基于SMS 短信报警的化工厂三废排放监控系统研制

1. 1 　GSM 短消息功能
GSM短消息服务业务SMS ( Short Message Service) 是GSM 系统提供给用户的一种数字业务。它与活音传输及传真一样同为GSM 数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务。SMS 的收发占用的是GMS 网络的信令信道,不会占用普通话音信道,而且它是双向通信,具有一定的交互能力;SMS 具有较高的可靠性,短消息发送端的用户可知道短消息是否已经到达接收端。由于短消息依靠了SMSC 短消息服务中心的存储和转发机制,当接收端用户关机或不在服务区内时,SMSC 会暂时保存该短消息;如果接收端用户在规定时间(通常为24 小时) 内重新处于工作状态,SMSC 会立刻发送短消息给接收端用户,当发送成功时会返回发送端用户1 个确认信号。SMS 充分利用了GSM 网络的直放站覆盖广的特点和全程全网的优势,具有极佳的移动性,使得任何一个申请了短消息服务的GSM 无线终端用户在全网范围内获得服务。每个短消息的信息量限制140 个8 位组(7 比特编码) 140 个英文字节或70 个中文字符。如果超过此长度,则要分多次发送。

1. 2 　数据采集系统构成数据采集系统由传感器、单片机、A/ D 转换以及用于无线通讯的GSM MODEM构成。该部分完成通过化学传感器将被测物所含化学成分转换成模拟信号,再由A/ D 转换芯片转换为数字信号由单片机进行读取。读取的数据通过定标转换为被测化学成份的含量并与预存的标准进行比较,判定是否超标。如果超标,则将数据以短信的方式发送到与环
保部门监控中心计算机相联的手机上,再由监控中心计算机读取到监控中心计算机的管理系统中。同时为了便于管理,要将超标数据以手机短信的方式发送到预设号码的相关管理人员手机上通知进行及时处理。

2 　发送短信原理
系统开发的关键和主要难点是手机的短消息的接口开发。手机短消息的开发主要包括手机短消息的用户数据区编码和解码、通信模式设定和联机测试、短消息的收发、收发数据的关键命令字的模式匹配等。手机接口开发主要利用由爱立信、摩托罗拉共同提出的AT 指令集。AT 指令是基于字符的命令结构,有TEXT 模式和PDU 模式,还有早期使用的BLOCK模式。我们这主要用PDU 模式。PDU 模式是基于字符的,准确地说,是基于十六进制的,数据和代码都经过编码了,所以无法直接读懂。因此发送短信时需要编码,接收短信时需要解码, 这是开发的难点。下面介绍一下PDU 编码原理。
短消息PDU 格式分析及实用的AT 命令发送和接收SMS 信息有2 种方式: 基于AT 命令的Text Mode (文本模式) 和基于AT 命令的PDU ( Protocol De2scription Unit) 模式。西门子的手机大多只支持PDU 模式。在PDU 模式下,短信息正文经过编码后转换成UNICODE码被传送。由于我们采用的是西门子的TC35 手机模块,所以主要探讨PDU 模式的发送和接收。
下面通过对发送的短消息格式分析,来介绍SMS PDU的数据格式。假设准备发送中文短消息内容为“晚上好123”,则将TC35T 与计算机的串口相连,并打开计算机的超级终,按如下具体操作过程发送短消息(带下划线字符为响应信息,{}内为注释) :AT
OK {计算机与手机的连接成功,这时就可以输入各类GSM AT 指令}
AT + CNMI = 1 ,1 ,2
OK {设置收到短消息提示}
当模块收到短消息时,给出回应:
例如: + CMTI :“SM”,4
AT + CMGF = 0
OK {设置模块工作的模式:0 为OPDU 模式,1 为文本
模式}
AT + CMGS = 26{发送短消息的字节数}
> 0891 683108200905F0 0103 0D91
683199312523F9 3208 0C
665A4E0A597D003100320033/ /键入Ctrl + Z ,看到提示
符- > 出现在最后一个数字后面,说明系统已经收到了命
令,系统会返回操作的结构。
OK {OK表示成功,ERROR 表示发送失败}
+ CMGS:32
下面分析这条信息:
08 ———表示短消息中心地址长度;
91 ———表示短消息中心号码类型;
68310820905F0 ———表示短消息房层中心号码;
0103 ———表示发送短消息的编码方式;
0D ———表示目的地址长度;
91 ———表示目的地址类型;
683199312523F9 ———表示目的地址,即接收短消息的手
机号码为13991352329 ;
3208 ———表示发送中文字符方式;
0C ———表示短消息长度;665A4E0A597D003100320033 ———表示发送中文字符的
UNICODE 码
665A{晚} 4E0A{上} 597D{好} 0032{2} 0033{3}。
以下是模块接收信息的分析:
AT + CMGR = < Index > {阅读短消息的内容, Index 表
示短消息存放的位置}
AT + CMGL = < stat > {列表短信息: stat = 0 ,列未读过
的短消息;stat = 4 ,列所有的消息}
+ CMGL :1 ,2 ,24 {1 表示信息个数,2 表示未发信息,24
表示信息总容量}
AT + CMGD = < Index > {删除短消息, Index 表示短消
息存放的位置}
OK {删除成功}

