SIM900A模块（精选6篇）
SIM900A模块 篇1
摘要：为避免由于路面积水过深而造成的汽车驻车被淹事故,本文设计了一种汽车涉水远程智能报警装置,阐述了系统硬件和软件的整体设计方案、单元电路设计以及整体电路连接。该系统以低功耗AT89C52型单片机为处理器,通过光电式液位传感器监测水位高度,以SIM900A模块作为通信模块实现远程智能报警功能。当汽车驻车时,装置可以远程向车主发送报警信息。该装置整体结构简单、体积小、易于布置,适合在不同车型上推广应用。
关键词：汽车,涉水,报警装置,远程,SIM900A模块
0 引言
在汽车驻车时,车辆在积水中的长时间浸泡会造成车辆高压分电系统潮湿、进水短路和车内各电器元件损坏的问题,大大影响了汽车的电器功能[1]。近年来,由于路面积水过深而造成的汽车被淹事故屡有发生,给车主带来巨大的经济损失。为了解决或减少汽车涉水问题给车主带来的经济损失,诸多科技工作者对此进行了研究。朱则刚[2]从汽车雨天涉水驾驶员要留意积水深度和了解积水路况给出了建议,并给出了行车涉水的操作要领和注意事项;周朝霞等[3]从汽车涉水行驶前的准备工作、涉水中的注意事项和涉水后的检查调整给出了建议。而针对通过利用何种装置或方法来避免汽车因涉水而熄火和电气设备的损坏的研究少有报道。
本文针对以上情况,设计出一种新型的汽车涉水远程智能报警装置。在汽车驻车时,车辆根据被积水浸泡的程度实时通过SIM900A模块向车主拨打电话实现远程报警,提醒车主及时将车辆移至安全区域,以减少车主不必要的经济损失。
1 总体设计
该汽车涉水远程智能报警装置的整体结构如图一所示,主要由光电式液位传感器模块、单片机控制系统、蜂鸣器模块和SIM900A模块组成。光电式液位传感器用于当积水淹没传感器探头时感应汽车涉水信号,并由驱动放大模块放大涉水信号。单片机控制系统的输入端与光电式液位传感器的输出端连接,输出端与蜂鸣器及电话拨号电路连接。当积水达到危险高度时产生涉水信号,SIM900A模块通过电话拨号电路发出拨号指令,即向车主拨打预留电话和发送预留短信通知车主,以达到远程报警的目的。当车主未手动开启装置开关时,雨滴传感器可根据车外天气情况辅助开启整套汽车涉水智能报警装置。此外,还在该汽车涉水远程报警装置上同时设计蜂鸣器,蜂鸣器模块由单片机控制,当单片机控制系统检测到水位达到设定水位以后,在发出拨号指令进行远程报警的同时,另外一方面可以向蜂鸣器发出指令,蜂鸣器收到指令后,发出报警声通知车辆管理人员及时采取处置措施。
2 装置硬件组成与实现设计
2.1 单片机控制系统
作为整个系统电控的核心部件,单片机的选择很重要。本套装置选用的是AT89C52型单片机[4],它是51系列单片机的一个型号,是一个低电压、高性能CMOS 8位单片机。采用工业标准的C51内核,在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同,其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化,主板CPU通信等。AT89C52型单片机的系统功能一是通过处理汽车涉水信号和雨滴感应信号来向指示灯模块、蜂鸣器模块和SIM900A模块发送相应的指令;二是同时处理手刹信号,判断车辆是否处于驻车状态;三是接收处理雨滴传感器的雨滴信号,控制整套装置的自启动。
2.2 光电式液位传感器模块
汽车涉水智能报警装置采用多个光电式液位传感器,分别安装在汽车车身的不同高度来提示汽车所处的不同危险水位,车底盘中部左右两旁各安装一个,进气格栅内安装一个。这三个光电式液位传感器和驱动放大模块连接,在单片机控制系统的控制下与报警指示灯和蜂鸣器组成行车报警系统。
考虑到汽车行驶过程中溅起的水花以及异物和恶劣的车底环境对传感器正常工作造成干扰和影响,它将与专门设计的防护罩配合使用,同时将传感器的触发状态设置3秒的延时,来保证车辆处于危险水深时才发出警报。光电式液位传感器选用的型号为TR-IR32A,它采用光电感应原理,以输出电压信号作为液位高度控制信号接入单片机A/D(模数转换)端口[5,6]。
光电式液位传感器的感应积水响应速度迅速、灵敏,利于实时控制,可满足不同车型的布置需要。当液位超过临界液位而淹没传感器本身时,此时信号输出为低电压;当液位低于临界液位而显露传感器本体时,此时信号输出为高电压,将车辆的涉水信号通过AD转换模块以数字信号实时传送给单片机控制系统。
2.3 SIM900A模块
SIM900A模块[7]是一款通过串口操作的SIM卡通讯接口模块,其支持标准的AT命令,可以提供GSM语音、短消息等业务。单片机使用串口[8]对应P3.0RXD,P3.1TXD管脚)和该模块进行交叉连接[9]。汽车涉水智能报警装置的远程报警功能是通过自行开发基于SIM900A模块的电话拨号电路实现的,其功能如图二所示。该装置中的SIM900A模块尺寸大小为24mm×24mm×3mm,能适用于M2M应用中的各类设计需求,尤其适用于紧凑型产品设计。
SIM900A模块的工作原理如图三所示。SIM900A模块插上SIM卡便可实现远程通信功能,将其与单片机控制系统连接,当单片机控制系统检测到水位可能威胁到汽车安全时,会向电话拨号电路发出拨号指令,电话拨号电路接收到拨号指令后先向预留电话号码拨打电话,随后发送短信。
3 系统软件设计
此系统的软件流程设计如图四所示。在汽车驻车时,系统由车载蓄电池供电工作。当积水淹没位于底盘处的光电式液位传感器探头时,此时信号输出为低电压,将其信号放大再经过数模转换电路,使其输出信号转换成数字信号传给单片机,单片机将信号发送给SIM900A模块,则其发出拨号指令后拨打预留的电话号码和发送预定的短信通知车主,车主的通信终端(比如手机)接收到电话和短信后可及时转移车辆。同时,单片机控制系统接收低电压信号后,向安装在车内的蜂鸣器发出报警指令,蜂鸣器接收到指令后发出报警声,以便附近的管理人员可以通知车主移动车辆至安全地带。
4 结束语
该汽车涉水远程智能报警装置利用光电式液位传感器对积水路段的水位进行判断,基于SIM900A模块电话拨号电路来实现汽车驻车涉水时的远程控制报警,通过拨打车主的电话和发送短信提醒车主其车将要被淹,车主接到电话和短信后可及时将车辆转移,可有效避免汽车因驻车涉水而导致的经济损失。装置的整体结构简单、体积小、成本低、易于布置,适合在不同车型上推广应用,具有较好的实际应用价值。随着未来汽车技术的发展,对汽车的电子设备有了更高的要求。车主或许也能通过向SIM900A模块拨打电话或发送短信,来远程控制汽车涉水智能报警装置,从而使得该装置更加智能化、人性化。
参考文献
[1]杜久富.汽车涉水导致发动机产生机械事故的原因及责任分析[J].陕西汽车,2000,(01):46-48.
