基于短信模块的环境参数检测系统设计

杨家志，易胜利，蒋存波，杨　斐，钟亚洲，杨　帆( .桂林理工大学信息科学与工程学院，广西桂林　54004; .河南电力公司信阳供电公司，河南信阳　46400)



基于短信模块的环境参数检测系统设计

杨家志1，易胜利1，蒋存波1，杨斐1，钟亚洲1，杨帆2
( 1.桂林理工大学信息科学与工程学院，广西桂林541004; 2.河南电力公司信阳供电公司，河南信阳464100)

摘要:基于手机网络的环境数据传输方法具有网络覆盖广、可靠、无需组网等优点，有较大的应用价值和前景。为满足环境参数的远距离无线检测的需求，设计了一种基于短信模块的环境参数检测系统，实现了环境参数的采集、短信发送等功能，并通过串口连接上位机，配合上位机软件作为远程环境参数的征询端使用。对所设计软硬件的测试结果表明，该系统能较好地完成环境参数的采集和短信发送，实现环境参数的手机网络采集功能。

关键词:短信模块;环境参数;单片机;上位机

随着科技和社会的发展，工业生产和社会生活中对工业设备和生活电器等的智能化要求越来越高，要求这些设备能够自主地根据实际环境和相关参数作出判断，执行对应的预设程序，降低人工干预［1］。其中，环境参数的感知和无线传输是智能系统设计的前端和重点之一，如电网参数的远程检测、森林火险的远程监测等［1－4］。

笔者设计了一种基于短信模块的环境参数(主要是温度，可根据需要添加湿度、烟雾等传感器，实现其他参数的检测)检测系统，能根据需求把环境参数通过手机网络以短信的形式反馈到信息征询端，作为环境参数检测的无线节点，并可通过串口连接PC作为信息征询端。此系统的主要优点在于能够利用现有的覆盖域广的手机网络实现任意距离的无线环境参数采集工作，可靠、方便，省去了组网的步骤。

1　系统概述

基于短信模块的环境参数检测系统主要由单片机( micro control unit，MCU)最小系统、短信模块、用户识别模块( subscriber identity module，SIM)卡与插槽、传感器、按键和显示等部分组成

?(图1)。

图1　系统框图Fig. 61System diagram

在该系统中，MCU具有初始化短信模块、初始化传感器、读取新信息、读取传感器参数、读取按键状态、显示温度和发送短信等功能，并能够通过串口与上位机通信，通过上位机软件发送AT ( Attention)指令给短信模块，实现远程温度等参数的读取功能。

2　系统硬件设计

系统总的电路原理见图2，主要由单片机最小系统、短信模块与SIM卡电路、按键与显示电路、电源电路等组成。其中，单片机最小系统主要负责单片机的正常运行、复位、在线编程( in system programming，ISP)等功能，还包含温度传感器与串口电路;短信模块与SIM卡电路主要通过串口与单片机交换数据，短信模块启动并初始化后会登陆移动电话网络，通过SIM卡完成身份识别，正常工作后能够在单片机的控制下完成收发短信的功能;按键与显示电路主要完成系统功能切换与温度显示等功能;电源电路为其他各部分电路供电。

2. 1单片机最小系统

采用的单片机为ATMEL公司生产的8位RISC结构的高性能单片机ATmega 162，此单片机具有16 kB的FLASH，并且具有2个串口，具备ISP、宽电压范围、看门狗电路等功能［5］，完全能够满足本应用的需求。

ATmega 162的最小系统主要由复位电路、ISP在线下载电路、晶振电路、串口电路和传感器电路组成(图2)。其中，复位电路可在上电时起到延时启动的作用，保证系统电压稳定之后再让单片机工作，而且在单片机工作的时候可以通过按动复位按钮使单片机复位，重新执行程序; ISP在线下载电路可以通过ISP下载电缆连接该系统与PC，下载编译好的程序;晶振电路为单片机工作提供时钟频率;传感器电路采用的是DS18B20数字温度传感器，该传感器通过单总线与单片机连接，并且直接输出温度值。

2. 2短信模块与SIM卡电路

短信模块与SIM卡均通过特定接口与系统板连接，其中短信模块采用西门子公司的TC35i，通过12脚排线与系统板连接，SIM卡槽通过6针插槽与系统板连接;而在系统板上，SIM卡上的信号线(包括CCRST、CCCLK、CCIO、CCIN)是直接与短信模块连接的，并位于单片机，有信号连接。除此之外，短信模块的启动还需要一个能够提供大电流的启动信号，此信号由单片机提供，经共射放大电路放大后连接到短信模块的IGT信号脚上，为短信模块提供启动信号［6］。具体原理见图2所示。

