簡述基于SMS遠程數據采集系統(tǒng)的設計

0引言

傳統(tǒng)的數據采集系統(tǒng)，由于通信線路的限制，數據傳輸距離不可能很遠。采用以太網傳輸，大大提高了數據的傳輸距離，但是由于以太網使用的TCP／IP協(xié)議較復雜，采用普通的廉價微處理器不能實現(xiàn)。在監(jiān)測點分布范圍廣，數量多時，使用以太網構造數據采集系統(tǒng)的代價比較昂貴。利用短消息（SMS）進行遠程無線通信，它具有通信成本低，不受通信線路及地區(qū)限制，保密性、可靠性高，抗干擾能力強等特點。利用短信息系統(tǒng)進行無線通信還具有雙向數據傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠程數據傳送和監(jiān)控設備的通信提供了一個強大的支持平臺。這里介紹的遠程數據采集系統(tǒng)就是基于此開發(fā)完成的。

1遠程數據采集系統(tǒng)結構設計

遠程數據采集系統(tǒng)由監(jiān)控中心和數據采集終端兩部分組成。監(jiān)控中心由帶有移動通信裝置TC35模塊的監(jiān)控計算機和數據庫服務器構成。TC35通信模塊的通信通過RS 232串口與監(jiān)控計算機連接；數據采集終端由以單片機為核心的數據采集器和TC35模塊和傳感器模塊組成，監(jiān)控中心和數據采集終端通過無線通信網絡聯(lián)成一體，系統(tǒng)結構圖如圖1所示。系統(tǒng)中數據、指令的接收和發(fā)送都是通過短信來實現(xiàn)的。

監(jiān)控中心接收數據采集終端的數據并向終端發(fā)送組態(tài)和控制信號等，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的管理、數據存儲、數據庫管理等功能。上位機監(jiān)控站可并行地設置多個站點，采用不同的權限管理構成完整的監(jiān)控體系，它的位置不受地域限制。數據采集終端安裝于采集現(xiàn)場，與現(xiàn)場監(jiān)控儀表和設備相連接，用以監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境參數以及環(huán)保設備的運行狀態(tài)，并將現(xiàn)場采集的數據經編碼、壓縮、存儲后，由GSM網絡實時傳送到上位機監(jiān)控站，同時接收上位機監(jiān)控站發(fā)送的命令控制現(xiàn)場設備。

2數據采集終端硬件實現(xiàn)

數據采集終端與現(xiàn)場儀表及設備相連接，實現(xiàn)數據采集、處理、發(fā)送以及設備控制等功能。它是一個智能化可獨立運行的系統(tǒng)，具有良好的可靠性，能夠自動處理通信堵塞、外部干擾等異常狀況，保證系統(tǒng)穩(wěn)定不間斷運行，并長期保存現(xiàn)場歷史數據。它主要由單片機電源部分、數據采集處理部分、TC35接口電路、傳感器模塊、輸出控制器等部分組成。其硬件結構框圖如圖2所示。

2.1電源電路設計

電源部分采用220 V交流電源供電，經電壓轉換、全波整流后接入供電電路，為整個系統(tǒng)供電。電源部分為數據采集處理部分提供3.3 V電壓和隔離的24 V電壓；為無線接口部分提供約3.6 V電壓。

2.2數據采集處理部分

數據采集處理部分由中央微處理器、鍵盤顯示電路、數據存儲器、實時時鐘等組成。中央微處理器選用AT89C51。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。

鍵盤和顯示電路模塊用來初始設定或者當用戶操作人員在現(xiàn)場時，可以通過此人機界面，將初始狀態(tài)和一些命令要求置入單片機，使其完成特定的功能。

實時時鐘為數據的存儲和發(fā)送提供精確的絕對時間，亦可通過上位機監(jiān)控站對終端監(jiān)控站時間進行設定和校準。數據存儲器采用大容量FLASH存儲器，可對現(xiàn)場采樣數據進行長期存儲。

2.3 TC35i接口電路

TC35i是SIEMENS公司推出的新一代一款雙頻900／1800 MHz高度集成的無線通信GSM模塊，可以快速、安全、可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數據、短信息服務和傳真。TC35i無線模塊內部結構如圖3所示，TC35i共有40個引腳，這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數據輸入／輸出、SIM卡、音頻接口和控制。它通過ZIF連接器分別與電源電路、啟動與關機電路、數據通信電路、語音通信電路、SIM卡電路、指示燈電路等連接。

