基于手机短信的温度报警控制系统设计

0  引言

GSM(GlobaI System for Mobile communication)系统是比较成熟完善，且应用最为广泛的一种基于时分多址技术的移动通信系统。基于GSM的短信息服务(SMS Short Message Service)是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用，是一种信息在移动网络上储存和转寄的过程。由于公共GSM网络在全球范围内都已实现了联网和漫游，因此，建立上述系统不需再组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能的短信应用得到了迅速普及。

温度报警监控系统是由单片机控制多个温度采集模块，并采集多个点的数据，在进行相应的处理后，通过SMS上报。在实际应用中，有很多场合都需要对环境温度进行监控。

1  系统结构

手机短信温度报警系统主要分为电源部分、GSM模块、温度采集和单片机四个部分。该系统可以监控环境温度是否在设定的范围内，若超出范围，即可通过SMS给设定的手机号码发送报警短信。其系统结构如图1所示。



本温度采集部分采用AD590来采集温度，采用精密电阻进行I／V转换再放大，同时采用ADC0809进行模数转换。电源部分通过变压器将交流220V转为直流24V再转为5V用于给其他部分供电。单片机控制采用AT89C51ED2单片机来采集数据并控制GSM模块。GSM模块采用Siemens的TC35T集成模块。

2 硬件系统设计

2.1 TC35T模块

TC35是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块，利用它可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。该模块的工作电压为3.3～6.5 V，可以工作在900 MHz和1 800 MHz两个频段，其所在频段的功耗分别为2W(900MHz)和1 W(1800 MHz)。该模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4 k，4.8 k，9.6 k的非透明模式。此外，该模块还具有电话簿功能，可多方通话，并具有漫游检测功能，其常用工作模式有省电模式和IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器可实现电源连接以及指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50 Ω天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。

TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口等六部分组成。作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音信道编码。TC35的结构如图2所示。



TC35T是SIEMENS公司推出的GSM专用调制解调器。TC35T已将TC35做到工业手机中，可在GSM网中完成语音、数据、短消息以及传真的传送。TC35T具有标准的工业接口和完整的SIM卡阅读器，因此使用非常简单。TC35T的主要特点如下：

◇可工作于GSM900／GSM1800双频段；

◇具有语音、数据、短信传真传送功能；

◇带有模拟语音接口；
◇可以读写SIM卡；
   
◇带有标准RS232接口；
   
◇工作范围电压8～30 V；
   
◇支持GSM phase2／2+；

◇支持AT命令。

2.2 AT89C51单片机

AT89C51ED2是CMOS单片8位微控制器80C51的高性能CMOS FLASH版本。AT89C51ED2包含1个64-Kbyte FLASH存储区，可用于存储代码和数据。该存储区可用并行模式编程，也可通过ISP或者软件用串行模式编程。编程电压通过标准Vcc引脚由内部产生。AT89C51ED2保留了Atmel 80C52的所有功能特性，包括256字节的内部RAM，1个9源4级中断控制器和3个定时／计数器。AT89C51ED2提供有2048字节的EEPROM，可用于数据的非易失性存储。此外，AT89C51ED2还包含可编程的计时器阵列和1个1792字节的XRAM、1个硬件看门狗定时器、SPI接口、键盘中断以及1个更加通用的串行接口，以便于多处理器通信(EUART)和加速机制(X2 Mode)。

AT89C51ED2的全静态设计可减少系统功耗，它允许时钟频率降至任何数值(包括DC)，而不会导致数据损失。AT89C51ED2有两种软件可选的工作模式，故可降低8位时钟分频器的活动状态，进一步减少功耗。在空闲模式下，CPU被冻结，外设和中断系统继续工作。而在掉电模式，RAM内容被保存，此时其他所有功能都无效。

从上述描述可以看出，AT89C51ED2能够满足此系统的要求。AT89C51ED2的其它特性如下：

◇兼容80C52；
   
◇兼容8051指令系统；
   
◇有6个8位I／O口(64脚或68脚版)；
   
◇有4个8位I／O口(44脚版)；
   
◇有3个16位定时／计数器；
   
◇具有256 Bytes陕速缓存RAM；

◇具有9个中断源，4级中断优先级；

2.3 AD590温度传感器

AD590是一款2端口集成温度传感器，它可产生与绝对温度成比例的输出电流。在4～30 V的电源电压范围内，AD590以1μA／K的比例，可作为高阻抗的恒定电流调节器。AD590可用于150℃以下的温度传感应用中，这是目前常规电子温度传感器的工作范围。单片集成电路的天生低成本，加上无需外围支持电路，使得AD590成为许多温度测量场合最具吸引力的选择方案。此外，线性电路，精确电压放大器，热阻测量电路以及冷接点补偿等等电路，在AD590应用中都不再需要。AD590的特性如下：

◇线性电流输出：1μA／K；

◇宽温度范围：-55℃～+150％；

◇电源电压范围为4～30V，可以承受44V正向电压和20V反向电压；   

◇具有高输出阻抗，可以承受电源漂移和纹波；

◇具有多个精度可供选择。

3  软件设计

3.1  总体流程

开机上电后，首先由主程序进行单片机和GSM模块的初始化。单片机的初始化包括设置串口工作方式、波特率，并可初始化变量参数和标志位。GSM模块初始化包括重新启动、关闭回显、设置在TEXT模式下在返回值中不显示详细的头信息、选择短信格式为TEXT模式、开放串口中断准备接收数据，然后启动ADC采集温度数据，再进行数据的处理，最后进行判断是否报警。其系统总体软件流程如图3所示。



3.2  TC35T控制命令

SIEMENS公司的TC35T模块均支持GSM07.05规定的AT指令集。利用其串行接口，单片机可以向模块发送一系列的AT指令，从而达到控制该模块发送SMS的目的。用单片机实现时，编程必须注意，它发送指令与接收到的响应都是字符的ASCII码。用单片机控制GSM模块收发短信息所涉及到的AT指令如表1所列。



GSM的短信息业务SMS主要利用信令信道传输，这是GSM通信网所特有的。它不用拨号建立连接，而只是把要发的信息加上目的地址发送到短信息服务中心，经短信服务中心完成存储后再发送给最终的信宿。所以，当目的GSM终端没开机时，一般信息都不会丢失。每个短信的信息量限制为160字节。通过单片机控制TC35T发送SMS的子程序流程图如图4所示。


4 结束语

本文着重介绍了利用GSM网络的SMS来给出温度报警的监控系统，给出了具体的硬件和软件实现方法。该系统不仅能实现传统的温度报警，更能利用GSM网络来实现远程报警和多点温度监控。在实际的生产生活中，很多场合都需要对温度进行监控，因此该系统有很好的应用前景。