基于SMS的单片机无线监控系统的设计.pdf

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1、匿画亟雯霆亟堕匿困单片机开发与应用文章编号：1 0 0 8-0 5 7 0(2 0 0 9)0 7 2-0 0 5 3-0 2基于SMS 的单片机无线监控系统的设计D e v e l o p m e n to faM C Uc o n t r o l l e dw i r e l e s sm o n i t o rs y s t e mb a s e do nS M S(中国矿业大学徐州)刘会娟郝继飞闰文杰纵慧慧L I UH u i-j u a nH A OJ i-f e iY A NW e n-j i eZ O N GH u i-h u i摘要：本文介绍了基于S M S 的单片机远程监控系

2、统采用内置C A N 控制器的A T 9 0 C A N l 2 8 作为控制器来实现J 1 9 3 9 的数据采集功能，通过串口控制G S M G P R S 模块实现短信发送，主要采集发动机的相关参数，可以满足高时效等要求。关键词：无线监控系统：J 1 9 3 9；单片机A T 9 0 C A N l 2 8；S M S中图分类号：T P 2 1 5文献标识码：AA b s t r a c t：T h ew i r e l e s sm o n i t o rs y s t e mb a s e do nS M Sa n dA T 9 0 C A N l 2 8i si n t r o d

3、 u c e di n t h i sp a p e r，b yu s i n gA T 9 0 C A N1 2 8(C A Nc o n t r o l l e ri n s i d e)，i tr e a l i z e sc o r r e l a t i v ed a t ac o l l e c t i o nf r o mt h eC A Nb u s，t h ed a t ad i s p l a yo nt h eL C D，a n dt h eS M Sv i as e r i a lp o r t s F u l l y r e a l i z et h er e a l

4、-t i m em o n i t o ro ft h ee n g i n ec o n d i t i o n 嬲r e q u i r e d K e yw o r d s：w i r e l e s sm o r n i t o rs y s t e m；J 1 9 3 9；A T 9 0 C A N l 2 8；S M S1 引言目前，工程机械不仅力求采用内部网络来解决各个系统间进行数据交换的问题，尤其因为需要经常工作在偏远地区，工程机械希单结合电子通讯等行业，采用发高性价比的设备来实现远程监控功能。针对网络化的要求，汽车行业已经开始引入现场总线，并且形成了统一的标准一J 1 9 3

5、 9 标准，并且相关的产品系统逐渐进入国内市场；而短消息服务业务S M S 作为G S M 网络的一种基本业务，具有：永远在线；不需拨号；价格较便宜；覆盖范嗣广等特点，特别适用于小流量的数据传输的应用。G S M 短信业务、J 1 9 3 9 数据采集、无线监控系统都是近年来研究的热点问题，但是将三者结合起来的设备在国内为数不多。将三者集合起来，不仅可以解决单点的实时监测更贯穿密集的网络上各个节点，使结构更加灵活，又可以进一步降低成本。本文设计的远程监控系统就是综合了以上三者的在工程机械上的一个应用。安排设计了一个安装在工程机械上的装置，带有符合J 1 9 3 9 标准的C A N 总线接口以

6、读取总线上发动机工作状态，然后将这些信息定时通过G S M 短信形式发送出去的监控系统，对T 程机械的使用有很多实际意义。整体系统实现了对发动机参数进行实时显示与发送的功能，用户不仅可以根据需要实时监测发动机状况，而且可以把相关参数以短消息形式发送给监控中心，完成远程监控，并且可以保存作为后期研究比较的依据。2 系统硬件结构本课题所设计的监控系统是基于G S M 的短信业务，并且采用A T 9 0 C A N 2 8 作为控制器来实现远程监控的。总体结构图如下图1：设计中主要研究的是监控系统终端的硬件设计，其中监控中心可以是用户手机也可以是载有G S M 模块的P C。刘会娟：在读硕士研究生图

7、l 监控系统结构图F i g u r e lS t r u c t u r eo ft h em o n i t o r i n gs y s t e m2 1 监控终端的硬件模块化设计硬件结构图如图2图2 终端系统硬件结构图F i g u r e lT e r m i n a ls t r u c t u r eo ft h es y s t e mh a r d w a r e硬件设计时采用了模块化思想，将监控终端分成五大模块：电源、J 1 9 3 9 数据采集、G S M 短信模块、人机界面(包括键盘和液显)和控制模块。控制模块使用的单片机是A V R 出产的具有R I S C 内核的8

