一种基于GSM网络的远程控制系统

丁瑜

（中国移动通信集团广东有限公司，广东 广州 510623）

一种基于GSM网络的远程控制系统

丁瑜

（中国移动通信集团广东有限公司，广东 广州 510623）

本文提出了一种基于GSM网络的远程控制系统，描述了该系统的总体设计、核心控制单元的设计以及SP服务器软件设计，该系统能基于移动通信网络的覆盖，批量地对分散在偏远地区的设备进行远程控制，具有较高的实际应用价值。

GSM网络应用；远程监控；TC35i

1．引言

日益发展的移动通信技术正在不断地为生产、生活创造价值。在现今的生产、生活中，常常需要对一些设备进行远程控制，其中包括以下一些特殊的情况：第一，被管理的设备数量较多；第二，设备的开、关较频繁，例如每个四、五个小时就要开/关一次；第三，不仅需要对设备进行开/关控制，还要对设备进行监测，发现异常情况需要及时报告。对于这样的情况，使用远程控制来实现将会比通过人工进行现场控制具有更高的可行性，也能大大节约成本。然而，如果设备比较分散，或者设备放置在较为偏远的地区，那么通过配置有线控制网络来对设备进行控制的难度就会大大增加。使用无线网络，特别是使用成熟的移动通信网络成为了最佳的选择。目前，3G、4G通信技术正在为人们的生活带来更丰富的内容，然而，3G、4G移动通信技术适合用于大流量、高带宽的应用需求，对于上述远程控制的情况，因为需要传递的参数变量数据较少，完全可以基于2G的GSM技术来解决。本文正是提出这样的一个基于GSM网络的解决方案。

2．系统整体设计

本文基于GSM网络设计远程控制系统，其基本组成如图1所示。

图1 系统总体设计

对于上图的解释如下：

(1)系统的控制对象为n台设备，每台设备旁边设置一个控制单元，控制单元能够以短信的形式与GSM网络相连并实现双工通信。

(2)系统的后台为一台SP（service point，应用服务提供商）服务器，服务器负责对被控设备实施控制、监测。

(3)管理员通过手机与SP服务器进行通信，一方面通过固定的数据格式对控制参数进行远程设置，另一方面可以接收从SP服务器方面发送过来的“正常”或者“异常”信息。

(4)GSM网络是整个系统的核心，实现了管理员、服务器、设备之间的信息传递。

图中，通信网络、被控设备、管理员手机等都是现成的，而“控制单元”的软硬件以及SP服务器的软件部分都需要进行开发，下面我们将对这两个问题进行说明。

3．控制单元的开发

控制单元实现了被控设备与服务器之间的无线通信，使得设备具备了远程控制的功能。控制单元设计是本系统开发的主要内容之一，如图2所示。

图2 控制单元设计

以下是控制单元设计工作的要点：

3．1主控模块

控制单元由一片ATmega8单片机作为主控模块，选择这一型号的单片机芯片作为主控模块基于以下考虑：

第一，ATmega8自带串行通信接口，能够方便地与GSM模块进行通信；

第二，ATmega8带有6个ADC（数/模转换）通道，便于对被控设备的电压、电流等信息进行监控；

第三，ATmega8功耗较低；

第四，ATmega8价格低廉。

3．2 GSM通信模块

控制单元采用西门子公司的TC35i作为GSM通信模块，这一模块用在本系统中具有以下良好的特性：

第一，TC35i是一个工业级GSM模块，支持Text和PDU格式的SMS，在本系统中负责接收服务器发过来的控制指令以及将设备的状态信息传送给服务器；

第二，电源范围为3．3V～4．8V，具有较宽的输入电压范围；

第三，支持串行数据接口，可选波特率为300～115kbps，可通过AT命令双向传输指令和数据，可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复；

第四，待机功耗低，休眠状态下工作电流为3．5mA，空闲状态为25mA。

3．3 开关控制模块

从单片机发出的开/关控制指令要转化为实际对设备的开、关动作，需要通过开关控制模块，主要依靠三极管放大电路及继电器来实现。在设计开关控制模块时需要注意以下两个问题：

第一，根据设备的功耗选择继电器等器件。例如：如果被控设备是一个3kW的灯箱，则一般选用20A的交流继电器对其进行控制。

第二，注意隔离问题。因为被控设备一般是220V或者380V的强电系统，而控制单元大部分为5V的弱电系统，如果在开关控制模块设计时不注意进行隔离，将有可能会损坏弱电控制系统。

3．4 采样监测模块

在实际工作中，当主控模块发出“开”或者“关”的指令后，还需要知道设备是否按照预想被开启或者关闭掉。然而，许多的被控设备并不具备智能控制系统，无法主动告知“控制单元”设备当前的开/关状态。此时，需要控制单元主动地去获知设备状态，因而需要设计采样监测模块。

