引言

近年來，基于公共網(wǎng)絡的通信手段在工業(yè)遠程監(jiān)控中得到了廣泛應用。這些遠程通信手段包括公共電話網(wǎng)、Internet網(wǎng)絡及無線網(wǎng)絡等。無線通信網(wǎng)絡不需要傳輸線，可以在覆蓋范圍內的任何地點進行通信，顯然，這些優(yōu)點是有線網(wǎng)絡難以比擬的。

GSM(全球移動通信系統(tǒng))網(wǎng)絡是目前國內覆蓋范圍最廣、應用最普遍的無線通信網(wǎng)絡。因此，在構架遠程傳輸系統(tǒng)時，完全可以利用現(xiàn)有的GSM無線網(wǎng)絡，而沒有必要重新建設基站。

目前利用SMS(短消息業(yè)務)進行遠程監(jiān)控的應用很多，例如電力遠程抄表系統(tǒng)、遠程水文監(jiān)控系統(tǒng)、直放站遠程監(jiān)控系統(tǒng)、遠程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、遠程配電監(jiān)測系統(tǒng)以及其他遠程信息查詢系統(tǒng)。SMS適合傳送數(shù)據(jù)流量較少的場合，而UPS(不間斷電源)的狀態(tài)信息和故障信息數(shù)據(jù)量較少，用SMS傳送非常合適。

本文介紹的遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要用于監(jiān)控UPS，由于UPS出現(xiàn)故障的情況比較少，若每臺UPS都配備值班人員，顯然浪費人力、物力、財力；若放之不管，一旦出現(xiàn)問題，得不到及時處理，就可能造成嚴重的后果。利用現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡，只要在監(jiān)控中心配備一名值班人員，就可以對所有的UPS進行監(jiān)控，不但能夠在任何時刻查詢UPS的狀態(tài)信息，還能夠及時得到UPS的故障信息，節(jié)省了人力、物力、財力。

1 系統(tǒng)組成原理和系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

1.1 系統(tǒng)組成原理

該系統(tǒng)由監(jiān)控中心、值班人員和遠程監(jiān)控點組成。監(jiān)控中心由PC機和GSM通信模塊組成，監(jiān)控中心只需要1個。遠程監(jiān)控點由監(jiān)控對象和監(jiān)控模塊組成，UPS是監(jiān)控對象，本系統(tǒng)測試使用超過10個的監(jiān)控對象。監(jiān)控模塊由GSM通信模塊和單片機組成，每個監(jiān)控對象都需要一個監(jiān)控模塊。系統(tǒng)原理圖見圖1。

1.2 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

監(jiān)控中心主要有4個功能：

a ) 對監(jiān)控模塊進行遠程設置，如設置監(jiān)控模塊返回數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心的SIM卡號碼；

b) 發(fā)送命令遠程查詢UPS的各種信息，并接收返回的數(shù)據(jù)；

c) 自動接收遠程監(jiān)控點返回的報警信息；

d) 存儲UPS的狀態(tài)信息和報警信息。

值班人員的作用是：在UPS發(fā)生故障時，監(jiān)控模塊除了將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，還會把數(shù)據(jù)信息發(fā)送給值班人員，值班人員可以及時趕赴現(xiàn)場，對UPS進行維修，把損失降到最小。

遠程監(jiān)控點的2個功能是：

a) 接收監(jiān)控中心發(fā)送的查詢命令并查詢UPS，然后把UPS返回的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心；

b) 空閑的時間不斷查詢UPS的工作狀態(tài)，以判斷是否發(fā)生故障，如果發(fā)生故障，則把故障信息發(fā)送給監(jiān)控中心和值班人員。

1.3 GSM通信模塊

目前，許多GSM通信設備廠商都生產(chǎn)GSM通信模塊，如Wavecom公司的WM02系列和兩門子公司的TC35系列，這些模塊的功能、用法基本都相同。本系統(tǒng)在前期開發(fā)時使用Wavecom公司的Wismo2c模塊，后期投入使用時使用西門子公司的TC35I模塊。這2種模塊都是符合E-GSM900／GSM1800(或E-GSM900／GSM1900)標準的第2代無線雙頻通信模塊，并且符合GSM 07.07與07.05的AT控制命令。

