基于GSM模块的远程温度监控系统的设计

在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。某些恒温设备要求设备在很小的误差范围内保持恒定的温度，如果温度有变化，即要求工作人员采取适当的措施进行矫正。如果人为进行测定，既不能保证温度数据的实时性，又不能确保数据的精确性。如果在数据的传输部分加装GSM短信息模块，且在设备的测试部分加装基于MSC1210的模数转换模块，便可以解决困扰整个设备要求的实时性和精确性的问题。

基于GSM模式的温度远程控制系统实现了采集数据自动上传，避免了人工测试时间过长、不到位和准确率不高等弊端，不仅提高了工作效率，而且提高了经济效益。另外自动上传的大量完整数据也为监控人员提供了有利的线索。

系统和GSM公用网结合，充分利用GSM网覆盖面广、运行可靠、抗干扰能力强等优点，可实现远程自动抄表、远程实时监测、用户实时查询，以及报表的自动统计与生成，同时还可附加其他多种管理功能。利用GSM公用网组成的传输系统，在系统可靠性、抗干忧性、稳定性、可维护性、功能扩展性等方面均具备明显的优越性，并可降低运营成本和劳动强度。

一、系统组成及功能描述

GSM（Global System for Mobile communication）数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营商和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。它是基于时分多址技术的移动通讯中比较完善、成熟，也是应用最广泛的一种系统，我国的公众移动通信网也是采用这种制式。目前，GSM提供的增值业务――SMS（信息服务）无需附加其它终端设备，只需GSM短信模块便可实现数据的传输。

系统模型图如图1所示。

基于GSM短信模式的温度远程监控系统由温度采集部分、数据收发部分和数据分析处理部分组成。其中，温度采集模块将采集到的温度数据存入寄存器中，数据收发模块采用双CPU共用E2RPOM的方式，MSC1210从内核上讲也是一个基于80C51内核的单片机，它的作用除了进行高精度数据采集之外，还起CPU的控制作用；温度数据经数据收发模块中的单片机从寄存器中读出，通过短信模块借助GSM网络将数据进行传输。单片机控制数据收发，发送采集到的温度数据，并能接收上位机传送命令数据。接收到的温度数据数据经分析模块传送给计算机进行处理，并将处理结果存储到数据库中，供查询使用。数据处理模块还能将控制命令经GSM模块发送，使数据的自动双向传递成为可能。

二、设备布局

基于GSM的温度数据采集与无线传输系统由远端设备和主站设备两部分组成。远端设备安装在远端的监控点上，主站设备安装在控制中心或值班中心，远端设备实际上是在原有的监控系统中增加了一个GSM通信模块，而主站设备则可以是带有移动通信装置的PC机。但要注意的是：本系统只有一个主站和一个远端监控点，因此只有一个远端设备。这里的监控点要分配一个独立的SIM卡，当主站访问时，只能访问这个远端设备。

1.远端设备

远端设备的构成如图1所示，它由数据收发模块和数据采集模块组成。远端设备在监控点完成对温度数据的采集，并实现必要的控制功能。在被控对象的运行状态改变时及时将此事件的性质和必要的数据以短消息的形式发送给站点，远端设备还可以接收由主站发出的命令，根据命令修改系统参数或将当前状态信息回送给主站。

2.主站设备

主站设备的构成如图1所示，它由终端处理模块构成。主站设备由一台装有主战监控软件的PC机和移动通信装置组成，移动通信装置与PC机通过串口连接。主站监控软件可以管理整个系统的远端设备。例如，标定各站点的原始信息（电话号码、名称等）、当远端送来被控对象的异常信息时提示报警，并将数据存储到数据库中，修改远端设备的运行参数，等等。主站软件还可以进行用户管理，查询各远端的当前数据和网络运行状态，并提供历史数据查询、打印、备份、删除等。

3.GSM模块MZ28

GSM模块提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07规范。GSM07.07中定义的AT Command接口了一种移动台（MS）与数据终端设备（DTE）之间的通用接口，GSM07.05对短消息作了详细的规定。在短消息模块收到网络发来的短消息时，通过串口发送指示消息。

中兴通讯推出的GSM无线双频调制解调器MZ28，主要为语音传输、短信发送和数据业务提供无线接口。MZ28具备完整的射频电路和GSM的基带处理器，适合基于GSM无线通信网络的应用产品的开发。

MZ28主要的组成部分有：GSM基带处理器（模拟基带和数字基带）、射频电路和SMB插座、存取器、SIM（如图2所示）。

（1）GSM基带处理器。包括上、下行信号的调制解调、信道编解码、加密/解密、音频编解码、A/D、D/A等。数字基带芯片片内ARM处理器核及相关接口模块对诸如存储器、SIM卡、串口等外部设备进行驱动和管理。片内的ARM处理器核具有较强的处理能力，能够支持多种外设接口，通过相应的驱动程序，即可完成对上述外设模块的驱动。

（2）射频电路和SMB插座。射频电路提供了GSM900/1800MHz双频段的收发通道，包括接收电路、发射电路、频率合成电路，以及相应的控制电路。射频信号通过SMB插座与外接天线相连。

（3）存储器。存储器采用了16Mbits FLASH和2Mbits SRAM封装在一起的芯片，并采用了BGA的封装形式，节省了PCB空间。FLASH主要用于存储运行软件，存储模块的系统参数、电话号码和电话记录等内容。SRAM用于存储运行时的临时数据。

（4）串行接口。MZ28提供标准的RS-232串行接口，具体接口线的引脚定义参见系统连接器接口部分。用户可通过串行接口使用标准的AT指令完成对模块的操作。通过数据电缆和数据板模块能直接与PC机相连。数据板集成了模块的供电接口、语音接口，以及TTL电平与RS-232电平的转换电路。用户可通过在语音接口上插入专用耳机实现语音通话功能。

（5）SIM卡接口。为方便用户使用，MZ28模块设计时本身就带有SIM卡插座，用户可以不用外扩SIM卡接口电路，就可直接调试用户的程序，缩短研发周期。但是针对用户的不同需求，也外扩了SIM卡的接口：SIMRST?摇?摇?摇?摇EXT，SIMCLK?摇?摇?摇?摇EXT和SIMI/O?摇?摇?摇?摇EXT。具体接口线的引脚定义参见系统连接器接口部分。为保护SIM卡，使用了瞬态电压抑制器件和静电防护手段对管脚进行必要的防护。

（6）系统的主控中心（即图3中的终端处理模块）。通过串口与一个内置了GSM模块的设备相连接，读取GSM设备接收到的短消息，从而获得远端传来的测量数据，发送控制命令并通过GSM设备转换为短消息发送至远端控制设备。远端单片机内置GSM模块，单片机从采集数据的设备获得测量数据后，通过GSM模块以短消息方式发送给主控中心的GSM模块；把GSM收到的主控中心的控制指令发送给受控设备。需要注意的是，主控中心和监控点的GSM模块要分别配置一个独立的SIM卡，从而进行有效的网络通信。

注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”

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