图2　系统电路原理Fig. 62Schematic diagram of system circuit

短信模块与单片机的通信是通过单片机的串口1进行的。由于单片机自带有2个串口:串口0 与PC通信，而串口1与短信模块通信。短信模块的初始化、收发短信等工作都是通过串口在单片机的控制下进行的。

2. 3按键与显示电路

按键与显示电路的原理如图2所示。显示电路由一个4位8段LED数码管组成，在电路正常运行时会显示当前温度;按键由2个微动开关组成，可以分别实现主动向预置号码发送短信及主动通过串口向PC发送接收到的短信这两项功能。同时，该部分电路还设有一个LED灯，在短信模块登录网络时，此LED在单片机控制下快速闪烁，短信模块登录网络完毕后慢速闪烁。

重庆九院院长阳光介绍，成研中心汇聚了全市的医学管理、卫生经济、经济管理、医学教育等专家。中心下设9个研究室，在实践过程中，中心形成了院内、院外、医改三个重点工作方向：院内主要为标准化成本核算与医院DRG任务联合工作开展方案、BSC+RBRVS创新绩效管理工作开展方案；院外重点研究民营医院医疗质量安全与成本消耗的内在规律、国有企业医院转制重组的理论与实践等内容；医改方面重点研究标准化成本体系建立问题。

2. 4电源电路

电源电路原理见图2。在该系统中，除了短信模块和SIM卡需要4. 2 V的电压之外，其余部分均用5 V电压。所有从外界接入的5 V电源经过电容滤波之后，供给单片机、按键和显示电路。另外还要通过LM317转换为4. 2 V电源供短信模块和SIM使用。

另外，由于单片机和短信模块使用的电源电压并不相同，所有单片机引脚不能直接与短信模块连接，需要作电平转换后再连接。笔者采取在信号线路中串上330 Ω电阻的办法实现简易且实用的电平转换功能。

3　系统软件设计

基于短信模块的环境参数检测系统根据需要可以实现无线参数检测节点，也可以连接PC实现信息征询功能。所以，该套系统在软件设计方面除了要设计单片机软件之外，还需要设计上位机软件配合运行。

3. 1单片机软件设计

单片机软件主要由主程序、接收短信中断服务子程序、按键1和按键2中断服务子程序组成，它们的程序流程图分别如图3、图4、图5和图6所示。

图3　主程序流程图Fig. 63Flow chart of main routine

图4　接收短信中断服务子程序流程图Fig. 64Flow chart of SMS receiving interrupt service subroutine

图5　按键1中断服务子程序流程图Fig. 65Flow chart of Key 1 interrupt service subroutine

图6　按键2中断服务子程序流程图Fig. 66Flow chart of Key 2 interrupt service subroutine

当短信模块接收到来自信息征询端的短信，将立即进入接收短信中断服务子程序。当判断出短信内容为“temp?”时，通过DS18B20读取当前温度，并通过短信发送当前温度到来信号码上，发送短信的格式为“Current temperature is xx．x degree．”。其中“xx．x”代表包含1位小数的温度值。执行完之后返回主程序。

当按下系统的按键1时，则进入按键1中断服务子程序。单片机通过DS18B20读取当前温度，并向预设号码发送当前温度值，其中预设号码是固化到程序里的。执行完之后返回主程序。

当按下系统的按键2时，则进入按键2中断服务子程序。单片机同样通过DS18B20读取当前温度，并通过串口0向PC发送当前温度值，完成之后返回主程序。

3. 2上位机软件设计

为了实现通过PC读取远程温度，还需要设计PC端软件。笔者利用VB开发了一款上位机软件。开发时首先通过图形化编程，在界面上放置“打开端口”、“发送初始化命令”、“读温度”、“清空消息”按钮，放置“端口号”、“波特率”和“帧格式”下拉选项框，还放置用以显示文本信息的文本框。

