【导读】日常生活中，我们常常需要对环境进行远程监控。鉴于当前GSM网络覆盖面广、双向数据传输、性能稳定等性能特点，针对有线监控的缺陷，本文设计了一种基于GSM模块的远程监控方案，包括传感器电路模块、数据信息处理控制模块和GSM模块...
一、方案原理框图
在对系统特性、设计前景、设计要求的深入分析的基础上，远程监控系统的基本组成结构设计如图1所示，系统主要包括远程监控站、GSM[1]网络和用户监控手机。远程监控站由单片机、TC35[2]模块、传感器电路、LCD显示模块和外围控制电路组成；用户监控手机由一台支持GSM网络技术的手机构成。
图1 基于GSM模块的远程监控设计方案原理框图
该设计方案实现以下功能：
1、通过监控手机监测监控站周围的温度、湿度和光照强度；
2、 通过监控手机控制监控站的继电器，进而对相应的外部电器设备进行控制；
3、通过监控手机对监控站进行监听。
图2 实物图展示
图3 PCB板图
二、系统工作流程
为了更加有效地实现系统，在系统组成结构示意图的基础上，对系统各模块的功能进行规划，其工作需流程图如4所示。
图4 系统工作流程图
1) 数据采集：
通过测温电路获得环境的温度数据；
通过光照强度测量电路获得环境的光照强度数据；
通过湿度测量电路获得环境的湿度数据；
2) 数据处理：
处理传感器中采集来的数据并与TC35模块通过串口通信把数据信息以短信息的方式传送到用户监控手机；
对从用户监控手机发送过来的操作指令短信进行解析并根据指令控制继电器最终达到控制相关的外围电路设备的效果。
3) 无线通信：
无线通信系统由GSM无线通讯单元组成，用来完成远程监控站与用户监控手机之间信息的相互传递，在系统信息的传输过程中起着桥梁的作用。
4) 动作实施：
根据单片机解析出来的指令控制相关继电器来控制外围电路设备。外围设备电路由用户自己搭建。
5) 用户监控：
用户监控主要借助一部支持GSM技术的手机，用来接收远程监控站的监测短信和向监控站发送相关的操作指令短息。
三、远程监控站硬件设计框图
硬件设计框图如图5所示，各模块之间的箭头代表了相互之间的连接关系和各数据传输的方向及通信协议。上电之后，监控站系统首先进行初始化，初始化成功后，监控站系统发送短信告知监控手机，系统可以正常通信。同时，监控站系统开始采集传感器数据，并加以处理，在LCD上把处理后的数据和TC35通信状况显示出来。当用户监控手机接收到系统可以正常通信后，用户就可以通过监控手机向监控站发送询问或控制指令，远程监控站的TC35通过GSM网络接收用户监控手机的数据信息并通过串口传递给MSP430F149[3]单片机，通过单片机解析出相应的指令，然后根据这些指令做出相应的控制动作，最后监控站把控制成功的信息以短信息的形式通过GSM网络告知给用户手机。
图5 远程监控站硬件设计框图
3.1、主控芯片
MSP430F149 是一款MSP430系列的超低功耗微控制器。16位的RISC结构，内部自带硬件乘法器，高速度处理能力；双串口；片内带内部参考、采样保持和自动扫描特性的12位的A/D转换器；灵活的时钟设置，可以根据功耗要求和速度要求进行灵活的时钟设置。
3.2、GSM无线通信模块
图 6 GSM模块电路及外围电路图
本系统设计中采用TC35 GSM无线通信模块。TC35是Siemens公司推出的新一代通信GSM模块，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。模块的工作电压为3.3－5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段。
TC35模块有5个工作模式，它们的电流消耗指标为：
1、通话模式的峰值电流（TALK mode of peak），1.8A；
2、通话模式的典型电流（TALK mode），300mA（900MHz频段）和270mA（1800MHz频段）；
3、空闲模式（IDLE mode）的消耗电流，10mA；
4、休眠模式（SLEEP mode）的消耗电流，3mA；
5、关机模式（Power Down mode）的消耗电流，50µA。