3 　数据采集系统软件

数据采集系统软件主要包括数据采集、定标、误差补偿、温度补偿、校正、短信报警等功能。特定化学传感器将被测物所含特定化学成分转换为模拟信号,通过A/ D 转换将模拟信号转换为数字信号,然后由单片机读出数字信号。该数字信号通过定标、补偿就得到化学成分的含量。该含量与国家环境保护有关标准进行比较,判断是否超过国家标准,如果超过标准,则要求系统以手机短信的方式发送到与环保部门监控中心计算机相联的MODEM 上以及单位相关管理人员手机上。将数据以短信的方式发送到目标号码的手机或MO2DEM上,首先将目标号码的手机或MODEM上的SIM卡卡号与短信内容编码为PDU 码(我们这里用的是PDU 格式发送短信) ,并计算出PDU 串长度L 。然后通过串口将PDU码长度及PDU 码格式按如下格式发出到与单片机相联的MODEM 上,由MODEM 通过GSM 网络发送短信到目标手机或MODEM 上。
At + cmgs = L (回车) {L 代表PDU 码长度}
> {延时等待出现该标志}
PDU {发送PDU 码}
OK(或ERROR) 　　　(MODEM 会自动通过串口向单片机发送OK或ERROR ,如果是OK则表示短信发送成功,如果返回的是ERROR 则表示发送失败)串口接收中断子程序系统不仅有报警功能,还要具有短询功能,以便相关人员了解当前系统的工作状况。在打开数据采集系统中MO2DEM 的收到短信通知时,一旦MODEM 收到短信,则会通过串口发出含有“ + CMTI :“SM””串的短信通知表示已经收到短信。这时通过单片机串口向MODEM 发出“AT +CMGL = 0”读出所有的短信,MODEM 在收到该指令后会将所有未读短信以PDU 码的格式通过串口发送到单片机中。PDU 码中包含了GSM 网络信息,短信发送的时间信息,发送方的手机号码, 短信内容等信息。而这些信息包含在PDU 码中不易识别,需要解码,解码出短信内容以及发送方的手机号码。将短信内容与预设在单片机中的密码比较是否一致,如果不一致,则当作非法查询不予处理;如果一致则单片机提供查询功能,将系统当前的相关信息以短信的方式发送到该查询手机号码。
4 　环保中心监控系统软件
监控系统软件主要由短信接收报警,短信查询、数据库、报表、曲线图等功能。监控系统计算机通过串口与MODEM相联,可能通过串口收发短信。如果MODEM 收到短信,则会发出通知到计算机,计算机即可读出短信,并解码,并存到数据库中,供工作人员处理。由于MODEM 收到的短信保存在SIM 卡中,SIM 卡一般只能存储有限的几十条短信,一旦SIM 卡存满则会造成MODEM 拥堵不能再接收短信的现象,因此每读出一条短信必须及时删除。为了管理,必须能提供短信查询功能,查询当前数据采集系统的工作状况。以免人为破坏数据采集系统,即便被坏了也能即时知道。

5 　结束语
基于SMS 短信报警的化工厂三废排放监控系统的运用有效地监控工厂三废的排放,能满足工业迅速发展提出的环保要求,大大地节省了管理人力、物力。因而无论从实用性、经济性都有很大的价值。

参考文献
[1 ] 　严利平,刘和平. 电能计量装置的无线抄表系统[M] .
[2 ] 　倪建军,范跃沮. 利用SMS 短消息业务实现GPS 车辆监控[J ] . 电子技术应用,2000 ,26 (9) :40 - 42.