功能相似，但是随着西门子公司对TC35系列产品的发展和创新，TC35i在很多相同的技术领域相对TC35更胜一筹。 TC35i是

20、Siemens公司推出的新一代的无线通信GSM模块，它可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、短消息服务(SMS) 、语音传输和传真。模块工作电压是3.348 V，可以工作在900 MHz与1800 MHz两个频段。它具有AT命令集接口，支持文本与PDU模式的短消息传真。除此之外，此模块还具有漫游检测功能、电话簿功能、多方通话等。 此模块功能上和TC35i兼容，而且设计紧凑，体积大大地缩小了。通过40PIN的ZIF连接器，实现电源连接、数据、指令、语音信号以及控制信号的双向传输等。模块集射频电路和基带成为一体，其组成结构主要分为6个部分：GSM射频模块、GSM基带处理器、闪存、供电模块(ASI

21、C)、ZIF连接器及天线接口。作为 TC35i的核心，基带处理器主要是处理GSM终端内的语音和数据信号，并且涵盖蜂窝射频设备中所有的模拟和数字功能等2.3 控制单元模块的选择AT89S52作为普通的51单片机已广泛应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，且功能相对强大，所以本系统采用AT89S52单片机作为控制芯片。2.4电源模块的选择由于TC35i模块工作电压为3.7V到4.5V，I/O最大电压4.2V，单片机选择低压工作模式，电源电压为3.5V到5V，系统采用串联二极管方式将5V电压降为4.2V为TC35i供电，再用二极管将4.2V降为3.5V为单片机供电。TC35II在发送和接收时的工作

22、电流峰值可以达到1.5A，选用普通的线性电源可能造成电源被突然拉低，因此系统选用LM2576开关电源模块。LM2676最大可输出3A，且电源效率维持在75%以上。电源模块设计如图2.4-1。图2.4-1电源设计框图3硬件设计通过图1-1可知，硬件系统主要包括传感器、电源模块、单片机控制模块、GSM模块、显示模块、外围模块。下面对各个模块进行详细介绍。3.1 单片机控制模块AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可

23、编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个

24、中断或硬件复位为止。图3.2-1 单片机控制模块3.2 GSM模块3.2.1 GSM模块简介TC35i模块是支持中文短信息的工业级GSM模块,电源范围为直流3.34.8V ,电流消耗休眠的状态为3.5mA，空闲状态时为25mA，发射状态为300mA(平均)，峰值2.5A。SIM的电压为3V/1.8V，TC35i的数据接口(CMOS电平)可通过AT指令可双向传输命令与数据,可选波特率在300b/s115kb/s , 自动波特率1.2kb/s到115kb/s。数据信号与可传输语音, 功耗在GSM1800(1类)和EGSM900(4类)分别为1W 与2W,通过天线连接器和接口连接器分别连接SIM卡读

25、卡器与天线。支持Text与PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息),可通过AT命令或者和故障恢复关断信号实现对其重启。3.2.2 GSM模块接口 TC35i主要是通过串口和单片机进行连接的，单片机对TC35i模块的控制。虽然TC35i的串口提供了许多控制线，考虑到设计接口的简单性，而且对单片机的UART进行连接，所以采用两线（TXD、RXD）进行连接。对TC35i模块通信的控制可通过对软件来进行实现，采用软件实现控制对其具有使用灵活的特点，很好地避免了过多硬件信号的检测7。对于TC35i其它管脚在不使用的时候，当该管脚为输出时，一般将该管脚进行悬空。另外由于/I

26、GT管脚是控制TC35i模块工作的管脚，所以需将该管脚上拉，并且将该管脚再与单片机进行连接，可通过单片机来控制TC35i的工作状态。设计需要考虑TC35i的电源管脚并且连在一起，TC35i是一个功能比较完全的模块，所以这里不需要做任何的射频处理和信号处理。TC35i还需要连接SIM卡座，这样才可以实现一个完整独立GSM终端。以下是TC35i的接口设计。图3.3.2-1 GSM模块接口由上图可以看出，TC35i接口电路设计相对比较简单。进行串口设计时候，TC35i模块串口管脚的工作电平为CMOS电平，单片机串口管脚工作电平是TTL电平，串联2K的电阻。IGT是TC35i模块的工作状态的控制管脚，

