基于GSM的无线监控研究

先文俊 高山

摘 要：随着时代的发展，企业和部门进行管理也越发注重效率。远程监控系统的出现正好迎合了时代的发展。远程通信模块是该系统的重要组成部分。随着通信技术的高速发展，GSM网络技术取得了巨大的突破，监控领域也渐渐有了GSM的身影，有人监守的传统工作逐渐被电子信息监控系统所代替。文章将GMS的短信方式引入监控领域，采用短信平台进行数据之间的传输，因为这种方式具有配置简单、传输速度快、实时性高、成本低等诸多优点。

关键词：GSM；监控；实时性高

1 研究背景

在1986年的欧洲，有11个国家对GSM模块进行了大量的研究，最终完成GSM的技术规范[1]。窄带时分多址、规则脉冲激励线性预测语音编码和高速滤波最小移频键控调制方式等规范就是当时提出来的[2]。GSM系统在众多国家支持下开始了运行，数字移动通信从此迈入了第二代的发展。随着发展，GSM系统经过多代技术人员不断地修改完善。在此之间尽管有其他的二代数字系统被开发和投入使用，但是相比于GSM系统，它们的规范不够完整，技术也不公开，导致它们很难在全球铺展开。GSM系统诸多优点导致它迅速在全球占领了市场，用户人数直线上升。

单片机在1970年开始出现，大量的人员进入该领域研究，大大加快了嵌入式的发展。随着电子工艺水平的提升，设计者开始把嵌入式的外设如RAM，ROM等集成到一个VLSL中，正是设计人员现在所看见高度集成微控处理器的前身。由于对其进行了集成开發，让单片机拥有了更小的体积和更高的性能，一举成了嵌入式系统的一个新秀。正是嵌入式软件和硬件共同发展将系统进一步完善，在诸多控制领域中出现了它的身影。

随着GSM的普及和各种各样的低功耗嵌入式的CUP的出现，因为兼容性和扩展性非常好，加上内核精巧，工作效率高，就有人开始将他们两个进行共同开发，用于一些无线远程监控。例如，M.Alrousan等在2004年提出了基于GSM模块的用于城市车辆管理在线管理的系统；M.Ahmad等在2005年采用GSM网络完成了对船只的实时安全监控系统[3]。

2 系统硬件组成及工作原理

本次设计硬件主要包括：STM32单片机、GSM模块、Flash存储。工作原理硬件板的GSM模块可从一块GSM模块发过来的数据，通过GSM的串口把数据传给STM32这款单片机，存入Flash，然后通过STM32的串口把数据发给上位机的监控平台。同样上位机也可以设置监控模块的相关参数，通过STM32再到GSM模块进行传输。

根据这次设计的要求，主要系统架构如图1所示。本次系统主要包括STM32微控处理器、FLASH芯片、GSM模块和监控平台。每个部分的功能如下：（1）主控芯片是STM32，主要的功能是负责控制GSM模块发送数据和对接收的数据进行处理、分析，传输给监控平台。STM32和GSM模块、监控平台是通过串口进行数据交互的。（2）GSM模块的主要作用是和另一个监控前端的GSM进行数据传输，实现远程监控。（3）FLASH模块主要实现对GSM模块传输的数据通过STM32解析后进行存储。（4）监控平台主要实现的功能是显示监控模块的信息，设置监控模块的相关参数，通过STM32主控芯片的串口进行通信。

3 软件组成

此次软件的设计主要包括上位机设计和下位机设计两部分。其中下位机的软件设计主要包括：STM32单片机的下位机软件设计，上位机的软件设计是PC端的软件设计。

3.1 下位机设计

GSM的串口跟STM32单片机的串口是连接在一起的，所对GSM模块进行控制是通过单片机的串口发送AT指令。所以首先设计人员要对单片机的串口进行初始化，把波特率设置成9 600 bps。

本次设计中，设计人员只是对模块一些基本数据进行传输测试，所以设计人员发送的短信是英文短信。短信的发送最少需要5个步骤，如图2所示。

（1）首先设计人员要对数据传输的字符格式进行设置，设计人员发送英文短信，所以设计人员只用发送调用Send_ String（“AT+CSCS=＼”GSM＼”＼r＼n”）。

（2）然后需要对设计人员短信消息进行设置。设计人员这次使用的文本模式是文本还是PUD模式，所以调用Send_ String（“AT+CMGF=1＼r＼n”）。

（3）设计人员要确定给谁发送这个短信，就需要设置发送的电话号码，所以调用Send_String（Send_Num），其中的Send_Num是电话号码，是个全局变量。