[2]朱则刚.雨天驾车涉水技巧[J].城市车辆,2007,(11):61-64.
[3]周朝霞,辛志南,侯宪春.如何进行涉水驾驶[J].商用汽车,2001,(08):54-55.
[4]张燕红,郑仲桥.基于单片机AT89C52的数据采集系统[J].化工自动化及仪表,2010,37(03):110-112.
[5]郭东文.基于AT89C52单片机的液位检测系统[J].电子设计应用,2003,(07):47-48.
[6]张研,乔双,胡硕.高速A/D转换器AD9260与AT89C52单片机的接口[J].信息技术,2002,(06):2-3.
[7]翟顺,王卫红,张衍,等.基于SIM900A的物联网短信报警系统[J].现代电子技术,2012,35(05):86-89.
[8]凌志浩,张建正.AT89C52单片机原理与接口技术[M].北京:高等教育出版社,2011.
[9]霍涛,贾振堂.基于STM32和SIM900A的无线通信模块设计与实现[J].电子设计工程,2014,22(17):106-110.
SIM900A模块 篇2
在技术飞速发展的数字时代, 门禁技术得到了迅猛的发展。门禁技术早已超越了单纯的钥匙的作用, 逐渐发展成为一套完整的出入管理系统, 常见的门禁系统有:密码门禁系统、非接触卡门禁系统、指纹虹膜掌型生物识别门禁系统等。近几年, 门禁系统广泛应用于管理控制系统中, 同时也适用于各种部门, 如银行、宾馆、车场管理、机房、机要室、办公室等。
但是, 大多数的门禁系统都需要联网, 对用户的使用范围产生了一定的限制。本设计的门禁系统的特点是:不需要联网, 支持手机操作。我们可以根据用户的数量来进行设置有多少人可以直接控制系统, 用户只需发送短信即可控制门的开锁与上锁。这极大缓解了地理位置对用户的约束, 使用户可以不必近距离的进行控制门的开与关。此外, 本系统还具有余额提醒功能, 当系统SIM卡余额不足时系统会及时提醒用户进行充值, 防止系统因资费问题瘫痪造成损失。
1 系统功能
基于SIM900A的远程控制门禁系统结构如图1所示:
系统工作过程为:首先, 手机用户发送开锁的指令, 短信通过手机的信号基站发送给SIM900A模块, 模块接收到短信指令以后将指令发送给作为主控芯片的ATmega16单片机, 单片机通过指令控制继电器, 使得继电器断电, 从而关闭电磁锁, 进而达到开门的功能。其次, 本系统还具有短信报警的功能。当门在没有钥匙开锁也没短信开门指令情况下被强行打开的时候, 单片机会接到带有反馈电磁锁所发的信息, 通过SIM900A模块将门被强行打开的报警短信发送给用户的手机, 这样用户就能第一时间的得知门被强行打开情况, 然后采取相应的措施。
2 系统硬件设计
系统的硬件组成结构图如图2所示:
2.1 ATmega16 单片机
ATmega16单片机是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间, ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHZ, 从而可以缓减系统在功耗和处理速度方面的矛盾。
在整个系统中, ATmega16单片机作为主控芯片, 用到的功能有:
(1) 串口通信功能主要负责采集SIM900A模块发送的数据;
(2) I/O口的主要功能是用来控制继电器的开和断;
(3) 单片机的定时器功能主要作为单片机工作的时钟周期。
2.2 以 SIM900A 模块为核心的通信系统
通信系统的硬件部分主要由SIM900A模块、阻抗匹配电路、网关控制器、电源控制器等构成, 以SIM900A模块为核心的通信系统构成图如图3所示:
SIM900A是芯讯通 (SIMCom) 公司推出的新一代无线GSM/GPRS模块, 可以快速安全可靠地实现系统中的数据、语音的传输, 短信服务 (Short Message Service) 和传真等功能。模块的工作电压为3.2-4.8V, 工作频段为EGSM 900 MHz和DCS 1800 MHz。
在本系统中, SIM900A模块起到了关键性的作用。其主要功能是:收发短信、与单片机通信。当用户向系统发送短信命令时, SIM900A模块将接收到的短信信号通过串口发送给单片机, 单片机根据接收到的短信信号将匹配的AT指令发送给SIM900A模块, 进而读取短信的内容做出相应的开锁和上锁的动作。另外, 当单片机检测到门被意外打开的信号后, 也会通过上述类似的操作, 给用户发送报警提醒短信。
3 系统软件设计
系统软件设计方面主要包括基于SIM900A模块利用AT指令进行短信的自动收发、短信的编码方式和远程控制门禁系统的软件流程设计。
3.1 AT 指令介绍
AT指令是指终端设备TE和终端适配器TA之间以及数据终端设备DTE和数据电路终端设备DCE之间的接口标准。
所有AT命令[4]从语法上可以分为三类:“基础类”, “S参数类”以及“扩展类”。一些常用的AT指令编码如表1所示:
3.2 短信编码
结合本系统介绍UCS2编码发短信的原理, 以发送开门短信为例, 短信内容事先写入硬件的FLASH内, 在代码中结合Switch语句决定信息内容。若用户手机号为13013559350发送开门的短 信 , 对于UCS2短信编码 字符串为 :0891+683108301105F0+11000B81+5138833983F9+0008A7+04+5F00 (开) +95E8 (门) +0X1a (此处为易读而注“+”, 实际发送中不存在, 汉字要发送其Unicode码格式, 括号内为Unicode码对应的汉字, 实际发送中不存在) , 其中:0891为固定格式1, 683108301105F0是:短信服务中心号码+8613800311500, 5138833983F9是用户号码:15833893389, 04指的是短信长度占4个字节, 5F00是开, 95E8是门, 最后以固定格式0x1a结束。
