远程数据采集系统的设计与应用

吕江峰

【摘要】 文章研究了一种建立在GSM- SMS（短信服务技术）基础之上的远程数据采集系统，就该系统的设计方案及其应用要点进行了研究与探讨。本系统当中，远程设备状态参数在串口基础支持下发送至设备端GSM模块中，利用手机短信服务技术将其传输至短信服务中心，再转发至GSM中心机，通过串口数据为PC主机所接收，并实现对数据的全面分析与处理。相应的远程设备也能够接收PC主机所发送的信息，实现操作控制的目的。由于引入了SMS技术，使得整个远程数据采集系统具有结构简单、操作简便等方面的优势，未来可将其引入远程报警、远程抄表等系统当中，使其发挥相应的价值与功效。

【关键词】 远程数据采集 SMS技术 设计 应用

在全球移动通信系统（GSM）网络当中，基于GSMSMS（短信服务技术）的业务最为显著的特点在于：不需要建立端至端的通道。点对点短消息的传输模式表现为：基于任意表现形式字幕数字串，在数字控制信道的载体支持下实现传输。对于该传输模式而言，在空闲的通道作用之下，占用独立专用控制信道，所对应的信息传输速率满足782b/s的标准。而在通话状态下，占用慢速随路控制信道，所对应的信息传输速率满足383b/s的标准。在GSM-SMS支持下，为了避免时延较长的问题，或者是因数据争抢而造成的接入信道负荷过高问题，需要对短消息的最大帧长度进行灵活控制（通常建议采取的控制标准为140字节）。从这一角度上来说，无论语音通信或数据通信是否在运行状态下，均能够实现对传输协议数据单元（TPDU）短消息的发送、接受处理。更加关键的一点是：由于当前GSM网络已支持全球范围内的联网漫游功能，故而在数据采集中不需要再另行组间通信网络，数据传输即可满足实时性、动态性的要求。本文认为，将GSM-SMS作用于对远程数据采集系统的建设中意义重大，可行性高，技术难度低，稳定性强。故而针对该问题展开进一步分析。

一、基于GSM-SMS的远程数据采集系统整体方案

以PC端至远程设备为下行方向，以远程设备至PC端为上行方向，在GSM-SMS技术支持下，所对应的远程数据采集系统整体方案如下图所示（见图1）。

结合图1方案，在GSM-SMS技术支持下，整个远程数据采集系统主要构成模块包括四个方面：第一为PC主机，第二为GSM中心机，第三为远程设备，第四为设备端GSM模块。以上各个模块在远程数据采集系统中所负担的功能有一定差异，主要可以概括为以下几个方面：对于PC主机而言，其主要负责对所采集远程设备相关的状态参数进行分析与处理；对于GSM中心机而言，则是在PC主机的干预控制影响下实现对数据的接收与发送工作；对于远程设备而言，其主要作为状态参数的提供方，或者对PC主机端所发送的控制信息进行接收，并配合完成相关的操作指令；对于设备端GSM而言，则是在单片机的控制影响下，配合完成数据的接收与发送工作。

在这一整体方案作用之下，整个远程数据采集系统的上下行动作的实现流程可以概括为：

（1）从PC端至远程设备的下行动作角度上来说，PC中心机使用下行数据帧（数据帧当中含有设备端GSM模块所对应的代码）面向远程设备进行数据发送。在设备端GSM模块中，接受SM短信，继续按照下行数据帧格式传输数据至远程设备。在远程设备接收到所发送数据后，校验接收正确后发送ACK帧，GSM中心机负责对ACK帧的接收工作并应答，整个流程结束（若校验接收不正确则不作特殊处理。中心机在超过接受时限后自动进行数据帧重新发送工作，反复3次以上仍未成功则判断为通信失败，需重新自PC主机发送）。