模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息以及波特率为2.4k、4.8k、9.6k的串口传输模式。其外围电路如图4所示。
3.3、环境传感器电路及继电器控制电路的设计
环境传感器电路中的温度测量电路采用MSP430F149单片机的内部温度传感器；光照强度测量电路采用光敏电阻作为核心元器件，光敏电阻与串联电阻分压，并通过A/D转换器读取电压并通过程序计算、校正发映出光照强度；湿度测量电路采用湿敏电阻作为核心元器件，湿敏电阻与串联电阻分压，并通过进行A/D转换器读取电压并通过程序计算、校正得到湿度。在继电器控制电路中由于本系统MSP430F149单片机的工作电压只有2.9V，它的I/O口的输出是无法直接驱动继电器的，所以采用了两级驱动。如图7所示。
图7 传感器电路及继电气控制电路
3.4、LCD模块
ILI9325[4]是台湾奕力科技公司生产的一款a-TFT LCD面板驱动IC。240x320的分辨率，65K（最大值262K，2.4寸的只有65K）色的显示屏；支持MVA(多域垂直对齐)的视图；172800字节的内部RAM；SPI（同步串行）通信协议；兼容8/16位的数据接口，通过外部电路选择；低电压运行：Vio=1.65--3.3V（I/O接口）；Vcc=2.4--3.3V（内部逻辑）；Vci=2.5--3.3V（模拟）。
四、程序总体流程设计
根据系统设计的功能要求，设计出以下程序流程如图6所示。系统初始化后，它将访问MSP430F149单片机的内部Flash，读出监控中心的号码，并询问TC35模块当前网络提供商、信号质量（RSSI）和当前时间，接下来采集和处理环境数据，并在LCD上显示出来，然后检测是否有来电或者新短信，再判断来电或新短信是否来自于监控中心，如果是则接听电话或解析短信做出相应的控制，否则，进行挂机或者删除短信息操作。在这里着重介绍一下短信的发送程序和短信接收解析程序。
图8 程序总体流程图
短信的发送：本设计中短信息是以TEXT格式发送的（TC35初始化中设定，发送AT+CMGF=1）[5]，调用串口发送字符程序和串口接收字符串程序，单片机通过串口TC35模块发送数据和串口接口TC35回应数据进行短消息的发送。其程序流程图如图7所示。单片机从串口向TC35模块发送“AT+CMGS=13752417617”字符串。等待一段时间后，应用字符函数strstr(RecBuffer,SK) [6]在缓存数组RecBuffer中查找是否包含有字符'>'，如果包含有则向TC35模块发送短信息的内容并在短信末尾加上结束符'→'，否则重新发送“AT+CMGS=13752417617”字符串，重复上述操作。短信发送成功后TC35模块会回应"OK"字符，如果没有回应则TC35初始化。
短信接收解析程序：从用户监控手机给远程监控站发过来的短信息分为两种：一种是监测指令短信，也就是询问当前环境状况；另一种是控制指令短信，也就是控制本系统中继电器的开闭动作。如图8所示。调用串口发送程序向TC35发送字符串：“AT+CMGR=index”（index为短信储存地址），然后监测短信是否是监控手机发送过来的。如果是的话就读取短信内容，然后判断是否是监控中心发过来的短信，接着与对照预存信息解析出是控制指令或者询问指令，控制指令则控制相应的继电器，并把操作结果反馈给监控手机；询问指令则把环境参数以短信的形式告知监控手机。否则，该短信时无效短信，删除！
图9 短信发送程序流程图 图10 短信接收解析程序流程图
六、总结
系统旨在建立一个基于GSM短消息方式在中央监控中心和远程监控站台之间进行远程通信的监控平台。本系统的主要设计对象是远程监控站，它包括传感器电路模块、数据信息处理控制模块和GSM模块。而用户监控手机可以借助一部支持GSM的手机完成其功能，所以在这里不对其进行设计。远程监控站由传感器电路模块、MSP430F149单片、GSM模块通信实现功能。监控站具有以下功能：采集、处理传感器数据；通过串口通信控制GSM模块发送和接收信息；解析用户监控手机发送过来的指令短信，并且根据指令控制相关电路的功能。