当发生意外开门的情况时, 系统会发送报警提醒短信给手机用户。编码过程是:单片机检测到电磁锁反馈回来意外开门的信号后, 会将预先定义好的Unicode码发送给SIM900A模块, SIM900A模块将Unicode码转码后把报警短信发送到用户的手机上。
同样, 系统定期检查设备内SIM卡的余额, 当余额少于设定余额时就会进行短信报警提醒, 利用中国移动短信查询功能, 按照上述编码方式即可查询短信余额。具体可通过向10086发送“YE” (Unicode码为00590045) 来实现 (北京地区, 地区不同字母组合有差异) 。
3.3 软件设计
远程控制门禁系统的软件设计流程图如图4所示:首先, 系统初始化, 判断SIM900A模块是否收到短信;当SIM900A模块收到短信后要和预先定义好的几条短信指令进行匹配, 匹配成功后就进行开锁模式和上锁模式的判断, 是开锁模式就执行开锁指令, 是上锁模式就执行上锁指令;匹配不成功要进行判断是否是意外开门, 如果是意外开门系统会发送短信报警, 如果不是就回到初始化循环。
4 控制板展示
控制板展示如图5所示。展示图中正下方的是ATmega16单片机的最小系统, 也就是整个门禁系统的核心, 蓝色小灯代表的是电源指示灯, 灯亮就表明单片机系统处于工作状态。图中右下角两个蓝色方块表示的是继电器模块, 功能就是控制电磁锁的通断电。右上方的带有黑色天线的是SIM900A模块, 该模块可插SIM卡实现收发短信。图中带有长排线的有USB接口的是USBasp单片机下载器, 同时给控制模块供电。
5 结论
本文基于SIMCOM公司的SIM900A模块设计了远程门禁控制系统。将SIM900A模块与ATmega16单片机连接, 根据用户设定的环境参数结合AT指令实现了短信发送、接收和远程控制门的开锁与上锁功能, 同时也实现了门的意外开关报警提醒及设备余额不足提醒等功能。此次设计完成了SIM900A模块短信收发控制门开锁、上锁的硬件设计和软件设计, 改善了传统门禁系统的不足, 在实际的使用中具有良好的效果, 相信远程控制门禁系统将在未来的门禁系统中占据一席之地。
摘要：本文主要是基于SIMCOM公司的SIM900A模块设计的远程门禁控制系统。通过对系统的设置, 使用户可以不受地理位置的限制, 在任何有手机信号的地方都能实现对门的开锁上锁。同时, 系统利用AT指令完成自动收发短信功能, 实现了对意外开关门情况的自动报警功能和设备余额不足的提醒功能。远程门禁控制系统作为GSM在机要安防方面的一个创新设计, 在实际应用中得到了比较满意的效果。
关键词：SIM900A模块,门禁控制,机要安防
参考文献
[1]徐益民.零基础学AVR单片机基于ATmega16、汇编及C语言[J].北京:机械工业出版社, 2011.1.
[2]芯讯通无线科技 (上海) 有限公司.SIM900A_AT命令手册_V1.03[Z].2010.12.
[3]Atmel公司.ATmega16单片机数据手册[Z].2010.3.
[4]翟顺.基于SIM900A的物联网短信报警系统[J].现代电子技术.第35卷第5期.2012.3.
SIM900A模块 篇3
目前,随着物联网技术在我国的推广及快速发展,在对象的智能标签、环境监控和对象跟踪、对象智能控制等很多方面都有了实际应用系统[1,2,3]。在环境监控应用方面,现有的大多数系统通过WSN网络可以完成对环境动态信息的采集并通过上位机显示[4,5,6],用户可以方便地在远程计算机终端访问网络来完成对现场环境的监控并完成环境信息报警功能,但是此类系统都需要配置联网计算机,对用户产生部分限制。本系统除了具有以上功能外,还支持手机用户,系统可以根据用户设置的环境参数阈值来进行短信报警,将报警信息发送到用户指定手机,极大地缓解了地理位置对用户的约束,使用户不必时刻守在计算机旁监测报警信息;除此之外本系统还具有余额提醒功能,当系统内物联网报警网关的SIM卡余额不足时及时提醒用户进行充值,防止系统因资费问题而瘫痪造成经济损失。
1 系统功能
基于SIM900A模块的物联网短信报警系统如图1所示,以农业温室应用环境为例,系统由温室内的温湿度无线采集节点、物联网报警网关、GSM/GPRS/3G基站、互联网服务器、用户终端(互联网计算机或手机)构成。图中的虚线指信号传输的无线模式。其中温室内通过WSN网络实现传感器节点与物联网报警网关的无线通信,物联网报警网关通过GSM/GPRS/3G无线网络与用户终端完成无线通信。
系统工作过程为温室内传感器节点采集温室内温湿度数值,通过WSN网络无线发送到物联网报警网关上,网关利用SIM900A模块通过基站将温湿度数值发送到互联网服务器上,互联网计算机用户和手机用户可以分别通过Internet和GPRS/3G来完成对温室环境的监控。除此之外,物联网报警网关可以根据用户设定的温湿度阈值通过GSM网络将报警信息直接发送到手机用户指定手机上,方便用户进行及时采取措施。物联网报警网关自动定期通过AT指令发送余额查询短信并将余额不足的报警信息及时发送给用户。
用户可以通过计算机或者手机来访问服务器网站来设定对需要报警温室相关环境参数的阈值,设置界面如图2所示。设置信息保存后互联网服务器将此信息通过GPRS/3G网络发送到物联网报警网关,网关将其存入FLASH内。
