基于GSM通信的監(jiān)控提醒系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙銘琥

目前，各類文電收發(fā)系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于政府及企業(yè)，用于傳遞文電信息，但因無法做到人員全日值守，造成文電信息處理的遲滯，本監(jiān)控提醒系統(tǒng)能在文電系統(tǒng)接收到文電后，利用GSM的短信業(yè)務(wù)，以發(fā)送提示短信的方式，及時(shí)準(zhǔn)確的提醒工作人員處理文電，有效的解決了信息處理的遲滯，本系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)全日值守接收文電的崗位有著重大意義。

系統(tǒng)由兩部分組成，即運(yùn)行于計(jì)算機(jī)終端的文電監(jiān)控軟件和外接于計(jì)算機(jī)的短信收發(fā)模塊。文電監(jiān)控軟件有效的檢測監(jiān)控文電系統(tǒng)的文電的接收情況，并向短信收發(fā)模塊發(fā)送控制指令，短信收發(fā)模塊在收到的控制指令后，對(duì)其解析并完成提示短信的發(fā)送。下面分別介紹文電監(jiān)控軟件和短信收到模塊的設(shè)計(jì)。

1 文電監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)

文電監(jiān)控軟件通過監(jiān)控檢測文電系統(tǒng)收到文電后播放的提示音文件的調(diào)用情況，來判斷文電系統(tǒng)是否收到文電。軟件整體分為界面和后臺(tái)兩個(gè)部分。界面部分采用傳統(tǒng)形式的MFC程序進(jìn)行開發(fā)，后臺(tái)采用模塊的方式進(jìn)行開發(fā)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

界面部分為UI模塊，主要負(fù)責(zé)界面的展示和用戶的配置。后臺(tái)部分主要分為輪訓(xùn)模塊、文件檢測模塊、串口發(fā)送模塊、Sqlite數(shù)據(jù)庫模塊、配置文件模塊六個(gè)模塊。輪詢模塊主要負(fù)責(zé)定時(shí)發(fā)送消息給文件檢測模塊；文件檢測模塊主要負(fù)責(zé)檢測文件是否被調(diào)用，并調(diào)用串口發(fā)送模塊向短信收發(fā)模塊發(fā)出控制指令。

界面模塊：界面部分可以采取QT、MFC以及網(wǎng)頁等多種方式進(jìn)行開發(fā)。QT的優(yōu)勢：優(yōu)秀的跨平臺(tái)特色，面向?qū)ο?，豐富的API，并支持2D/3D圖形渲染及OpenGL，開發(fā)文檔豐富，同時(shí)還支持XML。

MFC的優(yōu)勢：開發(fā)簡單，使用方便。網(wǎng)頁的優(yōu)勢：跨操作系統(tǒng)，界面美觀。因QT和網(wǎng)頁開發(fā)相對(duì)復(fù)雜且涉及專業(yè)知識(shí)較多，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要選用相對(duì)簡單易用的MFC進(jìn)行文電監(jiān)控軟件的開發(fā)?？紤]到后續(xù)軟件界面切換的需求，將所有后臺(tái)部分封裝在不同的動(dòng)態(tài)庫中，界面部分單獨(dú)制作成一個(gè)可執(zhí)行文件。

輪詢模塊：輪詢模塊作為后臺(tái)部分的重要模塊，負(fù)責(zé)發(fā)送定時(shí)消息給文件檢測模塊讓其進(jìn)行文件檢測操作。從技術(shù)層面有多種方式可供選擇，如通過ACE中反應(yīng)器的定時(shí)器，boost的asio庫以及MFC的setTimer來實(shí)現(xiàn)。對(duì)比之下，ACE中的反應(yīng)器高效，但ACE庫太過龐大，而MFC中的setTimer因軟件設(shè)計(jì)考慮，需將界面部分獨(dú)立出來，為了后續(xù)能實(shí)現(xiàn)快速與網(wǎng)頁或QT的切換，軟件采用boost的asio來實(shí)現(xiàn)輪詢的控制。