8、 位低功耗C M O S 微处理器，典型特点：内置C A N 控制器，显著的节省了硬件资源，简化了程序代码。而短信模块选择的是西门子公司的G S M G P R S 模块M C 3 5 i；液晶显示模块则是选用了北京青云L C M l 2 8 6 4 Z K，可显示四行，每行8 个汉字。a)供电部分由于M C 3 5 i 的工作电压范围是3 3-4 8 V，当M C 3 5 i 模块启动后，经过几秒的延时，模块开始搜索网络，这时需要超过2 A 眦霸邮局订峨8 2 艄3 6 0,元-i f-一5 3 万方数据单片机开发与应用 微计算机信息(嵌入式与S O C)2 0 0 9 年第2 5 卷7 2

9、 期的驱动电流【时I 训很短微秒级)如果驱动不足，会引起模块的M C 3 5 i 模块为S I M 卡提供的供电电源，2 9 v 左右。突然掉电；车载电源输出一般是2 4 V 但是波动很大，低压可以、状态检测电路：到1 2 V 高压可以达到4 0 V，为了更好的给单片机和通信模块供调试阶段，采用i 极管驱动发光二极管，通过二极管明灭状电，选择宽输入D C D C 模块P S l 2 W 2 4 D C 5 D，输出电压稳定在态及时间来查表获得一r 作组态；成品设计中的下位机使用液晶5 V 左右最大提供电流为2 4 A，只要加一个二极管降压就可以显示，从液晶上直接显示各种丁作状态：简化了硬件，只

10、需加一得到满足通讯模块要求的电压输出，可以避免当模块搜索网络个上拉电阻，采用双向口P E 3 与之相连，通过软件读取引脚状时驱动电流不足的问题。并且在电压输出端并联一个大电容态来判断M C 3 5 I 的工作组态。2 2 u F，起蓄流的作用，也能起到提高驱动电流的作用，解决了驱2 3C A N 驱动与通信电路设计动不足时掉电的问题。C A N 总线通信与驱动部分的硬件由：微控制器A T 9 0 C A N l 2 8、b 1 单片机与通信模块的外围设计C A N 总线驱动器P C A 8 2 C 2 5 0 以及高速光电耦6 N 1 3 7 构成，主图3 单片机与通讯模块的外围设计F i g

11、 u r e 3E x t e r n a ld e s i g no fA T 9 0 C A N12 8a n dc o m m u n i c a t i o n sm o d u l e通信模块M C 3 5 i 模块有4 0 个引脚，通过一个Z I F(零阻力插座)连接器引出。这4 0 个引脚可以划分为5 类，即电源、数据输入偷出、S I M 卡、音频接口和控制。主要电路有：、开启与关断电路：在接通电源后，M C 3 5 i 并不能自动启动，需要上电后在其1 5 引脚I G T 上提供1 0 0n 1 8 的低电平M C 3 5 i 才能正常启动。为了保证在复位以及人为操作时都可以是

12、模块激活，选择了加了i 极管反相控制的由单片机P E I 控制的开启电路。至于关断在正常状态下采用软件A T 指令实现，故障期间硬件强制关断则是控制P D 引脚低电平时间大于3 5 s。单片机与通信模块是通过串口通信的方式进行信息传输的，如图3，通信模块M C 3 5 i 的1 6 2 3 引脚数据输入输出端的8 个引脚分别为D S R O R I N G O，R X D O，T X D O。C T S O，R T S O D T R O，D C D O，它有固定的参数：8 位数据位和1 位停止位，无校验位，波特率在3 0 0 1 1 5 0 0 0 b D s 之间可以选择，这里选择默认的9

13、 6 0 0 b D s 作为数据传输的波特率，硬件握手信号用R T S C T S，模块串口支持标淮的A T 命令集。单片机的串口要和M C 3 5 i 模块串口相连，但由于M C 3 5 i 模块的串口高电平是2 6 5 V，单片机的串口高电平为5 V，因此R X D T X D 脚不能直接和单片机相连可以采用采用T I 公司的电平转换芯成L V C 2 4 5 解决上述问题；设计中采用实际与理论相结合的方式，在从M C 3 5 i 到M C U的方向加了驱动门电路7 4 0 7。、S I M 卡电路：模块的2 4 2 9 管脚为S I M 卡引脚，分别为C C I N，C C R S T

