基于SMS通信的直放站监控系统设计_无线通信论文
关键词：远程监控 无线通信 系统设计
引言
随着gsm移动通信网络的迅速发展和用户的日益扩大，新技术和新业务的开发和应用已提到十分重要的位置。为了消除gsm公网信号盲区，延伸覆盖范围，需要在一些偏远的地区或在不具备直放站建设条件、话务较少的地方设置直放站。由于这些地区交通、通信等的局限，使得直放站的维护变得十分困难。直放站经常出现的问题是：交流电源系统；温度的变化对直放站的影响；电子器件参数变化对放大器放大倍数的影响等。
以往直放流出现问题，维修为员不可能迅速赶到现场排除故障，多数是通过用户反馈后，才能解决。所以作者设计了直放站的监控系统，将告警通过手机短消息方式，发送到集中监控中心，从而实现直放站的远程遥控、遥测、遥调、遥讯。
1 系统工作原理及组成
该系统主要由2部分组成：直放站监控终端、集中监控中心。通信方式采用手机短消息方式；通过信设备采用西门子手机模志tc35，西门子的手机终端tc35t。tc35具有功能有语音、数据、短消息、fax四种传输方式；工作在gsm900mhz和1800mhz频带范围内；工作电源3.3～3.5v；波特率为300～115kbps，在1200～115kbps为自动波特率配置；数据传送采用at命令集；sms具有text和pdu图形模式；p-p数据通信速率是2400bps、4800bps、9600bps、14 400bps。tc35t是将tc35做到工业手机中，对外提供标准的rs232接口和电源接口。将计算机的串行口与tc35t的串行口电缆直接连接，并在计算机上添加标准的调制解调器就可以使用了。tc35t使用at命令集工作。系统的原理框图如图1所示。
集中监控中心通过通道1发送命令。首先，通过tc35t发送设置命令，初始化直放站，设置需要采集的模拟量和开关量，设置系统的密码及修修为员的手机号码。然后，发送采集命令，采集各种数据量。采集完数据量后，经下位机的处理，通过通道2以短消息的方式发送到集中监控中心，中心将数据整理存入数据库中。如果直放站出现了故障，直接通过tc35模块发送故障信息到维修为员手机上，同时监控中心接收发自直放站的告警信息，并进行相应算是，如判定告警地点、靠警类型及相应的原理、及时通知值班和相关维护管理人员、对告警信息进行统计和分析、设置告警监控模块配置等。当故障排除后，下位机同样发送短消息到监控中心，通知中心故障排除，可以正常采集数据了。每个直放站都有对应的维护人员。
短消息服务业务sms（short message service）是gsm系统提供给用户的一种数字业务。它与活音传输及传真一样同为gsm数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务。sms的收发占用的是gms网络的信令信道，不会占用普通话音信道，而且它是双向通信，具有一定的交互能力；sms具有较高的可靠性，短消息发送端的用户可知道短消息是否已经到达接收端。由于短消息依靠了smsc短消息服务中心的存储和转发机制，当接收端用户关机或不在服务区内时，smsc会暂时保存该短消息；如果接收端用户在规定时间（通常为24小时）内重新处于工作状态，smsc会立刻发送短消息给接收端用户，当发送成功时会返回发送端用户1个确认信号。sms充分利用了gsm网络的直放站覆盖广的特点和全程全网的优势，具有极佳的移动性，使得任何一个申请了短消息服务的gsm无线终端用户在全网范围内获得服务。每个短消息的量限制140个8位组（7比特编码）140个字节或70个中文字符。如果超过此长度，则要分多次发送。
2 硬件电路设计
系统的硬件电路包括：直放站监控终端硬件设计、集中监控中心。直放站监迭终端硬件包括：数据采集电路、tc35接口电路、看门狗电路、温度传感器电路、遥调电路。集中监控中心硬件包括：上位机、tc35t手机终端。
2.1 数据采集电路
数据的采集分为：模拟量的采集和开关量的采集。模拟量共采集8路，分别为：直放站功率放大器上行下限检测量in0；直放站功率放大器下行下限检测量in1；直放站低噪放大器上行下限检测量in2；直放站低噪放大器下行下限检测量in3；直放站微波功率放大器下限检测量in4；直放站交流输入电压上限检测量in5；直放站交流输入电压下限检测量in6；温度检测量in7.模拟量采集后送a/d转换器进行转换。本系统采用的是tlc2543串行a/d转换器。
开关量共检测8路，分别为：220v交流电压检测；门禁检测；光端机发无光检测；光端机收无光检测；光端机+12v直流电压检测；直放站-48v直流电压检测；直放站+24v直流电压检测；直放站+12v直流电压检测。开关量的检测通过光电隔离后送入单片机。电路原理框图如图2所示。
2.2 看门狗电路
为了防止由于程序跑飞和电源和故障引起的工作不正常，本系统设计了看门狗电路。max813l为看门狗监控芯片，可为cpu提供上电复位、掉电复位、手动复位、看门狗及电压比较器功能。电路如图3所示。在上电期间，当电源电压超过其复位门限后，813l产生一至少140ms脉宽的复位脉冲；当掉电或电源波动下降到低于复位门限1.25v后也产生复位脉冲，确保任何情况下系统正常工作。当程序跑飞时，wdo输出由高电平变为低电平，并保持在140ms以上，813l产生复位信号，同时看门狗定时器清0。该电路还有上电使单片机自动复位功能，一上电，自动产生200ms的复位脉冲。