（2）从远程设备至PC端的上行动作角度上来说，远程设备段使用上行数据帧（数据帧当中含有GSM中心机所对应的代码）面向远程设备进行数据发送。在GSM中心机中，接受SM短信，，继续按照上行数据帧格式传输数据至PC主机。在PC主机接收到所发送数据后，校验接收正确后发送ACK帧，设备端GSM模块负责对ACK帧的接收工作并应答，整个流程结束（若校验接收不正确则不作特殊处理。GSM模块在超过接受时限后自动进行数据帧重新发送工作，反复3次以上仍未成功则判断为通信失败，需重新自远程设备发送）。

二、设备端GSM模块设计

对于远程数据采集系统当中的设备端GSM模块而言，在硬件设计过程当中，基于系统控制技术，所涉及到的操作模块包括以下几个方面：其一为MCU工作模块，其二为电源电平转化模块。硬件设计中的主要要点可以概括为以下几个方面：

（1）从对MCU工作模块的设计角度上来说，CPU中央处理装置选择为89C51RV2，主要依据为：首先，该型号中央处理器装置实现了对1024字节外部储存器的集成处理；其次，为满足较为复杂的手机短信协议要求，往往需要涉及到大长度协议帧的保存与传输工作，相较于传统意义上的51单片机而言，本型号中央处理器能够通过对1024字节的支持，确保运行控制性能的稳定实现；再次，该型号中央处理器具备较快的指令运行速度性能优势，对于远程数据采集系统所要求的高传输速率而言，具有较强的适应性。同时，由于经由计算得出的通信波特率明显高于手机通信对于传输速率的要求，故而认为该工作模块性能稳定、可靠。

（2）从对电源以及电平转化模块的角度上来说，由于在GSM模块实际工作状态下会产生较大水平的峰值电流，且对于电源纹波质量有较高要求，故而要求供电模块所选择开关电源质量更高且稳定，由此避免GSM模块在运行期间出现供电电压失稳的问题。针对这一需求，选择供电开关电源为S-15-5型。对于RS232串口而言，正常运行状态下的工作电压取值标准为10.0V，可使用常规Max232满足电压转换的具体需求。引入在单片机控制技术下两片式的Max应用模式，其中一片与RS232相互连接，另一片则与微机控制器相互连接。根据这一基本思路，在2.5V手机数据电平转化为2.5MCU电平的过程当中，电路结构示意图如下图所示（见图2），而在2.5MCU电平转化为2.5V手机数据电平的过程当中，电路结构示意图如下图所示（见图3）。

（3）从软件设计的角度来说，在SMS技术支持下，最关键的设计问题在于如何基于对数据链路协议的应用，实现对命令控制短信的设计工作。考虑到手机数据接口的特殊性，部分手机可能不支持传统意义上的AT操作指令，此时就需要使用手机生产厂家所提供的以PC为基础的SDK开发包，或者是第三方控件。在此基础之上，标准AT命令功能有效，实际使用中存在一定的局限性，用户使用不够方便。从这一角度上来说，建议在远程数据采集系统设计中根据数据链路协议设计针对性的命令控制短信。进一步分析认为：在MBUS以及FBUS这两种常见的总线技术下，使用较为广泛的为基于FBUS的总线帧格式。在这一格式下，为了方便设备端GSM模块与远程设备的通信，需要建立在SMS通信协议的基础之上，制定两者通信的数据帧格式。具体标准如下表所示（见表1）。

表1：数据帧格式对应数据示意表

三、结束语

文章总结了一种建立在GSM-SMS（短信服务技术）基础之上的远程数据采集系统设计方案，同时就该系统中设备端GSM模块的硬软件设计要点进行了探讨分析，认为该模块能够可靠接收PC上行数据，或实现对上行数据的发送以及下行数据的传输工作。整个远程数据采集系统运行质量良好、可靠、且稳定，能够进一步在远程报警、远程抄表等系统当中加以应用，值得各方人员引起关注与重视。

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