2 系统硬件设计
系统内的物联网短信报警网关硬件组成如图3所示,在本地功能上来讲,由LCD液晶显示屏、继电器控制、按键、LED指示灯、SD卡存储、RTC实时时钟、以太网接口等部分构成;从通信功能上来讲,由WSN通信部分和GPRS通信部分构成;系统由6V/4AH铅酸电池供电,由于考虑到有些温室环境没有外接市电,故在电源部分采用9V/5 W太阳能电池板结合充电电路给6V/4AH铅酸电池供电。
控制器采用STM32F103芯片,其内核为ARM32位的CortexTM-M3CPU,具有2个12位A/D转换器,7通道DMA,多达80个I/O口,7个定时器,具有2个I2C接口、3个USART接口、2个SPI接口、CAN接口以及USB全速接口[7],由于其具有睡眠、停机和待机3种模式,功耗在休眠时可以做10μA,所以非常适合在本物联网报警系统中使用。
GSM/GPRS通信部分采用SIMCOM公司的SIM900A模块来实现,SIM900A是一个专门为中国大陆市场设计的双频GSM/GPRS模块,工作频段为:EGSM 900 MHz和DCS 1 800 MHz。SIM900A支持GPRS multi-slot class 10/class 8(可选)和GPRS编码格式CS-1,CS-2,CS-3和CS-4。模块尺寸只有24mm×24mm×3 mm,几乎可以满足所有用户应用中的对空间尺寸的要求,例如M2M,数据传输系统等。具有68个贴片引脚,键盘和SPI接口,音频输入和输出,可编程GPIO等。SIM900A采用省电技术设计,在SLEEP模式下电流只有1.0 mA。其内嵌TCP/IP协议,在数据传输方面非常有用。
GSM/GPRS通信电路结构如图4所示,由天线、天线阻抗匹配电路、SIM卡电路、ESD静电保护电路和电源控制器组成。其中,SIM900A通过其串口1与STM32F103的串口0进行数据通信;电源控制部分通过STM32F103的GPIO来控制IRFR9024芯片(N构造MOSFET)使能,控制系统适时进入休眠模式,关断SIM900A电源来降低功耗;ESD静电防护采用SMF05C芯片进行SIM卡数据保护;阻抗匹配电路利用APPCAD仿真软件进行50Ω传输线匹配,保证信号强度。
3 系统软件设计
系统软件设计方面包括基于SIM900A利用AT指令进行自动短信收发和解析,物联网报警网关的软件流程设计。
3.1 AT指令介绍
AT指令是指终端设备TE和终端适配器TA之间以及数据终端设备DTE和数据电路终端设备DCE之间的接口标准。20世纪90年代初,AT指令仅被用于Modem的操作,在经历了一系列演化后,AT指令被加入GSM07.05标准。SIM900A的AT命令接口默认使用IRA字符集,除此之外还支持GSM07.07格式,UCS2,HEX,PCCP,PCDN,8859-1字符集。用于短信收发的AT指令如表1所示。
3.2 短信编码
短消息的收发共有三种方式:Block方式、Text方式、PDU方式。Block方式目前很少用;Text方式为纯文本方式,可使用不同的字符集,从技术说可用于发送中文短消息,但国内手机基本不支持,主要用于欧美地区;PDU方式被所有手机支持,可以使用任何字符集,也是手机默认的编码方式。
在PDU方式下可以采用三种编码发送短信息:7-bit编码、8-bit编码和UCS2编码[8]。7-bit方式容量大但是其码制转换较复杂,由于本系统内所用短信内容较短,本文采用UCS2编码方式进行短信编码和解析,UCS2编码方式中应用的为Unicode字符集。一般的PDU编码由A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M共13项构成。
下面结合本系统介绍UCS2编码发短信的原理:网关根据报警条件与当前环境参数进行比较,若环境参数超过用户设定阈值,则根据环境参数类型及超限类型给用户发送报警短信,短信内容事先写入网关硬件FLASH内,在代码中结合Switch语句决定信息内容。若1号温室内温度参数超过用户设定的上限,则系统给用户手机15212345678(虚拟号码)发送短信内容:
1号温室内空气温度超过设定阈值
对于UCS2短信编码字符串为:
0011+00+0D+91+68+5112325476F8+0008+04+2D+0031(1)53F7(号)6E29(温)5BA4(室)5185(内)7A7A(空)6C14(气)6E29(温)5EA6(度)8D85(超)8FC7(过)8BBE(设)5B9A(定)9608(阈)503C(值)
(此处为易读而注“+”,实际发送中不存在,汉字要发送其Unicode码格式,括号内为Unicode码对应其汉字,实际发送中不存在)
其中:0D指目的号码长度(+86 15212345678);5112325476F8指目的号码(15212345678F,补F后两位一反);04指有效期,2D为短信长度;003153F…08803为短信内容(1号温室内空气温度超过设定阈值)。
结合AT指令,当1号温室空气温度超阈值,进行短信报警的具体操作过程为:
(1)发送AT+CMGF=0//PDU方式发送短信。
(2)发送AT+CSCS=“UCS2”//短信编码方式为UCS2。
(3)发送AT+CMGS=2D//短信长度。
(4)识别返回>后发送下列字符串:
0011000D91685112325476F80008042D003153F76E295BA451857A7A6C146E295EA68D858FC78BBE5B9A9608503C.
