基于TC35I的GSM無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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1 基于GSM的無線通信方案
基于TC35I的GSM無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為一個(gè)多點(diǎn)到一點(diǎn)的遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)通信和控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由多個(gè)數(shù)據(jù)采集終端和單個(gè)監(jiān)控中心組成，其數(shù)據(jù)監(jiān)控中心由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫和通信接口組成，主要負(fù)責(zé)各種信息和數(shù)據(jù)的收發(fā)和處理、整理工作：一方面接收各個(gè)數(shù)據(jù)采集終端上傳的信息和數(shù)據(jù)，并根據(jù)具體要求把它們放入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫；另一方面對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送相應(yīng)的控制信息，從而達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行控制的目的。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 終端數(shù)據(jù)采集部分設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集模塊最主要的功能就是將傳感器所采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理并等待發(fā)送。設(shè)計(jì)中為了使數(shù)據(jù)采集終端占用盡可能少的空間,采用了SoC單片機(jī)C8051F040。C8051F040單片機(jī)是由Silicon Lab公司生產(chǎn)的完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU，具有一個(gè)8位帶PGA和8通道采樣率500 kS/s的ADC和一個(gè)12位帶PGA和8通道采樣率100 kS/s的ADC[3]，本終端的數(shù)據(jù)采集部分即采用采樣率為500 kS/s的8通道C8051F040片上ADC和前置調(diào)理電路來實(shí)現(xiàn)。
2.2 GSM通信部分設(shè)計(jì)
2.2.1 GSM引擎模塊
系統(tǒng)中采用的GSM引擎模塊采用德國西門子公司的一款GSM模塊CT35I[4]，CT35I支持雙頻900 MHz和1 800 MHz，支持語音、數(shù)據(jù)、短消息和傳真服務(wù)，低功耗，是一款高度集成的GSM模塊。它為遠(yuǎn)程測(cè)量與監(jiān)控提供了一個(gè)理想的解決方案。
GSM引擎模塊TC35I提供的命令接口符合GSM 07.05和GSM 07.07規(guī)范。GSM 07.07中定義的AT指令接口提供了一種移動(dòng)平臺(tái)(MS)與數(shù)據(jù)終端(DTE)之間的通用接口，GSM 07.05對(duì)短信消息作了詳細(xì)的規(guī)定[5]。在TC35I模塊收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的短消息時(shí),能夠通過串口發(fā)送指示消息通知微處理器，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控終端可以向TC35I模塊傳送各種命令消息達(dá)到控制數(shù)據(jù)采集終端的目的。
2.2.2 GSM數(shù)據(jù)通信模塊
數(shù)據(jù)通信模塊主要功能：在監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)GSM模塊TC35I與PC機(jī)的通信；在數(shù)據(jù)采集終端，實(shí)現(xiàn)GSM模塊TC35I與微處理器C8051F040的通信。串行接口是控制單元(PC機(jī)或微處理器C8051F040)與TC35I模塊進(jìn)行連接的通道，同樣是利用AT指令控制TC35I模塊及進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵所在。
在監(jiān)控中心，以計(jì)算機(jī)為控制單元，配合MAX232接口芯片與TC35I進(jìn)行通信。在數(shù)據(jù)采集終端，以單片機(jī)C8051F040為控制單元可以直接與TC35I進(jìn)行通信。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本節(jié)主要闡述GSM功能模塊的AT指令編程、PDU短信格式和采集終端的軟件設(shè)計(jì)，而監(jiān)控中心的軟件采用VC2005編寫，在此不予闡述。本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)終端為了保證實(shí)時(shí)性采用了開源的μC/OSII實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，終端的軟件設(shè)計(jì)主要是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的任務(wù)設(shè)計(jì)。
3.1 GSM功能模塊的AT指令編程
在ESTI(歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))定制的SMS/GPRS規(guī)范中，與短信消息收發(fā)有關(guān)的規(guī)范主要包括GSM 03.38、GSM 03.34和GSM 07.05。前兩者著重描述SMS的技術(shù)實(shí)現(xiàn)(含編碼方式)，后者則規(guī)定了SMS的DTE-DCE接口標(biāo)準(zhǔn)(AT指令集)[4]。TC35I模塊是采用AT指令集進(jìn)行控制的，采用AT指令對(duì)其進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，在GSM 07.05和GSM 07.07標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)一些標(biāo)準(zhǔn)的AT指令作了詳細(xì)的規(guī)定。
對(duì)TC35I的初始化的AT指令流程順序?yàn)椋哼M(jìn)行AT指令測(cè)試、設(shè)定通信波特率、禁止TC35I指令回寫(防止通信混亂)、設(shè)定PDU格式、設(shè)定模塊工作方式。其對(duì)應(yīng)的具體指令形式如表1所示。其中AT指令以ASCII碼形式給出。
3.2 PDU短信格式
短消息的發(fā)送可以采取兩種數(shù)據(jù)格式：文本格式和PDU格式。使用文本格式，應(yīng)用程序需要一套預(yù)置編碼選項(xiàng)，而且應(yīng)用效果不好。如果使用PDU格式，則支持任何編碼。本系統(tǒng)采用PDU格式短信。PDU的發(fā)送協(xié)議格式如表2所示。
評(píng)論