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基于GSM的嵌入式无线远程监控系统设计

  • 投稿霸霸
  • 更新时间2015-09-23
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廷元陈栋栋钱浩许江淮白延敏

(正德职业技术学院,江苏南京211106)

【摘要】针对传统监控系统主要采用有线方式,网络结构复杂,施工布线困难,距离传输短等问题,设计了基于GSM的嵌入式无线远程监控系统。系统包含三大模块:无线传感器网络模块、嵌入式网关模块、GSM报警模块。无线传感器网络模块采用ZigBee组网,负责现场数据的采集与汇总;嵌入式网关模块采用ARMCotex-M4核处理器为核心,连接GSM网和ZigBee网,实现数据接收、显示、超限判断等功能;GSM报警模块负责将报警信息传输至用户手机上。实验证明,效果良好,可以应用于粮仓监控、智能家居监控、消防监控等系统中。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 监控系统;GSM;ZigBee;无线传感器;嵌入式网关

0引言

随着移动通信技术的飞速发展和GSM网络的迅速普及,越来越多的系统都开始采用GSM网络技术。GSM(GlobalSystemForMobileCommunications)是由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准,是世界上主要的蜂窝系统之一。它的发展也给远程检测技术带来了巨大的发展前景。先进的无线监测系统集成多种先进技术如自动控制、通信、计算机等,实现了实时监控管理分布式系统,突破了布线组网不方便的场合存在的局限性,也解决了系统成本高的问题,因此与传统的监控系统相比有着其独特的优势。

本系统采用嵌入式网关作为核心,采用GSM短信作为外部控制方式,采用ZigBee模块进行无线组网,作为内部的采集网络。GSM短信简单实用且价格便宜,ZigBee组网布线少、网络节点可扩充、功耗低。依靠本系统,用户可以随时查看各节点状况,当传感器检测到的值超过设定的阀值,用户就会收到报警短信。

1硬件设计

系统总体结构如图1所示。系统主要包含三大模块:无线传感器网络模块、嵌入式网关模块、GSM报警模块。嵌入式网关模块采用MK60DN512ZVLQ10处理器为核心,连接GSM网和ZigBee网,实现数据接收、显示、超限判断等功能。此处理器是由飞思卡尔公司开发,基于32位ARMCotex-M4核,具有DSP指令和单精度浮点运算单元,1.25DMIPS/MHz,基于ARMv7结构,功能强大,资源丰富,完全能够满足本系统的要求。嵌入式网关是系统的核心部分,主要功能是发出报警信号、存储数据以及处理数据等。它首先要处理ZigBee模块发送过来的数据,再将数据处理并传输到GSM模块进行发送,还要操控硬件平台的其他功能模块。

无线传感器网络模块采用ZigBee组网,负责现场数据的采集与汇总。ZigBee节点和协调器均采用CC2530片上芯片,它是基于IEEE802.15.4标准和ZigBee技术应用,结合了RF收发器、增强型的8051CPU、存储器和ZigBee协议栈等,只需稍加外围电路和内部编程即可完成无线组网和通信,具有体积小,功耗低,效率高,通信可靠等特点。

GSM报警模块负责将报警信息传输至用户手机上。GSM模块选用了SIM900A,双频段的GSM/GPRS,采用SMT封装,基于STE的单芯片案,采用ARM926EJ-S架构,性能强大,可内置客户应用程序。

2软件设计

2.1嵌入式网关程序设计

嵌入式网关是整个系统的枢纽,将GSM网络和ZigBee网络连接起来。MK60DN512ZVLQ10处理器有6个UART接口,通过UART0与GSM模块相连,通过UART2与ZigBee协调器相连。网关对GSM模块接收到的新短信进行判断,若是授权号码发来的正确控制协议短信,网关就解析短信,根据短信的指示做相应的动作。对ZigBee协调器传来的数据,网关进行处理、显示,并判断值是否超过设定的阀值。网关程序流程图如图2所示。

2.2GSM模块程序设计

GSM通信模块是通过AT命令来进行控制,数据传输采用短消息的方式,AT指令和短消息的编码、解码方式是软件设计的关键。GSM模块相关函数有:初始化函数、发送“AT”函数、发送短信模式的配置函数、发送短信命令函数、设置短信长度函数、发送消息内容及结束标志位函数、拨号子程序、接收中断函数等。例如发送短消息函数:

voidMessge()

{

GSM_CMGS();//发送短信指令

GSM_length();//短信数据长度

centernum();//发中心号码

Phonenum();//设置目标手机信息

PDU_2();//短消息有效期设置

len_msg();//短消息内容长度信息

PDU_msg();//发送短消息内容及结束标志位

mess_RX_flag=1;

delayms(1000);

}

2.3ZigBee模块程序设计

无线传感器网络是由多个ZigBee模块组成的星型网络,它由一个协调器、多个路由器和多个终端节点组成。协调器是整个网络的核心,对整个网络进行启动和配置,路由器提供接力作用,终端节点完成数据采集。协调器接收各终端节点发来的数据并将其传送到嵌入式网关。

3小结

本文实现了基于GSM短信的嵌入式无线远程监控系统的设计,系统采用GSM和ZigBee两种无线网络,效果良好,可以应用于粮仓监控、智能家居监控、消防监控等系统中。

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参考文献

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[责任编辑:邓丽丽]