同样,系统定期检查设备内SIM卡的余额,当余额少于设定余额的时候进行报警提醒,利用中国移动短信余额查询功能,按照上述短信编码方式即可完成短信余额查询功能。具体可通过向10086发送字母“YE”(Unicode码为00590045)来实现(北京地区,地区不同字母组合有差异)。编码字符串为:0011000791680180F60008040400590045。
3.3 物联网报警网关软件流程设计
物联网报警网关的软件设计流程如图5所示,网关时刻监听是否收到数据包,若收到数据包则判断是WSN内温湿度节点数据包还是用户阈值设定数据包,分情况进行相应处理。由于系统所测环境参数均为缓变量,当用户启动短信报警功能后,本系统采集周期最短可设置为5 min,否则若采集周期过短,当环境参量超过阈值时,系统不断发送报警信息,不仅增加系统负担而且给用户造成不必要的资费浪费。
4 系统运行效果
系统自运行后效果良好,图6为温室内空气温度变化曲线,图6(a)中A点和B点为用户设定温度阈值上限40℃时的报警点,图6(b)为空气温度低于20℃时的报警区域,系统根据采集周期,周期性地发送报警信息,提醒用户。
5 结论
本文基于SIMCOM公司的SIM900A模块设计了物联网短信报警系统,将GSM/GPRS无线网络与WSN连接,根据用户设定的环境参数阈值结合AT指令进行短信发送、解析,完成环境报警提醒及设备余额不足提醒等功能,在实际运行中取到了良好的效果,属于物联网在农业方面的初步应用,对此领域的研究起到了一定指导作用。
摘要：基于SIMCOM公司的SIM900A模块针对农业温室环境设计了物联网报警系统。该系统可以完成对温室内空气温湿度等环境参数的采集;同时系统利用AT指令完成了自动收发短信功能,实现对环境参数超阈值的自动报警和设备余额不足的提醒功能。通过对系统的设置,可以不受用户地理位置限制,将报警提醒信息发送到用户指定手机上。该系统作为物联网在农业方面的一个典型应用,在实际运行中得到了比较满意的效果。
关键词：物联网,SIMCOM,SIM900A,AT指令,物联网报警系统
参考文献
[1]浦敏,李云飞,王宜怀.基于物联网的无线照明控制系统[J].照明工程学报,2010,21(2):86-89.
[2]向明尚,刘兴伟.EPC物联网在车辆管理系统中的应用[J].大庆石油学院学报,2010,34(1):89-93.
[3]王伟,王华奎.基于无线传感器网络的工厂安防系统设计[J].计算机测量与控制,2011,19(3):736-739.
[4]章军富,陈峻崎,胡剑非,等.基于GPRS/SMS和μCOS的都市绿地精准灌溉控制系统[J].农业工程学报,2009,25(9):1-5.
[5]王翥,郝晓强,魏德宝.基于WSN和GPRS网络的远程水质监测系统[J].仪表技术与传感器,2010(1):48-52.
[6]徐刚,陈立平,张瑞瑞,等.基于精准灌溉的农业物联网应用研究[J].计算机研究与发展,2010,47(z2):333-337.
[7]ST.STM32F103X6 datasheet[EB/OL].[2007-07-01].http://www.st.com/.
SIM900A模块 篇4
关键词：SIM900A,STC15F204EA,污水排放,监测
水资源污染是我国当前面临的一个极其严重的社会问题, 它造成了人们居住生活环境的恶化, 恶性疾病发病率连续增长, 生活质量不断下降。水污染的源头主要是工业企业为节省生产成本对污水净化处理不达标, 向江河湖泊大量排放污水。目前水质检测多采用安排人员定期巡查的方式, 致使污染企业应付检查, 违规排污不断发生, 不能从根本上杜绝超标污水的排放。
环保部门对企业排放污水水质、排水量进行实时连续监控是解决问题的关键, 但仅凭人力无法达到这个要求。为此, 本文设计了以STC15F204EA单片机为主控芯片, 采用SIM900A模块的无线远程监测系统, 该系统对污水流量、液位、PH值、溶氧等参数进行定时检测处理, 通过GSM网络对污水信息实时远程传输, 实现了对排污企业的全天候自动监控, 减轻了检查人员的负担, 提高了环保部门的工作效率, 能够彻底杜绝企业违规排污, 有利于生活环境的改善。
1 系统组成
污水监测系统组成如图1所示。系统由分散到排污企业各监测点的数据采集器和监测中心微机组成。数据采集器控制传感器对污水各项参数自动采集、处理, 并通过GSM移动通信网络无线发送到监测中心, 还可发送到设置好的绑定手机, 便于工作人员及时获取企业运行状况。监测中心微机接收到各采集点送来的数据后, 将数据存入SQL Server数据库, 并对数据进行处理、显示, 为环保执法人员对排污企业管理提供信息。
2 数据采集器硬件设计
系统硬件设计的重点是数据采集器, 采集器主要由单片机、GSM模块、键盘、液晶显示器、电源电路、液位检测模块、流量检测模块、PH检测模块、溶氧检测模块和电导率检测模块等电路组成。数据采集器电路框图如图2所示。
数据采集器的微控制器选用单周期8051兼容单片机STC15F204EA, 该芯片内部集成CPU中央处理器, 256字节SRAM数据存储器, 4KB Flash程序存储器, 2个定时/计数器, WDT看门狗, MAX810高可靠复位电路, 高精度R/C振荡器, 高速10位8路A/D转换器。不用外接复位电路和晶振即能工作, 内部集成ADC使传感器处理通道得到简化, 降低了系统成本。ISP在系统编程可通过串口直接写入程序, 不用编程器, 并可实现软件远程升级。
