一種短信控制的水浸報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為了滿足在一些場所的溢水監(jiān)測需求，利用GSM網(wǎng)絡(luò)的短信業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)水浸報(bào)警并采用一種算術(shù)平均值濾波的軟件數(shù)字濾波方法抑制電磁干擾。硬件設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)以MSP430單片機(jī)為控制器核心，以TC35模塊為短信無線收發(fā)器，并與水浸檢測模塊構(gòu)成了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。軟件設(shè)計(jì)中，單片機(jī)通過UART串口向TC35模塊配置AT指令來控制短信的接收與發(fā)送，采集水浸檢測模塊的電壓值并存儲(chǔ)到單片機(jī)寄存器中作為觸發(fā)報(bào)警的條件。實(shí)現(xiàn)了短信方式的水浸報(bào)警，控制系統(tǒng)的水浸靈敏度調(diào)節(jié)，添加或刪除用戶手機(jī)號(hào)碼，以及自定義報(bào)警提示內(nèi)容。系統(tǒng)滿足了溢水情況的短信報(bào)警需求，具有控制靈活、遠(yuǎn)程報(bào)警的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：GSM；水浸報(bào)警；MSP430；軟件濾波

0 引言
水浸報(bào)警系統(tǒng)多用在倉庫、圖書館、住宅等需要在有積水時(shí)報(bào)警的場所。如在待檢測的液體不同等一些特殊的應(yīng)用上，則需要有可調(diào)節(jié)靈敏度的報(bào)警系統(tǒng)；有的報(bào)警系統(tǒng)既要滿足現(xiàn)場報(bào)警又要滿足遠(yuǎn)程無線報(bào)警。
GSM(Global System for Mobile Communications)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用多集中在GSM手機(jī)通話和短信業(yè)務(wù)，短信息服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，能夠在移動(dòng)終端問發(fā)送和接收短消息，已得到越來越多的系統(tǒng)運(yùn)營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視?，F(xiàn)在越來越多的應(yīng)用產(chǎn)品縮短了人與物之間溝通的距離，對現(xiàn)場的感知能力得到了極大的延伸。無論信道是否擁塞，短信業(yè)務(wù)提供了穩(wěn)定的信息傳輸，因此保證了報(bào)警系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。
本文設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用于生物實(shí)驗(yàn)室的溶液溢出檢測，實(shí)驗(yàn)人員可以通過短信控制報(bào)警系統(tǒng)的啟動(dòng)與停用，配置濾波模式，添加新用戶以及自定義報(bào)警短信內(nèi)容。當(dāng)溶液溢出時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)送報(bào)警短信告知指定的實(shí)驗(yàn)人員。短信控制方式充分利用GSM網(wǎng)絡(luò)的便利從而節(jié)省了系統(tǒng)的硬件資源，滿足了實(shí)驗(yàn)室對于系統(tǒng)的低功耗、體積小等需求。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
報(bào)警系統(tǒng)如圖1所示，主要由單片機(jī)系統(tǒng)模塊，GSM模塊以及檢測模塊3部分組成。單片機(jī)采用TI公司的MSP430F5438；GSM模塊采用西門子公司的TC35；檢測模塊采用自制的電路板。

1．2 TC35模塊
TC35模塊是一款雙頻900 MHz／1 800 MHz的GSM網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器。TC35模塊與外部處理器之間用RS 232串口連接，可以實(shí)現(xiàn)在GSM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)的語音和數(shù)據(jù)的無線傳輸。TC35模塊的工作電壓在3．3～5．5 V之間，發(fā)射功率1～2 W。TC35處理器包含了全部GSM協(xié)議棧，以UART接口方式與終端設(shè)備通信。應(yīng)用TC35模塊開發(fā)的系統(tǒng)使用AT指令控制。
1．3 MSP430F5438單片機(jī)
MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器(TI)公司推出的16位超低功耗單片機(jī)，采用精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，電源電壓1．8～3．6 V供電。芯片內(nèi)集成了豐富的外設(shè)，如定時(shí)器、比較器、ADC和大量的接口單元，便于應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)。本文采用的MSP430F5438型號(hào)單片機(jī)，程序存儲(chǔ)空間256 KB，16 KB SRAM，工作于16 MHz外部時(shí)鐘，83個(gè)I／O，4個(gè)可配置USART以及16通道的12位ADC片內(nèi)外設(shè)。
1．4 浸水檢測模塊設(shè)計(jì)
將檢測模塊的兩根導(dǎo)線置于待檢測水浸的區(qū)域中，如圖2所示，點(diǎn)A與ADC的輸人端相連，導(dǎo)線在垂直方向的相對高度不同，可以檢測不同高度的水位進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)出現(xiàn)水浸時(shí)導(dǎo)線浸沒在水中形成通路導(dǎo)電，R2為水浸等效電阻。R1的選取應(yīng)遵循幾個(gè)原則：首先，保證R1的分壓要高于環(huán)境干擾電壓和ADC采樣精度。

實(shí)測自來水等效電阻R2為300 kΩ，ADC參考電壓2．5 V，采樣精度為0．6 mV，環(huán)境噪聲干擾大約10 mV，因此R2的分壓應(yīng)大于10 mV，可以得出R1的選取阻值應(yīng)大于400 Ω。其次，應(yīng)保證ADC輸入電阻不要太大。電阻R1／／R2越大，ADC采樣時(shí)間越長，采樣時(shí)間滿足：
tsample>(Rs+2 kΩ)ln213×40 pF+800 ns (1)
式中Rs為輸入電阻，當(dāng)R1等于100 kΩ時(shí)，tsample>36μs。