基于GSM的嵌入式无线远程监控系统设计

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。

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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

［１］刘举平,余为清．基于GSM技术的智能家居远程控制器设计[J]．嵌入式系统应用,2010,26(4):45-46.

［２］何慧芸,马启明,黄启俊,等．智能气象站传感器系统的ZigBee无线网络设计[J]．电子测量技术,2012,35(6):118-121.

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［４］张倩倩,章亦葵,潘勇,等．一种多协议融合的物联网节点设计[J]．电子测量技术,2011,34(8):85-87

［５］刘尊亚.具有GSM短信功能的测温系统设计[D].中北大学,2013

［６］李云霞.基于GSM的火灾报警系统[D].山东大学,2013.

［责任编辑：邓丽丽］