引言

近年來，基于公共網絡的通信手段在工業遠程監控中得到了廣泛應用。這些遠程通信手段包括公共電話網、Internet網絡及無線網絡等。無線通信網絡不需要傳輸線，可以在覆蓋范圍內的任何地點進行通信，顯然，這些優點是有線網絡難以比擬的。

GSM(全球移動通信系統)網絡是目前國內覆蓋范圍最廣、應用最普遍的無線通信網絡。因此，在構架遠程傳輸系統時，完全可以利用現有的GSM無線網絡，而沒有必要重新建設基站。

目前利用SMS(短消息業務)進行遠程監控的應用很多，例如電力遠程抄表系統、遠程水文監控系統、直放站遠程監控系統、遠程環境監控系統、遠程配電監測系統以及其他遠程信息查詢系統。SMS適合傳送數據流量較少的場合，而UPS(不間斷電源)的狀態信息和故障信息數據量較少，用SMS傳送非常合適。

本文介紹的遠程監控系統主要用于監控UPS，由于UPS出現故障的情況比較少，若每臺UPS都配備值班人員，顯然浪費人力、物力、財力；若放之不管，一旦出現問題，得不到及時處理，就可能造成嚴重的后果。利用現有的無線網絡，只要在監控中心配備一名值班人員，就可以對所有的UPS進行監控，不但能夠在任何時刻查詢UPS的狀態信息，還能夠及時得到UPS的故障信息，節省了人力、物力、財力。

1 系統組成原理和系統實現的功能

1.1 系統組成原理

該系統由監控中心、值班人員和遠程監控點組成。監控中心由PC機和GSM通信模塊組成，監控中心只需要1個。遠程監控點由監控對象和監控模塊組成，UPS是監控對象，本系統測試使用超過10個的監控對象。監控模塊由GSM通信模塊和單片機組成，每個監控對象都需要一個監控模塊。系統原理圖見圖1。

1.2 系統實現的功能

監控中心主要有4個功能：

a ) 對監控模塊進行遠程設置，如設置監控模塊返回數據到監控中心的SIM卡號碼；

b) 發送命令遠程查詢UPS的各種信息，并接收返回的數據；

c) 自動接收遠程監控點返回的報警信息；

d) 存儲UPS的狀態信息和報警信息。

值班人員的作用是：在UPS發生故障時，監控模塊除了將數據發送到監控中心，還會把數據信息發送給值班人員，值班人員可以及時趕赴現場，對UPS進行維修，把損失降到最小。

遠程監控點的2個功能是：

a) 接收監控中心發送的查詢命令并查詢UPS，然后把UPS返回的數據發送給監控中心；

b) 空閑的時間不斷查詢UPS的工作狀態，以判斷是否發生故障，如果發生故障，則把故障信息發送給監控中心和值班人員。

1.3 GSM通信模塊

目前，許多GSM通信設備廠商都生產GSM通信模塊，如Wavecom公司的WM02系列和兩門子公司的TC35系列，這些模塊的功能、用法基本都相同。本系統在前期開發時使用Wavecom公司的Wismo2c模塊，后期投入使用時使用西門子公司的TC35I模塊。這2種模塊都是符合E-GSM900／GSM1800(或E-GSM900／GSM1900)標準的第2代無線雙頻通信模塊，并且符合GSM 07.07與07.05的AT控制命令。

2.2 監控中心的軟件設計

2.2.1 數據傳輸的幀結構

數據傳輸需要遵循一定的協議，也就是要規定通信的幀結構。本系統使用的數據幀結構有以下兩類：

a) 監控中心發送數據給遠程監控點的數據幀結構，如圖3所示。其中：命令類型是用來區分發送給遠程監控點的命令是設置命令還是查詢命令，如果是設置命令，開始字和校驗字就不是必須的。

b) 遠程監控點發送數據給監控中心和值班人員的數據幀結構，如圖4所示。其中：返回的數據類型有3種：第1種是返回查詢的狀態信息；第2種是返回設置命令的確認信息，沒有開始字和校驗字；第3種是返回報警信息，如果是報警信息，則把數據發送給監控中心的同時，還將發送給值班人員。

2.2.2 監控中心的程序設計

在本系統中，監控中心采用VB語言進行編程，PC機與GSM通信模塊之間通過AT指令進行通信。圖5是監控中心程序流程圖。

主程序通過按鈕選擇分成初始化設置子程序、發送查詢命令子程序、接收數據子程序和修改用戶信息子程序4個部分。

初始化設置子程序首先通過串口發送AT指令對監控中心的GSM通信模塊初始化，其次對遠程監控點初始化。初始化遠程監控點命令發送后，程序會自動轉向接收數據子程序模塊，等待接收確認信息，如果確認信息是錯誤的，則可重新發送初始化命令。對遠程監控點的設置只要一次，不必每次運行軟件都設置。