采样监测模块是对设备的输入电压、工作电流进行采集，通过判断设备当前的功耗来判断设备是否处于正常工作状态。由于ATmega8单片机自带ADC（数/模转换）通道，因此在设计采样监测模块的时候不需要额外配置数模转换器。典型的电流采样电路是基于霍尔传感器的，这是利用霍尔效应原理来检测电流的一种电子元件，可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的交流电。

一般地，设备工作异常包括两种情况：其一，设备的工作状态与设想的不一致，例如在对设备进行“关”操作以后，设备的功耗仍然为开机状态；其二，设备的功耗过大，超出了正常功率值。以上两种情况下，控制单元均应及时发现，并通过GSM网络将信息传送给服务器。

3．5 电源模块

控制单元的电源模块主要包括“隔离AC/DC模块”以及“备用电池”两个部分。其中，隔离AC/DC模块主要负责将电网中的交流电整流为直流电，供控制单元使用，同时可以根据需要，向备用电池进行充电。

另外，在许多情况下，控制单元与被控设备是配置在一起的，当被控设备被关闭后，交流电源也将被切断，此时备用电池负责维持控制单元的工作，以便TC35i能随时接收到来自于服务器的控制指令。在对备用电池进行选型时务必要根据控制单元在被控设备关闭后的功耗来计算，即电池的容量必须能维持到设备下一次被开启的时候为止。

4．SP服务器软件设计

SP服务器一般可以是一台基于PC架构的、连接到Internet的、24小时不间断工作的电脑，负责处理管理员的控制指令或者来自于控制单元的状态信息。

图3为一个典型的SP服务器软件的程序流程图。从图中可见，在被控设备处于正常状态的前提下，SP服务器可以根据管理员通过GSM网络发送过来的指令，选择“即时”开/关操作或者“定时”开/关操作。而在设备执行完开/关操作以后，SP服务器软件将接收由控制单元通过GSM网络发送过来的设备状态短信。将会存在三种可能：

图3 典型的SP服务器软件流程图

(1)设备正确执行了控制单元的控制操作，控制单元通过短信向SP服务器报告设备处于正常开/关状态，服务器据此向管理员发送“正常”的报告短信。

(2)控制单元操作正常，但设备存在故障，没有执行控制单元的操作，控制单元发现故障后通过短信向SP服务器报告设备处于“异常”状态。

(3)因为控制单元不能正常工作或者网络连接出现问题，导致SP服务器收不到从控制单元发送过来的短信报告，则经过一段时间的等待以后，SP服务器向管理员发送“异常”状态的信息。

5．应用案例讨论

以上简要介绍了一种基于GSM网络的远程控制系统。这样的系统中在实际生产、生活中有着许多潜在的应用。以下是两个可能的应用案例。

其一，在城市里分散着有许多大型的广告牌，每个广告牌在夜间通常都需要使用几千瓦的灯光进行照明。以往这些灯光的控制都是简单地由一个定时控制器来实现的，然而利用定时器控制的缺点是部分灯光可能因为继电器损坏或者灯管烧坏而没有亮起来。通过人工巡查的方法可以避免这种情况的发生，然而人工巡查需要耗费较多的人力，而且对于那些分散在偏远地区的大型灯光设备而言则鞭长莫及。本文所描述的系统将有效地解决这一问题。

其二，对于鱼塘养殖业而言，需要每隔若干小时需要开启气泵为鱼塘加氧，以往多采用定时器进行自动控制，但如果加氧泵失灵则会造成大量鱼苗死亡，损失严重。利用本文所描述的系统也将有助于这一问题的解决。

[1]张晓明，公茂法，吕晨 等．基于 C8051F360+TC35i+ ATT7022B的变压器综合监控报警系统设计[J]．电力自动化设备，2011，31(9)：139-143．

[2]胡永光，李萍萍，司永胜等．茶园天气信息采集与无线发送装置设计[J]．农业机械学报．2009，40(S1)：124-128．

[3]梁庚，李文．基于分布式OPC、组件连接件和Web Service的电站远程监控系统设计[J]．电力自动化设备．2011，31(10)：135-138．

[4]SiemensAG．TC35i hardware interface description[EB/OL]．http：∥www．siemens．com．cn．

ARemote Control System Based on GSM Network

Ding Yu
（China Mobile Group Guangdong Company Limited，Guangzhou 510623,Guangdong）

Based on the GSM network,a remote control system is proposed.The whole structure of the system is firstly described.Development of core control unit and design of the SP server software are then discussed in great detail.The system is capable of controlling devices distributed in remote areas with mobile communication network coverage,which is quite valuable of practicality.

application of the GSM network；remote control；TC35i

丁瑜，女，广东兴宁人，硕士，工程师，研究方向：无线通信，计算机网络工程。