單片機在實訓(xùn)室遠(yuǎn)程管理中的應(yīng)用

方建華 范軍

摘要：實訓(xùn)室通常由專人管理，為了方便管理員能遠(yuǎn)程監(jiān)控實訓(xùn)室，本文設(shè)計了基于單片機的實訓(xùn)室遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)以單片機STC89C52為核心，利用通信性能較好的GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)，通過手機收發(fā)短消息，接收門控傳感器和熱釋電模塊信息，了解實訓(xùn)室及人員活動情況，并控制繼電器實現(xiàn)遠(yuǎn)程關(guān)門等管理功能。本文主要闡述該系統(tǒng)的基本組成及其電路工作原理。

關(guān)鍵詞：單片機；GSM網(wǎng)絡(luò)；SIM900A；閉門器

為便于管理員及時查看實訓(xùn)室的情況，本管理系統(tǒng)選用手機收發(fā)短消息的方式來完成對實訓(xùn)室的遠(yuǎn)程監(jiān)控。在該系統(tǒng)中，控制器需要體積小，I/O接口電路簡單，實時性強，而單片機作為檢測控制領(lǐng)域的微型計算機[1]且功能齊全，故選用單片機完成實訓(xùn)室管理系統(tǒng)的控制設(shè)計。在遠(yuǎn)程通信方面，GSM（全球移動通信系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于監(jiān)控領(lǐng)域，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域性能穩(wěn)定，通信誤差極小[2]，GSM的短消息業(yè)務(wù)通過無線控制信道進行傳輸，其原理簡單，安全保密性高，不需要組建專用維護網(wǎng)絡(luò)，所以選用GSM短消息業(yè)務(wù)來實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸控制是可行的[3]。因此本系統(tǒng)與常規(guī)的管理方式相比，顯示出一定的優(yōu)越性，且操作簡單、實時性強、安全可靠。

一、總體方案設(shè)計

本設(shè)計是用單片機控制GSM模塊采集和控制遠(yuǎn)程設(shè)備信息的無線通信控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是以STC89C52單片機為核心部件，通過對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、GSM、輸出控制等模塊的設(shè)計，實現(xiàn)房門關(guān)閉、人員活動信息的自動采集、無線傳輸、繼電器控制等功能。

整個系統(tǒng)由單片機模塊、房門關(guān)閉及人員活動信息采集模塊、GSM通信模塊和輸出控制模塊組成。系統(tǒng)的整體方案框圖如圖1所示。

二、系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計

1. 單片機的選用

采用STC89C52單片機。它是8位的微處理器芯片，內(nèi)置3個定時/計數(shù)器。它帶有8KB的閃存空間，可以通過電擦除，便于程序的修改調(diào)試。它的兼容性很好，與8051等其他型號單片機兼容，結(jié)構(gòu)簡單且價格便宜?？赏ㄟ^外圍電路和GSM模塊實現(xiàn)短消息的接收發(fā)送。

2.無線通信模塊的選擇

GSM模塊主要負(fù)責(zé)收發(fā)短消息，通過單片機串口發(fā)送AT指令來實現(xiàn)，指令的內(nèi)容均為代碼，接收的短信采用PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）模式，由轉(zhuǎn)換軟件翻譯，方便操作和理解[4-5]。SIM900A具備GSM/GPRS 900/1800MHz功能，可實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸，且性價比較高，故選用SIM900A作為無線通信模塊。

3.人體紅外傳感器

它是利用熱釋電效應(yīng)原理制成的一種傳感產(chǎn)品，對溫度變化敏感。如有人非法闖入房間可觸發(fā)熱釋電器產(chǎn)生突變電信號，輸入單片機可控制蜂鳴器觸發(fā)，實現(xiàn)防盜報警功能。

4.門控傳感器

可用微動開關(guān)作為門控傳感器，用于閉門器中跟隨連接桿運動的滑塊壓住開關(guān)，反饋位置信號給單片機，實現(xiàn)對房門閉合情況的監(jiān)測。

5.閉門器

選用電動閉門器，控制信號由管理員以手機短消息形式發(fā)出，經(jīng)GSM模塊接收后，通過串口與單片機通信，控制繼電器吸合，其常開觸點接通閉門器的電源，實現(xiàn)遠(yuǎn)程關(guān)閉房門。

6.系統(tǒng)軟件流程設(shè)計

本系統(tǒng)運用模塊化編程思想，采用C語言進行編程，主要對各種傳感器采集信號進行檢測，在滿足條件時產(chǎn)生中斷，生成報警信息，并用短消息形式發(fā)送到管理員手機中，在接收到管理員發(fā)送的短消息后，通過串口與單片機通信，并控制繼電器動作。

三、系統(tǒng)測試

將閉門器安裝在實訓(xùn)室房門上，下載相應(yīng)的程序后進行調(diào)試。按下面板上的布防開關(guān)，門控開關(guān)檢測到房門未關(guān)閉，反饋給單片機識別后，對應(yīng)發(fā)送手機AT指令通過串口寫入GSM，由GSM以短消息形式遠(yuǎn)程發(fā)送到管理員手機。管理員看到信息后，編輯控制指令（以短消息形式）發(fā)送至GSM模塊，經(jīng)單片機解析后控制繼電器觸點接通，閉門器動作，實現(xiàn)關(guān)門。同理，防盜測試亦是由傳感器觸發(fā)后以短消息的形式告之管理員。

四、結(jié)語

基于單片機的實訓(xùn)室遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的設(shè)計，是對當(dāng)前實訓(xùn)室管理方法的補充和完善，單片機和GSM模塊的應(yīng)用克服了傳統(tǒng)管理系統(tǒng)中布線施工的耗費大、工期長、系統(tǒng)維護繁瑣的弊端，管理員通過手機接發(fā)短消息就可以實現(xiàn)對實訓(xùn)室不間斷地監(jiān)控，可靠性高，且系統(tǒng)實施價格低廉，極具推廣性和應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1] 王靜霞.單片機基礎(chǔ)與應(yīng)用（C語言版）[M].北京：高等教育出版社，2016.

[2] 謝維成，楊加國.單片機原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[3] 皮波，姚振東，廖政炯，等.基于GSM通信技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2015（10）：76-79.

[4] 李楠，張華衛(wèi).基于單片機和SIM900A的智能家居控制系統(tǒng)研究[J].自動化與儀器儀表，2017（3）：187-189.

[5] 霍濤，賈振堂.基于STM32和SIM900A的無線通信模塊設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子設(shè)計工程，2014（17）：106-110.