GSM模块采用SIMCOM公司工业级2频GSM/GPRS模块SIM900A, 模块包括GSM基带处理器、存储器、GSM射频模块、天线接口、SIM卡接口、串行口、音频接口和其他接口组成。其工作频段为900MHz/1800MHz, 能自动搜索频段。采用省电技术设计, 工作在sleep睡眠模式下电流仅有1m A。SMS短消息有MT、MO、CB、TEXT和PDU模式。支持1.8V和3V两种SIM卡。支持标准全功能串行口, 传输速率从1200~115200bps, 具备自动波特率检测功能, 支持RTS/CTS硬件流控, 并可软件关闭或开启流控功能。
污水数据采集由流量传感器、液位传感器、溶氧传感器、PH值传感器等不同功能的传感器采集信息, 通过信号放大、滤波、AD转换后转换为数字量, 由单片机处理并传送到上层监测中心计算机。污水液位利用超声波传感器非接触测量, 由于超声波传播速度与空气温度相关, 其影响关系式为:
声音速度v=331.3+0.606*t m/s (t:摄氏空气温度)
例如:0℃时声音速度为330m/s, 15℃速度为340.4m/s, 25℃速度为345.2m/s。为了保证液位测量精度, 电路中用一片DS18B20数字温度传感器测量空气温度, 由单片机根据温度对测量液位进行补偿修正。
键盘电路为4按键独立防水薄膜键盘, 用于各项功能参数的设置。显示器采用LCD1602液晶显示模块, 可显示2行*16字符, 作为人机交互及当前状态和采集数据的显示器。
数据采集器中单片机及模拟量输入通道对电源没有特殊要求, 仅需5V直流电源即可。SIM900A模块需3.2V~4.8V单电源供电。模块发射时峰值电流最高可达2A, 提供电流能力必须大于2A, 否则会导致电压急剧跌落, 当电压小于3.1V时会造成关机, 影响工作稳定。本电路以LM2596S-ADJ开关电压调节器为核心构成GSM供电电源, 该芯片是单片降压型电源管理IC, 能输出高达3A的电流, 还具有较好的线性和负载调节特性, 能够满足GSM模块对电源的要求, 保证了采集器长期可靠工作。
3 监测主机接口电路设计
监测中心由监测主机和收发移动通信网络信号的GSM电路组成。GSM电路仍然选用SIM900A, SIM900A的外围电路及电源电路与数据采集器相同。组成框图如图3所示。
GSM模块与主机通过USB总线通信。CH340T构成UART串行口与USB接口转换电路, 转换电路如图4所示。CH340T是USB总线转接芯片, 可实现USB转串行口、USB转Ir DA红外或者USB转并行打印口功能。工作在串口方式时, CH340T提供MODEM联络信号线, 本电路中仅使用串行数据线TXD和RXD交换数据, 未使用其他联络信号。
4 软件设计
4.1 数据采集器软件设计
数据采集器软件利用Keil u Vision 4开发平台, 程序采用C51高级语言编写, 模块化程序设计。软件主要包括监控主程序, GSM通信程序, 传感器数据采集程序, 液晶显示和键盘处理程序组成。
监控主程序流程图如图5所示。开机上电后, 首先由微控制器利用AT指令对SIM900A进行初始化操作。GSM模块通常采用TEXT或PDU模式收发短信, TEXT模式仅能发送英文短信, 发送信息不需编码, 操作简单。PDU模式用16位unicode编码可以发送英文或中文信息, 但合成PDU码较复杂。中文短信在向用户手机发送信息时直观易读, 因此发送信息时先用“AT+CGMF=0”指令设置为PDU模式。如果仅需要发送英文信息, 可以用“AT+CGMF=1”指令设置为TEXT模式。
监测中心收到采集器发送的状态信息后, 回送应答信号。采集器收到应答信号后, 顺序控制传感器采集污水各项监测数据, 通过显示器显示, 并向监测中心传送实时数据, 由监测主机对数据存储并处理。为环保人员提供参考。
4.2 监测中心软件设计
监测中心软件采用Visual Studio 2010开发平台的VB2010编程设计, SQL Server数据库对数据进行存储管理。监测软件主要由通信模块、数据处理模块、报表模块和报警控制模块等组成。实现主要功能有:人机界面及人机交互;控制GSM模块信息传输;接收数据的存储;数据的显示、统计、打印;报表生成及显示打印;数据库的维护及管理;企业违章操作及设备故障的报警等功能。
5 结语
本系统利用SIM900A模块作为数据传输单元, 借助GSM移动通信网络传输监测数据, 解决了常规环保监管存在的不足, 实现了污水流量、液位、、溶氧等参数的自动监测与处理, 数据长期自动存储, 企业排放污水指标超标自动报警, 降低了环保执法人员的工作强度, 提高了工作效率, 对改善环境能起到积极的促进作用。另外, 通过更换其他类型传感器, 本系统也可用于环境监测的其他领域, 比如空气污染监测、自动气象站、水文监测等。
参考文献
[1]雷文礼, 邵婷婷.基于ZigBee的污水无线监测系统设计[J].水电能源科学, 2011, 29 (4) .158-160.
[2]肖海蓉.基于TC 35 GSM模块的污水远程监测系统的设计[J].机械管理开发, 2005, 86 (5) .29-30.