發送查詢命令子程序根據UPS的類型分成查詢單進單出UPS子程序、查詢三進單出UPS子程序和查詢三進三出UPS子程序3部分。主要功能是發送查詢命令給遠程監控點，以獲取需要的狀態信息。同樣，發送命令后，轉向接收數據子程序，等待數據返回。

接收數據子程序主要用于接收遠程監控點返回的數據。UPS可能隨時發生故障，因此，在不進行其他操作的情況下，接收數據子程序總是運行的，這樣可及時得到遠程監控點返回的報警信息。接收數據子程序會把接收到的有用信息存進數據庫，作為歷史記錄。

修改用戶信息子程序主要用來設置打開此軟件的用戶名和密碼，防止不法人員登錄進行破壞性操作。

由于每臺UPS都配備一張SIM卡，因此本系統通過SIM卡來識別UPS。在此系統中，事先把SIM卡號碼存進數據庫，通過循環的方式可以同時對多臺UPS進行設置和發送查詢命令，給管理帶來極大的方便。本系統采用單字節讀取串口緩沖區，如果短消息到來而系統又在發送數據，則先把短消息編號存進數組，等空閑之時再根據短消息編號自動去讀取短消息，從而實現群發群收的功能。由于SIM卡存儲的短消息數量有限，因此數據一旦存進數據庫，程序就自動發送命令把SIM卡上的短消息刪除。

3 遠程監控點的系統設計

3.1 遠程監控點的硬件設計

遠程監控點主要由GSM通信模塊、單片機和UPS組成。單片機主要有兩個功能：一是控制GSM通信模塊收發短消息；二是查詢UPS的工作狀態。由于單片機傳輸的是TTL電平，而GSM通信模塊和UPS傳輸的是RS-232電平，因此在單片機與GSM通信模塊之間、單片機與UPS之間用芯片MAX232進行電平轉換。硬件原理圖如圖6所示。

從圖6可以看出，這個系統中要用到兩個串口，而AT89S52只有1個串口，如何解決呢?在本系統中用P3.2，P3.3來模擬串口的功能，從而解決問題。

由于單片機窄閑時就要查詢UPS是否有故障，因此必須存儲用來查詢UPS工作狀態的命令。不同類型的UPS有不同的命令，若把這些命令存儲在程序存儲器中，不同型號的UPS就要用不同的監控模塊，這樣就降低了監控模塊的通用性。在本系統中用了一塊AT24C04型E2PROM，只要監控中心把查詢UPS工作狀態的命令發過來，遠程監控點就把這些命令存入AT24C04。這樣，單片機就可從AT24C04中取出這些命令去查詢UPS，也就是說，監控模塊可以用于不同型號的UPS。至于監控模塊用于監控何種UPS，只要通過監控中心設置就行，顯然這種方案提高了通用性。

單片機與AT24C04通過I2C通信。AT24C04除了存放查詢UPS工作狀態的命令外，還用來存儲監控中心和值班人員的SIM卡號碼。

3.2 遠程監控點的軟件設計

遠程監控點主要是單片機編程，采用匯編語言。匯編語言具有速度快、效率高等優點，可以提高系統的響應速度。本系統編程較復雜。

程序運行后，首先對GSM通信模塊進行初始化，接著判斷AT24C04中是否已經存儲了監控中心的電話號碼和用來查詢UPS工作狀態的命令。如果已經存儲了，則把這些信息讀取出來，如果還沒有這些信息，則不作操作，等待監控中心發送命令設置。

監控中心任何時刻都可能給遠程監控點發送命令，顯然用查詢的辦法來判斷短消息是否到來很浪費資源，因此，本系統采用中斷的方式，即有短消息到來時就發生中斷，并設置標志位。因此，在初始化后進入主循環，首先通過標志位來判斷是否有新的短消息到來。如果有新的短消息，則通過瀆取短消息頭來判斷短消息類型；如果足設置類短消息，則做相應的設置，并發送確認信息給監控中心，然后返回主程序；如果是監控中心發來的查詢命令，則查詢UPS狀態，并把UPS返回的數據發送給監控中心，然后返叫主程序。

大部分時間，監控中心不會發送命令過來，這時就不需要處理新的短消息，而轉去查詢UPS的工作狀態。如果UPS沒有發生故障，則返回的數據是正常的，這時單片機不做任何操作，返回主程序。如果UPS發生故障，單片機就控制GSM通信模塊，把故障信息發送給值班人員和監控中心，這樣值班人員就可以及時到現場對UPS進行維修，把損失降到最低，而監控中心把所有的故障信息和狀態信息都存人數據庫。

4 結束語

現有的GSM網絡技術成熟、運行穩定、覆蓋面廣。對于數據流量不大、監控點分散的數據采集系統，利用GSM網絡的SMS來傳送數據，具有永遠在線、不需撥號、價格便宜等優勢，可以大大地節省人力、物力和財力。本系統只要通過適當的修改就可以用于其他遠程監控系統，具有一定的推廣價值。