2.2 監(jiān)控中心的軟件設計

2.2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸Y構

數(shù)據(jù)傳輸需要遵循一定的協(xié)議，也就是要規(guī)定通信的幀結構。本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)幀結構有以下兩類：

a) 監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)給遠程監(jiān)控點的數(shù)據(jù)幀結構，如圖3所示。其中：命令類型是用來區(qū)分發(fā)送給遠程監(jiān)控點的命令是設置命令還是查詢命令，如果是設置命令，開始字和校驗字就不是必須的。

b) 遠程監(jiān)控點發(fā)送數(shù)據(jù)給監(jiān)控中心和值班人員的數(shù)據(jù)幀結構，如圖4所示。其中：返回的數(shù)據(jù)類型有3種：第1種是返回查詢的狀態(tài)信息；第2種是返回設置命令的確認信息，沒有開始字和校驗字；第3種是返回報警信息，如果是報警信息，則把數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的同時，還將發(fā)送給值班人員。

2.2.2 監(jiān)控中心的程序設計

在本系統(tǒng)中，監(jiān)控中心采用VB語言進行編程，PC機與GSM通信模塊之間通過AT指令進行通信。圖5是監(jiān)控中心程序流程圖。

主程序通過按鈕選擇分成初始化設置子程序、發(fā)送查詢命令子程序、接收數(shù)據(jù)子程序和修改用戶信息子程序4個部分。

初始化設置子程序首先通過串口發(fā)送AT指令對監(jiān)控中心的GSM通信模塊初始化，其次對遠程監(jiān)控點初始化。初始化遠程監(jiān)控點命令發(fā)送后，程序會自動轉向接收數(shù)據(jù)子程序模塊，等待接收確認信息，如果確認信息是錯誤的，則可重新發(fā)送初始化命令。對遠程監(jiān)控點的設置只要一次，不必每次運行軟件都設置。

發(fā)送查詢命令子程序根據(jù)UPS的類型分成查詢單進單出UPS子程序、查詢三進單出UPS子程序和查詢三進三出UPS子程序3部分。主要功能是發(fā)送查詢命令給遠程監(jiān)控點，以獲取需要的狀態(tài)信息。同樣，發(fā)送命令后，轉向接收數(shù)據(jù)子程序，等待數(shù)據(jù)返回。

接收數(shù)據(jù)子程序主要用于接收遠程監(jiān)控點返回的數(shù)據(jù)。UPS可能隨時發(fā)生故障，因此，在不進行其他操作的情況下，接收數(shù)據(jù)子程序總是運行的，這樣可及時得到遠程監(jiān)控點返回的報警信息。接收數(shù)據(jù)子程序會把接收到的有用信息存進數(shù)據(jù)庫，作為歷史記錄。

修改用戶信息子程序主要用來設置打開此軟件的用戶名和密碼，防止不法人員登錄進行破壞性操作。

由于每臺UPS都配備一張SIM卡，因此本系統(tǒng)通過SIM卡來識別UPS。在此系統(tǒng)中，事先把SIM卡號碼存進數(shù)據(jù)庫，通過循環(huán)的方式可以同時對多臺UPS進行設置和發(fā)送查詢命令，給管理帶來極大的方便。本系統(tǒng)采用單字節(jié)讀取串口緩沖區(qū)，如果短消息到來而系統(tǒng)又在發(fā)送數(shù)據(jù)，則先把短消息編號存進數(shù)組，等空閑之時再根據(jù)短消息編號自動去讀取短消息，從而實現(xiàn)群發(fā)群收的功能。由于SIM卡存儲的短消息數(shù)量有限，因此數(shù)據(jù)一旦存進數(shù)據(jù)庫，程序就自動發(fā)送命令把SIM卡上的短消息刪除。