接下来分别对按钮动作进行编程，各个程序流程见图7。

当“打开端口”按钮按下后，则向系统发送打开串口的命令，并根据返回信息判断串口是否打开:如果顺利打开，则显示打开成功消息框;否则显示出错信息框并返回。

当“发送初始化命令”按钮按下后，则先判断串口是否打开:如果没有打开，显示出错信息框;如果已经打开，则根据下拉选项框的内容发送初始化命令，然后返回。

当“清空消息”按钮按下之后，则清空消息框里的所有内容。

当“读温度”按钮按下之后，判断电话号码是否已输入到相应的文本框:如果已输入，则通过串口控制环境参数检测系统向该号码发送短信，内容为“temp”;如果文本框内容为空，则弹出出错提示框。

图7　上位机软件流程图Fig. 67Flow chart of PC software

4　系统调试与实验

系统硬件和软件开发完成之后，进行了相关的调试和实验工作。首先进行的是用手机向环境参数检测系统发送“temp”，系统接收到短信之后向手机返回当前温度值。实验设置如图8所示。需要指出的是，环境温度会有轻微的变化，导致系统数码管上显示的温度和手机接收到的温度有0. 1℃的差别。

同时，还进行了利用上位机读取远程温度的实验。为了方便实验，环境参数检测系统连接到上位机之后，通过上位机软件读取该系统本身的温度，即利用系统的短信模块向自己发送读取温度信息，读取温度之后通过串口0把消息返回到上位机(图9)。

5　结论

图8　基于短信模块的环境参数检测系统Fig. 68Picture of environmental parameters sensing system based on SMS module

图9　上位机软件界面Fig. 69User interface of PC software

设计了一种基于短信模块的环境参数检测系统，该系统能通过短信模块登录手机网络，当接收到查询环境参数的短信之后，会回复当前环境的相关参数值，也可设置主动向预设号码发送相关参数。同时，该系统还可通过串口连接上位机，配合上位机软件进行远程环境参数的无线读取工作。

实验结果表明，该系统能完成作为无线环境参数检测节点的功能，并配合上位机实现无线参数征询功能。

参考文献:

［1］肖凤，秦军，盛占石．电网电压监测系统中短信收发装置的研制［J］．电测与仪表，2006，43 ( 12) : 29－32．

［2］孟现平．带有CDMA短信模块的多功能电力监测仪［J］．自动化与仪表，2012 ( 4) : 22－26．

［3］李建勇，伍光胜，刘艳中．基于MC35i模块的短信报警终端的设计［J］．气象水文海洋器，2012，29 ( 1) : 52－56．

［4］汪金营，刘雁征，杨学坤．基于手机短信的日光温室控制系统设计［J］．中国农机化，2012 ( 4) : 40．

［5］Ateml Corporation．8-bit AVR microcontroller ATmega162 datasheet［EB/OL］．［2013－03－01］．http: / /www．atmel．com/devices/atmega162．aspx．

［6］Siemens Corporation．TC35 hardware interface description ［EB/OL］．［2003－04－14］．http: / /www．sendsms．cn/download/tc35i-hd-v0103-1073577．pdf．

Environmental parameters sensing system based on SMS module

YANG Jia-zhi1，YI Sheng-li1，JIANG Cun-bo1，YANG Fei1，ZHONG Ya-zhou1，YANG Fan2
( 1. College of Information Science and Engineering，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China; 2. Henan Xinyang Power Supply Company，Xinyang 464100，China)

Abstract:As environmental data transferring method，with good signal coverage，reliability and without network development，has a large application value and prospect．In order to satisfy the demand of long distance，wirelessly environmental parameters sensing，an environmental parameters sensing system based on SMS ( Short Message Service) module is developed．The system can measure environmental parameters，and send them by SMS．And also，this system can connect with PC ( Personal Computer) as a remote environmental parameters acquiring terminal．Experiment results show that the environmental parameters sensing system fulfill sensing environmental parameters and sending by SMS successfully．

Key words:SMS module; environmental parameters; microcontroller; PC

作者简介:杨家志( 1981—)，博士，副教授，研究方向:嵌入式系统、脉冲功率系统，jiazhi-yang@126. com。

基金项目:国家自然科学基金项目( 51167004) ;广西自然科学基金项目( 2013GXNSFBA019250) ;广西空间信息与测绘重点实验室项目(桂科能1207115－02)

收稿日期:2014－02－26

doi:10. 3969/j．issn. 1674－9057. 2015. 01. 030

文章编号:1674－9057( 2015) 01－0187－05

文献标志码:A

中图分类号:TN92

引文格式:杨家志，易胜利，蒋存波，等．基于短信模块的环境参数检测系统设计［J］．桂林理工大学学报，2015，35 ( 1) : 187－191．