14、，C C I O C C C L K，C C V C C，C C G N D，其中C C I N 引脚用于检测S I M卡插槽中S I M 卡是否插入正常，如果正常插人，C C I N 脚会输出高电平，如果插人异常，C C I N 引脚会维持低电平，模块会在C C C I K 的周期下定时检测S I M 卡，因此C C I N 脚会定时出现一个跳变可以用作检测S I M 存在与否的依据；C C V C C 引脚是要实现从C A N 总线上按照J 1 9 3 9 协议标准采集实时信息。在数据的接收过程中，数据从C A N 总线上经过接口(一般是D B 9 系列)进入8 2 C 2 5 0 收发器

15、，再经过高速光电隔离芯片6 N 1 3 7 的隔离进入C A N 控制器。通过6 N 1 3 7 进行光电隔离以提高总线的抗干扰能力。3 软件结构系统软件结构同样本着模块化和功能最小实现的原则，主要包括监控中心软件、监控终端软件。监控中心软件主要由串口通信模块、管理模块、用户操作界面和后台数据库四部分组成。可以实现的功能有：短消息的提取与存储，数据的分析处理和显示。对异常数据的声光报警，数据库查询、统计及报表输出等。监控终端则主要包括：符合J 1 9 3 9 数据采集与处理、人机界面软件、与G S M 短信编码与发送。实现功能：实时采集、运行监控、液晶显示、发送及控制以及声光报警等。4 总结随

16、着J 1 9 3 9 与移动通信技术的发展，移动终端及C A N 总线采集设备的普及应用程度越来越高，而基于短消息的增值服务的前景越来越光明。基于短消息和J 1 9 3 9 的远程监控系统将有线传输的低廉与无线传输的便利有机结合了起来，有效降低了系统建成和运营成本：同时由于J 1 9 3 9 通信稳定可靠，也在一定程度上减少了系统出错的概率。凶此。该系统在车载监控、工业数据采集系统等领域具有一定的实用价值。但是，由于S M S 的费用及传输的缺点局限：容量限制(每条短信内容最多1 4 0 个字节)；网络繁忙时短信延迟长等，只适于传输小流量的数据。而建立在G S M 基础上的G P R S 恰恰

17、具备了实时性强、快速性等等优点。故在实时性要求较高或数据量较大的应用场合，使用G P R S 代替短消息作为无线数据传输平台将更为合适。本文创新：目前将C A N 总线数据采集与S M S 结合并应用到工程机械远程监控的比较少。系统设计采用了内部集成C A N控制器的单片机A T g O C A N l 2 8，方便升级的G S M G P R S 模块M C 3 5 I，为远程测量和监控提供了一个较为理想的解决方案。参考文献【l l M C 3 5 iE n g i n eH a r d w a r eI n t e r f a c eD e s c r i p t i o n W W W

18、s i e m e n s c o r n，2 0 0 7【2 S i e m e n sC e l l u l a rE n g i n eA TC o m m a n dS e t W W W s i e m e n s c o r n，2 0 0 7【3 S i e m e n sM C 3 5 IT e r m i n a lU s e rG u i d e w w w s i e m e n s c o r n，2 0 0 7 4 A T 9 0 C A N1 2 8 P D F r w w a v r c o r n 2 0 0 7 5 I S A ES t a n d a r d

19、 s，V e h i c l eA p p l i c a t i o nL 丑y e r 2S A EJ 1 9 3 9 H I s】S o c i e t vo fA u t o m o t i v eE n g i n e e r s，19 9 9(下转第5 0 页)一5 4 3 6 0 元年邮局订阅号：8 2 9 4 6万方数据嵌入式操作系统应用微计算机信息(嵌入式与S O C)2 0 0 9 年第2 5 卷第7 2 期3 4 软保护算法曹庆年纯粹任务之间的保护称为软保护(s P，S o f tP r o t e c t)。在u C，通讯地址：(7 1 0 0 6 5 陕西省西安市电子

20、二路东段1 8 号西安石油O S I I 中，软保护包括O S S c h e d l D c k 和O S S c h e d U n L o c k 两个函大学计算机学院)盂开元数，用于保护纯任务间全局变鼍的访问。基本思路是借助硬保(收稿1 3 期：2 0 0 9 0 6 0 3)(修稿日期：2 0 0 9 0 7 0 5)护递增(解锁时递减)标记变量O S L o c k N e s t i n g，并在任务调度器中判断此标记变量，以此锁住任务调度器。4 改进的p C O S I I 在L P C 2 2 1 0 上的移植移植w C O S I I 到L P C 2 2 1 0 上，需编