文件檢測模塊：文件檢測模塊主要負(fù)責(zé)檢測作戰(zhàn)值勤系統(tǒng)提示音文件是否被占用。軟件采用獲取文件句柄的方式來判斷提示音文件是否被占用，當(dāng)提示音文件被占用時(shí)，調(diào)用fopen是無法得到文件句柄，根據(jù)文件句柄是否為空來判斷當(dāng)前要檢測的提示音文件的占用情況。

軟件將其封裝成一個(gè)函數(shù)，當(dāng)消息觸發(fā)時(shí)，調(diào)用此函數(shù)判斷結(jié)果，從而判斷被檢測文件的占用情況，并觸發(fā)串口發(fā)送模塊發(fā)送控制命令。

串口發(fā)送模塊：串口發(fā)送模塊是軟件和硬件的交互模塊，軟件采用boost asio的serial port來實(shí)現(xiàn)，并將boost asio serial_port度封裝成一個(gè)類庫，使用程序后期的維護(hù)和開發(fā)。

數(shù)據(jù)庫模塊：數(shù)據(jù)庫模塊用以存儲(chǔ)文電監(jiān)控軟件觸發(fā)告警信息，軟件采用Sqlite的本地存儲(chǔ)方式來解決，通過c++庫中CppSqlite來操作Sqlite，使用事務(wù)的方式提高插入速度，并采用ACE的讀寫鎖來保護(hù)數(shù)據(jù)的安全，防止多線程操作數(shù)據(jù)庫時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

因SQLite具有跨平臺(tái)、操作簡便等特點(diǎn)，軟件數(shù)據(jù)庫模塊使用Navicat for SQLite軟件，完成數(shù)據(jù)庫的開發(fā)。

配置文件模塊：Libxml2是C語言下的一個(gè)XML的程序庫，能夠簡單方便的對(duì)XML文件內(nèi)容做各類操作，并且支持XPATH查詢，為了后續(xù)軟件的維護(hù)和管理便利，選擇使用libxml2的庫來操作XML，軟件將用戶配置信息保存在XML文件中，可以在軟件啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)讀取配置信息，免去了重復(fù)軟件配置的工作。

2 短信收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)

短信收發(fā)模塊的功能是實(shí)現(xiàn)短信的發(fā)送，主要由主控制器C8051F930單片機(jī)、SIM900A模塊、電平轉(zhuǎn)換電路、AT24C02存儲(chǔ)芯片、電源電路等組成。

SIM900A：目前工程上廣為應(yīng)用的短信模塊有兩種，分別是以SIMCOM公司生產(chǎn)的SIM900A芯片為核心的模塊和以西門子公司生產(chǎn)的TC35芯片為核心的模塊。對(duì)兩款芯片配套設(shè)計(jì)相應(yīng)的外圍電路，即可以實(shí)現(xiàn)短信收發(fā)功能，使用簡單方便，但因TC35芯片的供貨量較小，考慮到提示系統(tǒng)后期的推廣應(yīng)用、擴(kuò)大生產(chǎn)，本系統(tǒng)選用SIM900A芯片。

單片機(jī)：模塊設(shè)計(jì)中單片機(jī)的選用，降低了PC機(jī)直接與短信模塊進(jìn)行通信時(shí)上位機(jī)軟件的開發(fā)難度，通過RX、TX引腳可方便實(shí)現(xiàn)其與短信模塊的通信，利用豐富的應(yīng)用例程，靈活簡便實(shí)現(xiàn)了各種控制需求。C8051F930單片機(jī)由CPU進(jìn)行主控，含有24個(gè)全雙工的I/O口，包含一個(gè)擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)，支持多個(gè)中斷源，每個(gè)中斷源有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，64Kb的ISP FLASH用于程序存儲(chǔ)，CIP-51 8051控制器核是芯片的核心部件，它控制著指令程序在整個(gè)芯片中的良好運(yùn)行。