2.3 遥调电路
为了实时监视各种放大器的工作状态（包含功率上行放大器、功率下行放大器、低噪声功率上行放大器、低噪声功率下行放大器、微波功率放大器），并且当各放大器参数变化偏离正常范围后，可实现远程自动调节，设计了遥调电路。采用固态非易失性数字电位器x9313，电路如图4所示。数字电位器是一种特殊的dac，它的模拟量输出不是电压或电流，而是电阻。滑动单元的位置由cs、u/d和inc三个输入端控制。当cs为高、inc为高时，滑动端的位置可以被存储在一个非易失性存储器内，因此，在下一次上电工作时可以被重新调手。当电位器的滑动端移到某一断位置，而保持inc为低，cs为高时，此位置不存储。vh、vl、vw相当于一般电位器的3个端。
2.4 温度传感器电路
为了实时监视直放站当地的温度变化，当温度超过上限值时，启动排风装置；当温度低于下限值时，启动加温装置，温度传感器电路由于采集的温度范围属于常温范围，所以采用晶体传感器lm335，电路如图5所示。它的输出电压与热力学温度成正比，灵敏度10mv/℃，灵敏度10mv/℃。输出后的电压经过lm358放大器的放大后送a/d转换器。
2.5 tc35接口电路
tc35模块主要由射频天线、内部flash、gsm基带处理器、匹配电源和1个40脚的zip插座组成。tc35接口电路设计主要是40针的电缆与单片机的接口，如图6所示。1～5脚提供3.3～5.5v峰值2a的直流电源；6～10脚接地；15脚为点火信号，接收单片机的p1.7，可以通过软件启动模块。16～23脚是rs232串口的功能引脚，18、19脚分别为发送rxd和接收txd引脚。24～29脚对应的sim卡的引脚。32脚为指示灯引脚，当未插入sim卡或40脚的电缆没有接收或者模块下在入网时，指示灯处于闪亮状态（亮600ms，灭600ms）；当模登录网络时，指示灯亮75ms，灭3s。
3 软件设计
系统的软件设计包括：下位机软件设计、上位机软件设计，下位机与上位机通信软件设计。
3.1 短消息pdu格式分析及实用的at命令
发送和接收sms信息有2种方式：基于at命令的text mode（文本模式）和基于at命令的pdu（protocol description unit）模式。西门子的手机大多只支持pdu模式。在pdu模式下，短正文经过编码后转换成unicode码被传送。由于我们采用的是西门子的tc35手机模块和tc35t手机终端，所以主要探讨pdu模式的发送和接收。
下面通过对发送的短消息格式分析，来介绍sms pdu的数据格式工。假设准备发送中文短消息内容为“晚上好123”，则将tc35t与计算机的串口相连，并打开计算机的超级终，按如下具体操作过程发送短消息（带下划线字符为响应，{}内为注释）：
at
ok {计算机与手机的连接成功，这时就可以输入各类gsm at指令}
at+cnmi=1，1，2
ok{设置收到短消息提示}
当模块收到短消息时，给出回应：
例如：+cmti：“sm”，4
at+cmgf=0
ok{设置模块工作的模式：0为opdu模式，1为文本模式}
at+cmgs=26{发送短消息的字节数}
>0891 683108200905f0 0103 0d91
683199312523f9 3208 0c
665a4e0a597d003100320033//键入ctrl+z，看到提示符->出现在最后一个数字后面，说明系统已经收到了命令，系统会返回操作的结构。
ok{ok表示成功，error表示发送失败}
+cmgs：32
下面分析这条：
08——表示短消息中心地址长度；
91——表示短消息中心号码类型；
68310820905f0——表示短消息房层中心号码；
0103——表示发送短消息的编码方式；
0d——表示目的地址长度；
91——表示目的地址类型；
683199312523f9——表示目的地址，即接收短消息的手机号码为13991352329；
3208——表示发送中文字符方式；
0c——表示短消息长度；
665a4e0a597d003100320033——表示发送中文字符的unicode码
665a{晚} 4e0a{上} 597d{好} 0032{2} 0033{3}。
以下是模块接收的分析：
at+cmgr=<index>{阅读短消息的内容，index表示短消息存放的位置}
at+cmgl=<stat>{列表短：stat=0,列未读过的短消息；stat=4，列所有的消息}
+cmgl：1，2，24{1表示信息个数，2表示未发信息，24表示总容量}
at+cmgd=<index>{删除短消息，index表示短消息存放的位置}
ok{删除成功}
3.2 软件设计包括的内容
①下位机软件设计。包括：数据采集及a/d转换程序、越限报警程序。
②上位机软件设计。包括：监控中心主界面设计和数据库程序设计。
对于下位机与上位机通信软件设计，因为下位机与上位机通信是通过短消息来完成的，所以通信软件设计的关键是单片机如何发送at命令。
结束语
采用短消息业务成直放站与控制中心的通信，实现了直放站的遥控，远程控制电源的通断；遥测，远程测量各种开关量；遥调，远程调节功率放大器的增益；遥讯，远程查询采集各种模拟量。短消息业务具有永远在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等优势，特别适用于需频繁传送小数据量的应用，还适用于偏远地址、架设通信线路困难的地方。