21、写与处理器相关的几个文件：O S _ C P U H、O S-C P U A S、O S _ C P U _ C c。除了编写这三个文件之外，还必须编写目标板的初始化启动代码，这是运行任何其它软件的基础。v,C O S I I 要求所有t c 文件都要包含头文件i n c l u d e s h，这样使得用户项目中的每个+c 文件不用考虑它实际上需要那些头文件。使用i n c l u d e s h 的缺点是可能会包含一些不相关的头文件，也可能会增加每个文件的编泽时间，但却增强了代码的可移植性。本移植不使用软中断S W I 做底层接口，在o s _ C P U H 中定义#d e f i n

22、eO S-c R I T I C A L _ M E T H O D3，即采用第i 种方式实现开，关中断。具体用法已在前面作了介绍。5 结束语本文针对I z C O S I I 的关键算法在分析的基础上进行了改进，并将其应用到了基于A R M 7 的R I S C 微处理器L P C 2 2 1 0上。通过实际的调试和在高级继电器保护装置中的应用，表明改进方案是可行的。在不损害实时性的前提下，增强了w C O S 一对需求的适应性、执行效率和对任务的管理能力。本文创新点：(1)通过对仙C O S 一的体系结构和关键算法的分析，指出了其在应用中存在的不足和改进的方法。(2)增强了I z C O

23、S I I 对需求的适应性、执行效率和对任务的管理能力。(3)对E a s y A R M 2 2 0 0 开发板提供的例程做了改进并将其移植到了自己的开发板上，为应用功能的扩展打下了基础。t参考文献【l】吴绍根w C O S l I 在L P C 2 2 1 0 上的移植实现叨微计算机信息，2 0 0 7，5-2：6 2 6 4 2 J e a nJ L a b r o s s e 著，邵贝贝译I 上C O S I I 一源码公开的实时嵌入式操作系统f M l 北京：中国电力出版社，2 0 0 1【3 P H I L I P S 公司L P C 2 2 0 0U s e rM a n u a

24、 l P H I L I P S 公司，2 0 0 4【4】英特尔中国软件中心吴平单片机及嵌入式系统应用【5】黄燕平斗c o sA R M 移植要点详解f M】北京航空航天大学出版社，2 0 0 5 1 1【6】晨风嵌入式实时多任务软件开发基6 5 M 清华大学出版社，2 0 0 4 年9 月第一版作者简介：孟开元(1 9 6 8 一)，男，江苏海安人，硕士，西安石油大学计算机学院副教授，研究方向为嵌入式系统、计算机体系结构；侯贵双(1 9 7 8 一)，男，陕西安康人，硕士研究生，研究方向为嵌入式系统、计算机体系结构；曹庆年(1 9 6 3 一)，男，陕西西安人，硕士副教授，研究方向为通信丁

25、程、嵌入式系统。B i o g r a p h y：M E N GK a i-y u a n(1 9 6 8 一)，m a l e，J i a n g s uH a i7 a np e r s o n，m a s t e r，a s s o c i a t ep r o f e s s o r，r e s e a r c hd i r e c t i o nf o re m b e d d e ds y s t e md e v e l o p m e n ta n dc o m p u t e ra r c h i t e c t u r e(7 1 0 0 6 5 陕西西安西安石油大学计算

26、机学院)孟开元侯贵双(上接第5 4 页)f 6 1 陈星，刘利基于S M S 的执行器无线监控终端的设计【J】；微计算机信息2 0 0 8，2 一l，1 1 8 一1 1 9 7 坞B 宽明C A N 总线原理和应用系统设计M 1；北京航空航天大学出版社，2 0 0 3 8 1 李永强，宋希庚，薛冬新C A N 局域网及J D 3 9 协议在货车和客车上的运用 Y l；汽车工程，2 0 0 3 A作者简介：刘会娟，女，1 9 8 5 一，汉族，安徽萧县人，中国矿业大学在读硕士研究生，主要研究方向为控制理论应用研究。郝继飞，男，1 9 5 5 一，汉族，吉林舒兰人。中国矿业大学信电学院教授，博士

27、，主要研究方向主要研究方向为控制理论应用研究。B i o g r a p h y：L I UH u i j u a n，【1 9 8 5 一】，f e m a l e【H a r tn a t i o n a l i t y ，c u r r e n t l yaM Sc a n d i d a t ei nC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n ga n dT e c h n o l o g y，r e s e a r c hi n t e r e s t sb r o a di sc o n t r o lt h e o r ya n dA p p