3 遠程監(jiān)控點的系統(tǒng)設計

3.1 遠程監(jiān)控點的硬件設計

遠程監(jiān)控點主要由GSM通信模塊、單片機和UPS組成。單片機主要有兩個功能：一是控制GSM通信模塊收發(fā)短消息；二是查詢UPS的工作狀態(tài)。由于單片機傳輸?shù)氖荰TL電平，而GSM通信模塊和UPS傳輸?shù)氖荝S-232電平，因此在單片機與GSM通信模塊之間、單片機與UPS之間用芯片MAX232進行電平轉換。硬件原理圖如圖6所示。

從圖6可以看出，這個系統(tǒng)中要用到兩個串口，而AT89S52只有1個串口，如何解決呢?在本系統(tǒng)中用P3.2，P3.3來模擬串口的功能，從而解決問題。

由于單片機窄閑時就要查詢UPS是否有故障，因此必須存儲用來查詢UPS工作狀態(tài)的命令。不同類型的UPS有不同的命令，若把這些命令存儲在程序存儲器中，不同型號的UPS就要用不同的監(jiān)控模塊，這樣就降低了監(jiān)控模塊的通用性。在本系統(tǒng)中用了一塊AT24C04型E2PROM，只要監(jiān)控中心把查詢UPS工作狀態(tài)的命令發(fā)過來，遠程監(jiān)控點就把這些命令存入AT24C04。這樣，單片機就可從AT24C04中取出這些命令去查詢UPS，也就是說，監(jiān)控模塊可以用于不同型號的UPS。至于監(jiān)控模塊用于監(jiān)控何種UPS，只要通過監(jiān)控中心設置就行，顯然這種方案提高了通用性。

單片機與AT24C04通過I2C通信。AT24C04除了存放查詢UPS工作狀態(tài)的命令外，還用來存儲監(jiān)控中心和值班人員的SIM卡號碼。

3.2 遠程監(jiān)控點的軟件設計

遠程監(jiān)控點主要是單片機編程，采用匯編語言。匯編語言具有速度快、效率高等優(yōu)點，可以提高系統(tǒng)的響應速度。本系統(tǒng)編程較復雜。

程序運行后，首先對GSM通信模塊進行初始化，接著判斷AT24C04中是否已經(jīng)存儲了監(jiān)控中心的電話號碼和用來查詢UPS工作狀態(tài)的命令。如果已經(jīng)存儲了，則把這些信息讀取出來，如果還沒有這些信息，則不作操作，等待監(jiān)控中心發(fā)送命令設置。

監(jiān)控中心任何時刻都可能給遠程監(jiān)控點發(fā)送命令，顯然用查詢的辦法來判斷短消息是否到來很浪費資源，因此，本系統(tǒng)采用中斷的方式，即有短消息到來時就發(fā)生中斷，并設置標志位。因此，在初始化后進入主循環(huán)，首先通過標志位來判斷是否有新的短消息到來。如果有新的短消息，則通過瀆取短消息頭來判斷短消息類型；如果足設置類短消息，則做相應的設置，并發(fā)送確認信息給監(jiān)控中心，然后返回主程序；如果是監(jiān)控中心發(fā)來的查詢命令，則查詢UPS狀態(tài)，并把UPS返回的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心，然后返叫主程序。

大部分時間，監(jiān)控中心不會發(fā)送命令過來，這時就不需要處理新的短消息，而轉去查詢UPS的工作狀態(tài)。如果UPS沒有發(fā)生故障，則返回的數(shù)據(jù)是正常的，這時單片機不做任何操作，返回主程序。如果UPS發(fā)生故障，單片機就控制GSM通信模塊，把故障信息發(fā)送給值班人員和監(jiān)控中心，這樣值班人員就可以及時到現(xiàn)場對UPS進行維修，把損失降到最低，而監(jiān)控中心把所有的故障信息和狀態(tài)信息都存人數(shù)據(jù)庫。

4 結束語

現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡技術成熟、運行穩(wěn)定、覆蓋面廣。對于數(shù)據(jù)流量不大、監(jiān)控點分散的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用GSM網(wǎng)絡的SMS來傳送數(shù)據(jù)，具有永遠在線、不需撥號、價格便宜等優(yōu)勢，可以大大地節(jié)省人力、物力和財力。本系統(tǒng)只要通過適當?shù)男薷木涂梢杂糜谄渌h程監(jiān)控系統(tǒng)，具有一定的推廣價值。