（4）在设定完发送的电话号码以后，最重要的步骤就是该输入设计人员发送的内容调用Send_String（message），其中message这个为发送信息的内容，又以函数参数message传递进来。

（5）完成所有准备步骤后把短信发送出去，调用Send_ Char（0x1a）。

GSM模块收到短信数据以后，就需要对GSM的短信进行读取。读取短信需要以下两个步骤，如图3所示。

（1）接下来设置消息提醒模式，因为不进行设置话，就不知道设计人员的短信存储的位置，发送Send_ String（“AT+CNMI=2，1＼r＼n”），当有信息的时候，短信存储位置会返回串口，Pos_Buff= strstr（R_BUFF，”，”）这个函数把存储位置读出来。

（2）sprintf（test6，”AT+CMGR=%s”，Pos_Buff+1）和Send_String（test6）的调用可以读取短信。需要注意的地方：首先SIM的存储空间是有限的，所以当设计人员SIM卡存满以后就不会返回信息存储的位置了，所以设计人员需要对短信进行定时删除。设计人员可以发送相关的指令查询一下设计人员的SIM的存储空间的大小，以便设计人员对短信进行管理。

（3）strstr（GSM_buff，Number）和strstr（Postion1，”＼ r＼n”）这两个函数把短信内容读取出来。3.2 上位机设计

本次设计中，可选择了C++语言作为开发语言，还用到了MFC，极大地加快了开发速度。MFC是微软公司开发的一种库，主要是对Windows API函数进行封装。所以MFC实质是C++的一个对象，一个实例。MFC让上位机开发更加容易，上手快，开发周期短。当然，MFC也有缺点，正是因为MFC对windows API函数进行了封装，导致了代码冗余，框架死板，程序移植性相对较差。

本次监控平台涉及跟STM32进行串口通信，所以两个模块需要定义一些简单的协议。首先给上位机发送数据时候的格式，发送的每个数据用空格进行间隔，当收到’＼n’的时候表示数据结束。当数据传送结束后，会把bReadStat置位，表示接收结束。那么上位机就会对数据进行解析。本次设计中还设计了很多控件，每个控件代表这一个监控量的设置。所以每个监控量在发送之前就会给一个字母进行标志，当下位机收到数据之后根据标志判断是哪一个监控量，比如“L”代表电话号码的设置。PC端的上位机控件发出事件信号，当单片机收到信号后进行分析处理，向GSM模块发送处理信号。当STM32接收到GSM的数据时，通过RS232串口发送给上位机。流程如图4—5所示。

4 结语

目前，基于GSM模块的远程监控系统应用前景十分广阔。GSM模块很容易建立无线网络，低成本、高速率传输，是设计人员研究GSM模块的目的和动力。基于GSM模块的远程监控系统对被监控模块实时监控，减少人工成本。正好可以弥补人工监控迫切需要，有利于企业的健康成长，扩大企业规模。另外，由于GSM模块小巧灵活，受周围环境影响较小，可以适用于多种非极限场合和狭小空间环境下的监控。无线传输的方式，避免了人工监控带来的误差，同时也降低了成本，节省人力财力。还有一大优点就是监控的模块随时加入或退出网络，不需要人为管理，这也节省了人力财力。

基于GSM模块的远程监控系统的众多优点使其在市场上十分具有竞争力，随着GSM技术的发展，基于GSM的远程监控系统必将日趋成熟。

[参考文献]

[1]侯志华.基于现代信息技术的车载终端系统研究[D].西安：长安大学，2012.

[2]陈一帅.GSM语音加密研究[D].北京：北京交通大学，2001.

[3]高建涛.我国移动通信的发展概述[J].中国新通信，2015（5）：5-9.

（编辑 王永超）

Research on wireless monitoring based on GSM

Xian Wenjun， Gao Shan

（Xinjin Branch of Civil Aviation Flight College of China， Chengdu 611430， China）

Abstract：With the development of the times， enterprises and departments to manage more and more focus on efficiency， then the emergence of remote monitoring system just to meet the development of the times， which is an important part of the remote communication module. With the rapid development of communication technology， GSM network technology has made a huge breakthrough in the field of monitoring has gradually been with the GSM figure， some people keep the traditional work of electronic information monitoring system is gradually replaced.This design will GMS SMS into the field of monitoring， the use of SMS platform for data transmission between， because the configuration is simple， fast transmission speed， high real-time， low cost and many other advantages.

Key words：GSM； monitoring； real time high

基金項目：中国民用航空飞行学院青年基金项目；项目编号：QJ2021-169。