28、 l i c a t i o n(2 2 1 0 0 8 江苏徐州中国矿业大学信息与电气工程学院)刘会娟郝继飞闰文杰纵慧慧(C o l l e g eo fI n f o r m a t i o na n dE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g，C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n ga n dT e c h n o l o g y，J i a n g s uX u z h o u,C h i n a，2 2 1 0 0 8 1L I UH u i-j u a nH A OJ i-f e iY A NW e

29、 n-j i eZ O N GH u i h u i通讯地址：(2 2 1 0 0 8 江苏徐州中国矿业大学文昌校区信电学院硕研0 8-5 班l 刘会娟f 收稿R 期：2 0 0 9 0 6 0 3)(修稿日期：2 0 0 9 0 7 0 5)I 现场总线技术应用2 0 0 例l现场总线技术是现代工厂、商业设施、楼宇、公共设施运行、生产过程中的现场设备、仪表、执行机构与控制室的监测、控制装置及管理与控制系统之间的数字式、多点通信互连的，数据总线式智能底层控制网络。现场总线技术保证了现代工厂、商业设施、智能楼宇、公共设施(自来水、污水处理、输变供电、燃气管道、自动抄表、交通管理等)高可靠、低成本

30、、安全绿色生产运行，同时易于改变生产工艺，多品种生产过程。本书2 0 0 个应用案例，介绍了p r o f i b u s、F F、C A N b u s、D e v i c e N E T、W o r l d F I P、I N T E R b u s、C C L i n k、L o n W o r k s 及O P C、工业以太网、T C P I P 在石油、化工、电力、冶金、铁路、制烟、造酒、制药、水泥、电力传动、机械、交通、设备管理、消防、自来水厂、电解铜、电解铝、继电保护、粮仓及储运、汽车检测、油库管理、造纸、气象、远程抄表、电缆生产、暖通空调、电梯、楼宇自动化及安防、，各方面的应用

31、。本书是工程设计人员、设备维护人员、设备采购人员、技术领导干部、大、中专学校教员的案头参考书，同时也是大专院校本科生、研究生做课题、搞毕业设计的必备参考书。有志向有兴趣的高中以上文化水平的人均为本书读者。本书已出版。大1 6 开，每册定价5 5 元(含邮费)。预购者请将书款及邮寄费通过邮局汇款至地址：北京海淀区皂君庙1 4 号院鑫雅苑6 号楼6 0 1 室徽计算机信息邮编：1 0 0 0 8 1电话：0 1 0-6 2 1 3 2 4 3 60 1 0-6 2 1 9 2 6 1 6 lT，F)h t t p：w w w a u t o c o n t r 0 1 c o r n c nh t

32、 t p：w w w a u t o c o n t r 0 1 c nE m a i l：e d i t o r a u t o c o n t r 0 1 c o m c n：E-m a i l：c o n b o l 一2 1 6 3 t o m一5 0 3 6 0 7 L 年邮局订阅号：8 2-9 4 6万方数据基于SMS的单片机无线监控系统的设计基于SMS的单片机无线监控系统的设计作者：刘会娟，郝继飞，闫文杰，纵慧慧，LIU Hui-juan，HAO Ji-fei，YAN Wen-jie，ZONG Hui-hui作者单位：中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州,221008刊名：微

33、计算机信息英文刊名：CONTROL&AUTOMATION年，卷(期)：2009，25(20)被引用次数：0次 参考文献(8条)参考文献(8条)1.MC35i Engine Hardware Interface Description 20072.Siemens Cellular Engine AT Command Set 20073.Siemens MC35I Terminal User Guide 20074.AT90CAN128.PDF 20075.SAE J1939/71 SAE Standards,Vehicle Application Layer2 19996.陈星.刘利 基于SMS的执行器无线监控终端的设计期刊论文-微计算机信息 20087.邬宽明 CAN总线原理和应用系统设计 20038.李永强.宋希庚.薛冬新 CAN局域网及J1939协议在货车和客车上的运用期刊论文-汽车工程 2003(04)相似文献(1条)相似文献(1条)1.期刊论文 董洪超 浅议机械工程无线监控系统-现代企业文化2010,(23)文章介绍了基于SMS的单片机远程监控系统,通过内置CAN控制器的AT90CAN128来实现71939的数据采集功能,主要采集发动机工作时的相关参数,用单片机串口控制短信模块MC35i实现短信发送,可以满足工程机械高时效、低出错率等要求.本文链接：http:/