SIM900A模块 篇5
一、整机系统组成
整机系统采用模块化设计, 由AVR单片机微处理器、实时时钟模块、电源模块、锂电池充电模块、SIM900A通信模块、温湿度采集模块、外接报警器和继电器模块组成, 其中温湿度采集模块、外接报警器和继电器模块可根据具体的情况来选择相应的模块使用。
首先在SIM900A模块安装手机卡, 拨动电源开关后约20秒, 网络指示灯每3秒闪烁一次, 说明已注册到手机网络中, 此时报警器与用户手机建立连接, 即可通信。如果停电, 报警器会通过SIM900A通信模块给用户手机或设定的手机客户发送停电报警的短信, 同时给用户手机拨打电话, 防止客户忽略停电报警信息。客户也可以通过给报警器拨打电话来主动获取报警器的信息。整机系统框图如图1所示。
二、系统硬件电路设计
1. 微处理器
本设计选用的是ATMEL公司生产的微处理ATmega128[2]。它是一款基于AVR RISC结构的8位高性能、低功耗的CMOS微处理器。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间, Atmega128的数据吞吐率, 高达1MIPS/MHz, 从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。包括6路分辨率可编程 (1到16位) 的PWM, 8路10位ADC。
2. 无线通信模块[3]
本设计的无线通信模块采用了SIMCom公司生产的SIM900A[4]模块。该模块采用工业标准接口, 工作频率为GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz, 其尺寸大小为24*24*3mm, 适用于紧凑型电子产品。SIM900A功耗低, 可以与一些低功耗的微处理器通过串口通信来实现数据的传输。另外, 在硬件原理图设计方面, SIMCom公司给出了SIM900A模块的典型电路应用设计, 用户只需按照要求来做即可实现。在PCB设计方面, SIMCom公司主要给出了两个主要注意的问题点: (1) SIM900A模块的供电需要保持稳定; (2) 天线可以采用直连的方式来保证阻抗匹配。
3. 锂电池充电模块
本设计的充电器模块[5]采用TP4056芯片。该芯片是完整的单节锂离子电池, 采用恒定电流/恒定电压线性充电器。其底部带有散热片的SOP8封装与较少的外部元件数目, 使得TP4056成为便携式应用的理想选择。
由于采用了内部PMMOSFET架构, 加上防倒充电路, 所以不需要外部隔离二极管。热反馈可对充电电流进行自动调节, 以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于4.2V, 而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终充电电压之后降至设定值的1/10时, TP4056将自动终止充电循环。当输入电压 (交流适配器或USB电源) 被拿掉时, TP4056自动进入一个低电流状态, 将电池漏电电流降至2 u A以下。如图2是锂电池充电电路。
三、系统软件设计
1. 电源供电情况检测程序设计
本系统的电源供电情况的检测是通过硬件中的TP4056芯片的Vdd Level脚 (图3所示) 与AVR单片机的PF0 (ADC0) 脚相连, 软件设计中只要检测PF0输入脚高低电平, 即可实现检测电源的供电报警情况, 而停电后备用电源电压也可通过此脚来实现测量并衡量该报警器还能工作多长时间。
2. 温湿度的数据采集程序设计
开机后首先进行初始化, 在开机的20s内注册成功, 然后启动心跳数据, 保证停电报警器可以一直在线, 按照报警器的要求不断采集温湿度数据和供电情况, 通过串口与SIM900A模块通信。软件流程图如图3所示。
3. Atmega128与SIM900A的串口通信程序设计
SIM900A与AVR单片机是通过普通的串口来通信的。而SIM900A通信模块主要是通过AT指令来实现相应的短信、电话和联网等功能的。所以, AT指令是实现SIM900A无线通信模块和Atmega128单片机之间通信的桥梁。通过发送AT指令来控制和监控停电报警器的相关参数。在程序设计中, 主要是将SIM900A与AVR单片机之间的串口通信函数封装起来作为底层固定的函数, 要实现相应的功能时, 只要向串口写相应的AT指令即可。程序的这部分用模块化来处理, 增加了程序的可读性, 并且程序跑起来更简洁。
基于AVR单片机和SIM900A的智能停电报警器[6], 采用无线通信技术。此技术通讯稳定, 较好地解决了对现代化水产养殖场供电情况和相关参数的远程监控问题。在软/硬件设计中采用了模块化的结构, 灵活性高和适用性好。在移动设备和机房维护单位以及一些需要远距离监控的场所, 该系统具有良好的应用前景。
参考文献
[1] (美) R.J.Bates.通用分组无线业务 (GPRS) 技术与应用[M].朱洪波, 沈越泓, 蔡跃明, 等译.北京:人民邮电出版社, 2004.
[2]马潮.高档8位单片机ATmega128原理与开发应用指南[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.
[3]夏华.无线通信模块设计与物联网应用开发[M].北京:电子工业出版社, 2011.
[4]翟顺, 王卫红, 张衍, 等.基于SIM900A的物联网短信报警系统[J].现代电子技术, 2012 (05) .
[5]赵文倩, 尹斌.基于Atmega128的智能充电系统设计[J].电子设计工程, 2013 (22) .
SIM900A模块 篇6
近些年，随着电子技术和通讯技术的快速发展，无线通讯已经在多个领域得到广泛应用。工业领域最常用的无线通信技术解决方案大多以ZigBee,Wi-Fi,Bluetooth等技术为核心[1]。其中，ZigBee数据传输速率为10kb/s～250kb/s，理想距离为10m～75m，适用于低速率短距离的无线数据传输[2,3];Wi-Fi具有速率高、可扩展能力强的特点[4]，适用于传输范围在100m以内的家庭或办公场合;Bluetooth蓝牙技术也是一种普遍使用的无线通信技术，具备较高的安全性和方便性[5]，传输距离通常在100m内。GPRS则是另外一种逐渐在工业领域特别是一些户外偏远、环境恶劣、工作点分散的工业现场被广泛应用的无线通信方式[6]。
为了实现温湿度等环境数据的采集和远程无线传输，设计了一款基于单片机和SIM900A的低成本无线式温湿度采集装置。文中论述了其工作原理以及软硬件设计流程，测试结果表明，该装置满足设计功能需求并具有较好的稳定性和可靠性，有较高的实用价值和较好的应用前景。
1 分析与设计
1.1 需求分析