串口通信電路：計(jì)算機(jī)的通信分為兩種，一種為并行一種為串行。并行的特點(diǎn)是速度快、效率高，但所用的線數(shù)多、可靠距離短，不適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膽?yīng)用。而串行通信只需一根線就能快速穩(wěn)定的通信，而且成本低，在以單片機(jī)作為主控器的控制電路中，因其占用引腳資源少，所以本提示系統(tǒng)的短信收發(fā)模塊均采用串口異步通訊方式，在滿足通信需求的情況下方便配置使用。

為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間的正常通信，必須將其CMOS電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，系統(tǒng)采用MAX3232芯片來完成兩種電平之間的轉(zhuǎn)換。

存儲(chǔ)電路：本提示系統(tǒng)需要存儲(chǔ)值班員手機(jī)號(hào)碼以及相應(yīng)短信內(nèi)容，為緩解單片機(jī)存儲(chǔ)空間的有限，須為系統(tǒng)連接存儲(chǔ)設(shè)備，這里選用ATMEL公司推出的兩線行的控制芯片AT24C02，存儲(chǔ)容量為2K，用以滿足系統(tǒng)存儲(chǔ)需要，實(shí)現(xiàn)讀寫功能。

電源電路：由于整個(gè)系統(tǒng)工作電流要求較高，所以采用開關(guān)類型的電源芯片進(jìn)行穩(wěn)壓供電，輸入電壓DC+為12V，經(jīng)過穩(wěn)壓后為系統(tǒng)提供輸出+5V的穩(wěn)定電壓，再通過穩(wěn)壓電路將5V轉(zhuǎn)成3.3V的系統(tǒng)工作電壓，為單片機(jī)、SIM900A、EEPROM等電路模塊進(jìn)行供電。

狀態(tài)指示燈電路：為了系統(tǒng)在后期的使用維護(hù)中方便可靠，需要通過一定的標(biāo)識(shí)來判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)，有必要為系統(tǒng)設(shè)置指示燈電路，而SIM900A芯片自身提供了指示燈接口，即時(shí)顯示當(dāng)前SIM卡的信號(hào)狀態(tài)。電路設(shè)計(jì)采用灌電流的方式，LED一端接VCC，另一端通過電阻接至芯片引腳完成對(duì)單片機(jī)和SIM900A兩個(gè)核心芯片的狀態(tài)監(jiān)控。

單片機(jī)控制程序設(shè)計(jì)：當(dāng)模塊開機(jī)后，單片機(jī)進(jìn)行初始化控制操作，完成SIM900A、SIM卡、串口等設(shè)備的初始化，并等待SIM900A模塊進(jìn)行正常工作狀態(tài)，當(dāng)收到SIM900A正常工作的（下轉(zhuǎn)第201頁）（上接第78頁）信息后，單片機(jī)進(jìn)入循環(huán)掃描狀態(tài)，即循環(huán)掃描觸發(fā)端口是否有控制命令收到，如果收到觸發(fā)命令，即控制GSM模塊，將預(yù)先設(shè)定好的短信內(nèi)容，發(fā)送到指定工作人員手機(jī)上。

將設(shè)計(jì)完成的單片機(jī)控制程序?qū)憜纹瑱C(jī)，即可以完成整個(gè)短信收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)。

在實(shí)際操作應(yīng)用中，我們通過文電監(jiān)控軟件，設(shè)置監(jiān)控文電系統(tǒng)收到文電后播放的提示音文件，當(dāng)收到文電后，文電系統(tǒng)調(diào)用提示音提示時(shí)，文電監(jiān)控軟件即可監(jiān)控到來電信息，并向預(yù)告設(shè)置好的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送提示短信，通知工作人員來處理文電。

[責(zé)任編輯：劉展]