27、该管脚首先是通过一个电阻拉高，平时该管脚是高电平，处在不工作状态。另外该管脚同时还和单片机的一般I/O端口进行连接，这样再通过单片机来实现对TC35i模块的工作状态进行控制，当单片机拉低该管脚时，则TC35i工作。TC35i的SYNC管脚用来指引GSM模块的工作状态，连接一个指示灯来指示工作状态3.2.3 GSM模块指示灯TC35i 有一个同步信号脚SYNC（32脚 synchronization signal )，该引脚是一个同步信号输出端，该引脚输出的信号，反应了模块的工作情况。本系统在该端通过一个三级管接入LED灯，如图 3.3.3-1 所示。LED受到该引脚信号控制，可以显示 TC35

28、I模块运行的状态。图3.3.3-1 GSM模块指示灯TC35i的状态有：1LED灯熄灭时：表示TC35I 处于关闭、休眠、报警或者充电状态；2LED灯 600ms 亮600ms暗：表示SIM卡没有插入，或者正在搜索网络，或者正在认证用户，或者正在注册网络；3LED灯75ms亮3S暗：表示已经注册上网，处于待机状态； 4LED灯75ms亮75ms暗75ms亮3S暗：表示一个或多个GPRS文件被激活；5LED灯闪烁：表示 GPRS 的数据传输，当GPRS 数据传输时，在交换一个数据包后，LED灯将会在一秒内点亮。闪烁的持续时间约为0.5秒。3.2.4 SIM卡电路SIM卡工作电压为3O V，从TC

29、35i的第28脚引出，其接地端(第4脚CCGND)需与TC35i的第29脚连接，如图1所示。如果接地端直接与印刷电路板的GND相连，不作任何信号的隔离保护，则会导致进行语音通信时音量很小，十分不清晰，还可能导致模块不能正常登陆网络。考虑到设计中的电磁兼容和静电保护等因素，为了达到最佳的通话效果，采用在SIM支架下，在印刷电路板的顶层敷设一层铜隔离网，该层敷铜与S-IM卡的CCGND引脚相连，CCGND与电路板的GND之间通过两个并联的电容和电感耦合。此举为SIM卡构成了一个隔离地，屏蔽了其他信号线对SIM卡的干扰。 3.3显示模块本系统采用1602液晶做显示用，1602液晶也叫1602字符型液

30、晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。1.LCD1602特性1) +5V电压，对比度可调 (和单片机一样用USB供电)；2) 内含复位电路；3) 提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 ；4) 有80字节显示数据存储器DDRAM。2.液晶显示电路：液晶的8个数据端口和52单片机的P1口相连用于数据的传输。液晶显示器的控制端口RS,WR,和EN分别与单片机的P35，P36, P37相连，便于单片机对液晶的初始化和读写操作。3.4外围模块自动报警电路包括蜂鸣器电路，工作指示电路，监控器电路。由于条件限制本论文用一LED灯模拟监控器，灯的亮灭状态表示监

31、控器的开关。蜂鸣器电路采用的是PNP三极管的基极与单片机的I/O口相连接，集电极接上5V电压后与直流蜂鸣器串联，发射极直接接地。当P1.3为高电平时，PNP不导通，蜂鸣器两端电压相等。当P1.3为低电平时PNP管导通，蜂鸣器导通，蜂鸣器鸣叫。工作指示电路和监控器模拟电路采用的是电阻和发光二极管相串联并和单片机的I/O口相连接，发光二极管的正极接上5V电压。当P1.0和P1.1为高电平时，电路不导通，发光二极管管两端电压相等。当P1.0和P1.1为低电平时，电路工作，LED点亮。自动报警如图3.4所示。图3.4 单片机控制报警电路3.5 电源模块LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流

32、输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。各系列产品均提供有3.3V（-3.3）、5V（-5.0）、12V（-12）、15V（-15）及可调（-ADJ）等多个电压档次产品。此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚。LM2576系列开关稳压集成电路的主要特性如下：最大输出电流：3A；转换效率：75%88%（不同电压输出时的效率不同）； 控制方式：PWM；工作温度范围：-40 +125 ；工作模式：低功耗/正常两种模式可外部控制；工作模式控制：TTL电平兼容；器件保护：热关断及电流限制。电源设计由LM2576提供5V总电源，在经过两个二极管分压得到4.2V和3.5V。如图3.1-1。图3.1-1 电源模块3.6红外对管传感器（1）红外发光二极管的特性红外发光二极管（IRED）发出的光波是不可见的，它发出的峰值波长为940nm左右，属红外波段，与一般半导体硅光敏器件的峰值波长900nm相近，甚为匹配。从波长角度看，选用红外发光管来触发