这款基于单片机和SIM900A的无线式环境温湿度采集装置，其研究出发点源自于偏远、崎岖、布线困难等应用场合对环境变量采集的需求，如户外偏远、环境恶劣、工作点分散等人工布线代价昂贵的工业现场[6]，无线式的采集装置无疑是急需和迫切的。本文从无线式环境采集装置最基本的功能和性能角度出发进行考虑，提出该装置必须具备0℃～70℃温度范围内准确度不低于±0.5℃的温度采集功能、0～100%RH湿度范围内准确度不低于±5%RH的湿度采集功能、24小时内丢包率不高于5%的GPRS数据传输功能以及液晶实时显示功能，如表1所示给出了该装置必须具备的主要功能和性能选项。其他附加功能如可短信查询、误差补偿、软件滤波等功能可以增加装置功能和性能饱满度，但是并不是该装置的特色功能，所以在此暂不列出。
1.2 原理设计
为了满足表1所列的功能和性能选项，在理解前人研究成果文献[1,7,8]的基础上，提出如图1所示的原理方案。整个装置由四个分系统模块联合组成:采集系统模块、单片机最小系统模块、无线收发模块和液晶显示模块。
(1)采集系统:采集系统包括数字式温度传感器、模拟式湿度传感器、A/D转换器等主要器件，这些器件主要完成前端温湿度环境参量的采集工作。
(2)单片机最小系统:单片机最小系统主要包括单片机CPU、电源模块、晶振模块和复位模块，这些功能模块用来保证采集整个采集装置的正常运行工作。其中单片机CPU还需要完成采集结果的数据处理工作以及无线模块和液晶显示模块的控制工作。
(3)无线收发模块:无线收发模块以SIM900A为核心，通过GPRS链路发射温湿度处理结果到指定IP地址的终端设备或手持设备。
(4)液晶显示模块:该模块主要用来实时显示温湿度采集结果，为近端调试提供直观的调试效果。
2 设计实现
2.1 硬件设计
(1)电源电路设计:装置需要电压值为+5.0V和+4.2V两种规格的直流电源，其中+5.0V直流电源用来给CPU、A/D、LCD等芯片或者模块供电，用LM2596S-5.0可轻松实现;+4.2V直流电源用来专门给SIM900A模块供电，因为SIM900A需要供电电源3.2V～4.8V，且发射瞬间电流需要2A左右[9]，基于LM2596S-ADJ的宽压式输入的DC-DC稳压电路可以满足，其外围电路简单、容易实现且稳定可靠，如图2所示为基于LM2596-ADJ的4.2V*3A的DC-DC稳压电路图，输出电流可达3A，式(1)给出了其输出电压计算方法。
(2)采集电路设计:采集电路主要完成环境温度和环境湿度的采集工作。温度传感器选用普通精度下最常用的DS18B20,-10℃～85℃温度范围内的采集准确度优于±0.5℃，其独特的单总线通信方式可以非常方便地传输采集结果。湿度传感器则选用Honeywell公司的HIH-4000-003模拟式湿度传感器，室温情况下，0～100%RH湿度范围内的采集准确度优于±3.5%RH;配合模拟式湿度传感器的A/D转换器选择Phillips公司的4通道8bit A/D芯片PCF8591T，通过I2C总线输出A/D转化结果。表2详细给出了传感器选型方案。
(3)单片机最小系统电路设计:暂不考虑电源电路，单片机最小系统电路还包括单片机CPU、晶振电路、复位电路。这里的CPU选用STC89C54RD+,110592MHz晶振频率下的指令周期约1μs，内有2个8/16 bit可编程定时/计数器、1个UART接口、四组多功能复用端口P0-P3，在充分满足功能性能需求的同时还具备很好的性价比。复位电路支持上电自复位和手动复位。
(4)无线模块电路设计:无线收发模块在数据传输阶段的核心部件，文中无线收发模块选用SIM-Com公司的适用于中国大陆的SIM900A,900MHz/1800MHz双频段表贴式GPRS/GSM模块，它通过UART串口与CPU交互。
(5)液晶显示电路设计:液晶实时显示功能主要是为了给近端调试提供便利性，考虑到只需要实时显示温度和湿度两个参数，所以装置样机中的液晶显示器选择16×2的LCD1602即可满足需求。
2.2 软件设计
装置的软件部分采用模块化设计，除去系统初始化和SIM900A的初始化部分，其余循环运行的程序段按照功能作用可以划分为定时中断处理模块、参数采集模块、数据上传模块、LCD显示模块四个主要模块，如图3所示为GPRS软件实现流程。
(1)定时中断处理模块:该模块主要完成定时处理标志位的工作，时间可以灵活设定，这里设定定时5min产生一次中断，中断触发后改写中断标志位，标志位被置位后就会进入温湿度采集模块。
(2)温湿度采集模块:该模块的功能主要是完成DS18B20的单总线读取工作和PCF8591的I2C总线读取工作，采集到的原始数据经过处理之后进入数据上传模块。
(3)数据上传模块:数据上传模块主要是CPU通过UART串口将处理数据通过SIM900A基于GPRS链路发送到指定IP的终端设备或手持设备，之后会进入调用液晶显示程序模块。
(4)液晶显示模块:液晶显示模块主要完成CPU处理之后温湿度数据的实时显示功能，方便近端调试和观察。
3 试验数据
3.1 试验方法
本次实验借助上海微电子装备有限公司微环境部门的环境测试平台来完成，如图4所示，参考温度传感器为福禄克(Fluke)公司的5641温度传感器，0℃～100℃的温度范围内测量准确度达0.001℃;参考湿度传感器为维萨拉(VAISALA)公司的HMT333温湿度变送器，常温下，0～90%RH湿度范围内的准确度为±1%RH,90%～100%RH湿度范围的准确度为±1.7%RH。被测装置和参考装置同时采集同一环境下同一个位置的温湿度，定时5分钟自动采集和记录一次。
3.2 实验数据
如图5(a)和5(b)所示分别为温度和湿度测试结果，其中，黑实线Tsample和Hsample表示采集结果，网格线Tref和Href表示参考曲线。
3.3 实验结果
对原始数据加以分析得到表3所示的分析结果。
最后，分析总结得到表4所示的测试结论。
4 结束语
文中设计和实现了一款基于单片机和SIM900A模块的无线式温湿度采集装置，详细讨论了软硬件设计和实现过程，测试结果表明该装置能够实现温湿度的采集和无线传输，传输过程中丢包率为零，采集结果满足精度要求，并具备较好的稳定性和可靠性，具备较高实用价值和指导意义。
参考文献
[1]甘志伟,闫凯.基于SIM900A的无线数据采集卡设计与实现[J].通信技术,2013(1):55-58.
[2]阳宪惠.网络化控制系统:现场总线技术[M].北京:清华大学出版社,2009:232-233.
[3]Garnett T D,Mc Mahon R A,Abdi-Jalebi E.Applications of Zig Bee Wireless Technology for Industrial Instrumentation[M].University of Cambridge,UK:748-752.
[4]刘芳华.基于ARM的WIFI无线通信终端的研究与实现[D].武汉:武汉科技大学,2010.
[5]短距离无线通信简介[EB/OL].http:∥hi.baidu.com/wqb_lmkj/item/a96254ddff08a75ad63aaefb.
[6]GPRS工业监控方案[Z/OL].http:∥www.ebdtech.com/myfile/GPRSgyjk.pdf.上海毅加智能设备有限公司.
[7]夏斌.基于单片机的GPRS无线数据采集与传输系统的设计[D].贵阳:贵州大学,2007.
[8]王娃女.基于嵌入式Linux的GPRS远程监控系统研究[D].青岛:青岛大学,2011.