基于GSM技术的远程监控系统

　　摘  要：为消除信号盲区，利用GSM技术、计算机技术、控制技术和通信技术研制一套直放站远程监控系统，实现对直放站的*、遥测、遥调和遥讯。

　　引言

　　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话务较少的地方设置直放站。然而直放站经常出现交流电源系统不稳定、温度变化影响直放站正常工作、电子器件参数变化影响放大器放大倍数等问题 [1]。上述问题的出现会影响GSM公网的覆盖面积，使部分用户通讯中断或无法使用。但是受这些地区交通、通讯等的局限，直放站的维修变的很困难。为了解决这些问题，我们设计了该监控系统，它将告警信息通过手机短消息的方式发送到集中监控中心实现了直放站的遥控，即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。

　　1系统方案l

　　根据系统要求，为实现遥控、遥测、遥调和遥讯，该监控系统应具备如下功能：实时监控直放站交流电源的变化，若超过270伏，必须自动切断动力电源；实时监控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。当温度低过下限值时启动加温装置；实时监控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。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。

　　根据需求分析，对该监控系统作如下方案：首先，在直放站机箱内安放控制终端，主要作用是采集所有的模拟量和开关量，同时可以控制交流电源的切换和调节各种放大器的放大倍数。其次，设置主控中心,主要作用是接收所有直放站控制终端上传的数据，并存储到数据库中，同时下传控制命令到各终端，控制命令有数据采集、参数设置和远程控制等。再次，主控中心与控制终端的数据通讯利用公网实现。可采用点对点的直接数据通讯，也可采用移动通讯的短信息SMS（Short Message Service）两种方式。直接数据通讯方式实时性强、传送速度快，但其通讯成本高。SMS方式则是首先将信息发送到短信息中心，然后再由短信中心排队依次发送到各自目标地。所以该方式实时性差，通讯连通速度慢。但短消息方式成本，不存在占用信道的问题[2]。从本题目实际情况看，实时性和速度的要求并不很高，因此，选择SMS方式作为控制终端与主控中心的通讯方式完全可行。

　　2 系统组成及工作原理

　　该系统由直放站监控部分、手机模块、手机终端和集中监控中心四部分组成。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，设置维修人员的手机号码；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人员手机上，同时监控中心接收发自直放站的告警信息，并进行相应的处理，如判定告警地点、告警类型及相应的原因、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信息等。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。每个直放站都对应有维修人员。

　　3 硬件电路设计

　　系统的硬件电路设计包括数据采集电路设计、TC35接口电路设计、遥调电路设计、看门狗电路及温度传感器电路设计等。

　　3.1 数据采集电路

　　该系统中的数据采集分为模拟量采集和开关量采集,电路如图2所示。其中模拟量共采集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，本文采用的是TLC2543串行A/D。开关量也检测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。

　　3.2 TC35接口电路设计

　　TC35模块主要是由射频天线、内部FLASH、GSM基带处理器、匹配电源和一个40脚的ZIP插座组成[3]。TC35接口电路设计主要是40针的电缆与单片机的接口。其中，1∽5脚提供3.3∽5.5V峰值2A的直流电源；6∽10接地；15脚为点火信号，接到单片机的P1.7，可以通过软件启动模块。16脚∽23脚是RS232串口的功能引脚，18脚、19脚分别为发送RXD和接收TXD引脚。24脚∽29脚对应的是SIM卡的引脚。32脚为指示灯引脚，当未插入SIM卡或40脚的电缆没有接好或者模块正在入网时，指示灯处于闪亮状态，亮600ms 灭600ms；当模块登录网络时，指示灯亮75ms灭3s。

　　3.3遥调电路设计

　　遥调电路主要是为了远程调节各种功率放大器的增益，它采用固态非易失性数字电位器X9241。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。滑动单元的位置是由CS、U/D、INC三个输入端控制[4]。当CS为高，INC为高时，滑动端的位置可以被储存在一个非易失性存储器内，因此在下上电工作时可以被重新调用。当电位器的滑动端移到某一新位置时，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三个端。

　　3.4看门狗电路与温度传感器电路的设计

　　看门狗电路为了防止由于程序跑飞和电源的故障引起的工作不正常，其中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。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。温度传感器电路为了测量直放站的温度。由于采集的温度范围属于常温范围，所以采用晶体管传感器LM335。它的输出电压与热力学温度成正比，灵敏度10mv/c。输出后的电压经过LM358放大器的放大后送A/D转换器。

　　4 软件设计

　　4.1短消息服务业务

　　短消息服务业务是GSM系统提供给用户的一种数字业务，它与话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GSM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。而且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，接收端用户如果在规定时间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一个确认信号。SMS充分利用了GSM网络的基站覆盖广的特点和全程全网的优势，具有的移动性，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。每个短消息的信息量限制为140个八位组、140个英文字符或70个中文字符。如果超过此长度，则要分多次发送。

　　4.2系统软件功能

　　该系统的软件设计包括：上位机软件设计；下位机软件设计；下位机与上位机通信软件设计。其中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；下位机软件设计包括数据采集及A/D转换程序和越限报警程序。由于该系统采用的是一点对多点的双向数据传输，因此每个控制终端都有自己的地址码。上位机可以查询下位机，下位机也可以定时发送数据给上位机。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。发送和接收SMS信息有两种方式：基于AT命令的文本模式和基于AT命令的PDU(protocol description unit Mode)模式。西门子的手机大多只支持PDU模式，在PDU模式下短信息正文经过编码后转换成UNICODE码被传送[5]。由于我们采用的是西门子的TC35手机模块和TC35T手机终端，所以本文主要采用PDU模式发送和接收数据。在程序设计中，采用通讯协议的做法，由上位机发出控制命令或数据采集命令，让各个下位机将检测的数据传过来，同时进行校验，以保证数据的正确性。

　　5 结束语

　　本文介绍的直放站监控系统集计算机、通信技术于一体，采用先进的无线通讯模块和成熟、完善、应用广的GSM作为数据传输的平台，通过短消息业务完成直放站与集中监控中心的通信。短消息业务特别适用于需频繁传送小数据量的应用，还适用于偏远地区、架设通信线路困难的地方。对于直放站来说，它一般放在偏远地区，应用短消息业务来传送数据为合适。该系统目前已投入运行，实践证明其工作性能非常可靠，且具有良好的市场前景。

　　本文作者的创新点是借助短消息业务具有永远在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等特点，利用GSM网络提供的SMS技术， 实现了远程监控系统的遥控、遥测、遥调和遥讯。

  

参考文献:

[1]. TLC2543 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TLC2543_1116475.html.
[2]. RS232 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RS232_585128.html.
[3]. X9241 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/X9241_724756.html.
[4]. MAX813L datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MAX813L_1019603.html.
[5]. LM335 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/LM335_843266.html.
[6]. LM358 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/LM358_1060605.html.