SMS通信的UPS監(jiān)控系統(tǒng)設計

1、【Word版本下載可任意編輯】 SMS通信的UPS監(jiān)控系統(tǒng)設計引言 近年來，基于公共網絡的通信手段在工業(yè)遠程監(jiān)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開展通信，顯然，這些優(yōu)點是有線網絡難以比較的。 GSM(移動通信系統(tǒng))網絡是目前國內覆蓋范圍廣、應用普遍的無線通信網絡。因此，在構架遠程傳輸系統(tǒng)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(yè)務)開展遠程監(jiān)控的應用很多，例如電力遠程抄表系統(tǒng)、遠程水文監(jiān)控系統(tǒng)、直放站遠程監(jiān)控系統(tǒng)、遠程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、遠程配電監(jiān)測系

2、統(tǒng)以及其他遠程信息查詢系統(tǒng)。SMS適合傳送數據流量較少的場合，而UPS(不間斷電源)的狀態(tài)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(jiān)控系統(tǒng)主要用于監(jiān)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(jiān)控中心配備一名值班人員，就可以對所有的UPS開展監(jiān)控，不但能夠在任何時刻查詢UPS的狀態(tài)信息，還能夠及時得到UPS的故障信息，節(jié)省了人力、物力、財力。 1 系統(tǒng)組成原理和系統(tǒng)實現的功能 1.1 系統(tǒng)組成原理 該系統(tǒng)由監(jiān)控中心、值班人員和遠程

3、監(jiān)控點組成。監(jiān)控中心由PC機和GSM通信模塊組成，監(jiān)控中心只需要1個。遠程監(jiān)控點由監(jiān)控對象和監(jiān)控模塊組成，UPS是監(jiān)控對象，本系統(tǒng)測試使用超過10個的監(jiān)控對象。監(jiān)控模塊由GSM通信模塊和單片機組成，每個監(jiān)控對象都需要一個監(jiān)控模塊。系統(tǒng)原理圖見圖1。 1.2 系統(tǒng)實現的功能 監(jiān)控中心主要有4個功能： a ) 對監(jiān)控模塊開展遠程設置，如設置監(jiān)控模塊返回數據到監(jiān)控中心的SIM卡號碼； b) 發(fā)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(jiān)控點返回的報警信息； d) 存儲UPS的狀態(tài)信息和報警信息。 值班人員的作用是：在UPS發(fā)生故障時，監(jiān)控模塊除了將數據發(fā)送到監(jiān)控中心，還會

4、把數據信息發(fā)送給值班人員，值班人員可以及時趕赴現場，對UPS開展維修，把損失降到。 遠程監(jiān)控點的2個功能是： a) 接收監(jiān)控中心發(fā)送的查詢命令并查詢UPS，然后把UPS返回的數據發(fā)送給監(jiān)控中心； b) 空閑的時間不斷查詢UPS的工作狀態(tài)，以判斷是否發(fā)生故障，如果發(fā)生故障，則把故障信息發(fā)送給監(jiān)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(tǒng)在前期開發(fā)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

5、是符合E-GSM900GSM1800(或E-GSM900GSM1900)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(jiān)控中心的軟件設計 2.2.1 數據傳輸的幀構造 數據傳輸需要遵循一定的協議，也就是要規(guī)定通信的幀構造。本系統(tǒng)使用的數據幀構造有以下兩類： a) 監(jiān)控中心發(fā)送數據給遠程監(jiān)控點的數據幀構造，如圖3所示。其中：命令類型是用來區(qū)分發(fā)送給遠程監(jiān)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(jiān)控點發(fā)送數據給監(jiān)控中心和值班人員的數據幀構造，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

6、態(tài)信息；第2種是返回設置命令確實認信息，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(fā)送給監(jiān)控中心的同時，還將發(fā)送給值班人員。 2.2.2 監(jiān)控中心的程序設計 在本系統(tǒng)中，監(jiān)控中心采用VB語言開展編程，PC機與GSM通信模塊之間通過AT指令開展通信。圖5是監(jiān)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(fā)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(fā)送AT指令對監(jiān)控中心的GSM通信模塊初始化，其次對遠程監(jiān)控點初始化。初始化遠程監(jiān)控點命令發(fā)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

7、誤的，則可重新發(fā)送初始化命令。對遠程監(jiān)控點的設置只要，不必每次運行軟件都設置。 發(fā)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(fā)送查詢命令給遠程監(jiān)控點，以獲取需要的狀態(tài)信息。同樣，發(fā)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(jiān)控點返回的數據。UPS可能隨時發(fā)生故障，因此，在不開展其他操作的情況下，接收數據子程序總是運行的，這樣可及時得到遠程監(jiān)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

8、，防止不法人員登錄開展破壞性操作。 由于每臺UPS都配備一張SIM卡，因此本系統(tǒng)通過SIM卡來識別UPS。在此系統(tǒng)中，事先把SIM卡號碼存進數據庫，通過循環(huán)的方式可以同時對多臺UPS開展設置和發(fā)送查詢命令，給管理帶來極大的方便。本系統(tǒng)采用單字節(jié)讀取串口緩沖區(qū)，如果短消息到來而系統(tǒng)又在發(fā)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(fā)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(fā)送命令把SIM卡上的短消息刪除。 3 遠程監(jiān)控點的系統(tǒng)設計 3.1 遠程監(jiān)控點的硬件設計 遠程監(jiān)控點主要由GSM通信模塊、單片機和UPS組成。

9、單片機主要有兩個功能：一是控制GSM通信模塊收發(fā)短消息；二是查詢UPS的工作狀態(tài)。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開展電平轉換。硬件原理圖如圖6所示。 從圖6可以看出，這個系統(tǒng)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(tǒng)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(tài)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(jiān)控模塊

10、，這樣就降低了監(jiān)控模塊的通用性。在本系統(tǒng)中用了一塊AT24C04型E2PROM，只要監(jiān)控中心把查詢UPS工作狀態(tài)的命令發(fā)過來，遠程監(jiān)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(jiān)控模塊可以用于不同型號的UPS。至于監(jiān)控模塊用于監(jiān)控何種UPS，只要通過監(jiān)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(tài)的命令外，還用來存儲監(jiān)控中心和值班人員的SIM卡號碼。 3.2 遠程監(jiān)控點的軟件設計 遠程監(jiān)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(yōu)點，可

11、以提高系統(tǒng)的響應速度。本系統(tǒng)編程較復雜。 程序運行后，首先對GSM通信模塊開展初始化，接著判斷AT24C04中是否已經存儲了監(jiān)控中心的電話號碼和用來查詢UPS工作狀態(tài)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(jiān)控中心發(fā)送命令設置。 監(jiān)控中心任何時刻都可能給遠程監(jiān)控點發(fā)送命令，顯然用查詢的方法來判斷短消息是否到來很浪費資源，因此，本系統(tǒng)采用中斷的方式，即有短消息到來時就發(fā)生中斷，并設置標志位。因此，在初始化后進入主循環(huán)，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(fā)送確認信息給監(jiān)控中心，然后返回主程序；如果是監(jiān)控中心發(fā)來的查詢命令，則查詢UPS狀態(tài)，并把UPS返回的數據發(fā)送給監(jiān)控中心，然后返叫主程序。 大部分時間，監(jiān)控中心不會發(fā)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(tài)。如果UPS沒有發(fā)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(fā)生故障，單片機就控制GSM通信模塊，把故障信息發(fā)送給值班人員和監(jiān)控中心，這樣值班人員就可以及時到現場對UPS開展