TC35i接口電路的設計主要是40針的電纜與單片機的信號接口。TC35i的1～5腳提供3.3～5.5 V峰值電壓和2 A的直流電源；6～10接地；15腳為點火信號，接到單片機的P1.3腳，可以通過軟件啟動模塊；16～23腳是RS 232串口的功能引腳，其中18腳，19腳分別為發(fā)送RXD和接收TXD引腳；24～29腳對應的是SIM卡的引腳；32腳為指示燈引腳，當未插入SIM卡或者40腳的電纜沒有接好或者模塊正在入網時，指示燈處于閃亮狀態(tài)，亮600 ms滅600 ms，當模塊登錄網絡時，指示燈亮75 ms滅3 s。

3數據采集終端軟件的設計

數據采集終端軟件的設計用C語言開發(fā)。主要用于實現(xiàn)單片機系統(tǒng)數據通信模塊TC35的初始化、現(xiàn)場數據的定期采集、控制端口的數據輸出、告警短信的發(fā)送、指令信息的接收及分析執(zhí)行等功能。數據采集終端軟件的設計包括主程序、串口中斷服務程序和看門狗程序。軟件設計的關鍵是單片機如何利用AT命令控制TC35模塊發(fā)送和接收短消息。

（1）主程序。負責單片機、TC35的初始化，連續(xù)循環(huán)采集各通道值，再經數值濾波處理后存儲該值。主程序在完成單片機和TC35模塊的初始化后，將立即開放串口中斷，進行中斷掃描，監(jiān)控是否有數據到來，以便實時接收上位機發(fā)來的短信數據，主程序流程如圖4所示。

（2）串口中斷服務程序。負責短信的接收和發(fā)送。如果發(fā)現(xiàn)有新短信，則根據自定義協(xié)議從短信內容中提取來自監(jiān)測中心的命令數據。如果是查詢監(jiān)測站點的狀態(tài)命令，則將傳感器采集到的數據通過TC35終端以短信息的形式發(fā)送到監(jiān)控中心；如果是設置運行參數命令，則根據命令修改設備中相應的運行參數。

（3）看門狗程序。負責監(jiān)視中斷服務程序的運行時間，若在規(guī)定的時間內未完成任務，則強行退出，程序從入口重新執(zhí)行，以防止死機現(xiàn)象。

4監(jiān)測中心軟件的設計

主站監(jiān)控軟件采用VC++進行前臺開發(fā)，監(jiān)控中心的軟件采用模塊化方式設計，主要的軟件模塊包括用戶管理模塊、通信控制模塊、數據管理模塊、報警處理模塊。系統(tǒng)完成遠程數據采集的關鍵是短信息的成功接收與發(fā)送，因此通信控制模塊是監(jiān)測中心軟件設計的重點。

監(jiān)控中心PC機通過RS 232串口和TC35連接，通過發(fā)送AT命令與它通信。在Windows環(huán)境下完成串口通信，目前主要有以下兩種方法：一種是利用Windows API通信函數，另外一種是使用現(xiàn)有的ActiveX控件即MSComm控件來實現(xiàn)。該系統(tǒng)采用前一種方法，因為監(jiān)控中心要根據監(jiān)測設備的多少動態(tài)地決定需要多少個TC35，也就是要動態(tài)決定需要哪幾個串口。如果采用串口通用控件，在系統(tǒng)軟件運行初始，就啟動所有的串口線程，會浪費系統(tǒng)資源。

5結語

SMS短信息的遠程數據采集系統(tǒng)將現(xiàn)代通信技術融合到傳統(tǒng)產業(yè)中，實現(xiàn)遠程數據的采集技術，為遠程數據采集系統(tǒng)提供一種便捷的無線數據傳輸方式。系統(tǒng)具有不受通信線路及地區(qū)限制，可靠性高，抗干擾能力強等特點；系統(tǒng)硬件結構簡單，主要由軟件實現(xiàn)監(jiān)控過程，便于維護和擴展。該系統(tǒng)對于覆蓋范圍廣，數據量較少，監(jiān)測點分散的監(jiān)測監(jiān)控領域具有一定的參考價值。

編輯：jq