一種短信控制的水浸報警系統設計

摘要：為了滿(mǎn)足在一些場(chǎng)所的溢水監測需求，利用GSM網(wǎng)絡(luò )的短信業(yè)務(wù)實(shí)現水浸報警并采用一種算術(shù)平均值濾波的軟件數字濾波方法抑制電磁干擾。硬件設計中，系統以MSP430單片機為控制器核心，以TC35模塊為短信無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，并與水浸檢測模塊構成了系統的硬件平臺。軟件設計中，單片機通過(guò)UART串口向TC35模塊配置AT指令來(lái)控制短信的接收與發(fā)送，采集水浸檢測模塊的電壓值并存儲到單片機寄存器中作為觸發(fā)報警的條件。實(shí)現了短信方式的水浸報警，控制系統的水浸靈敏度調節，添加或刪除用戶(hù)手機號碼，以及自定義報警提示內容。系統滿(mǎn)足了溢水情況的短信報警需求，具有控制靈活、遠程報警的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：GSM；水浸報警；MSP430；軟件濾波

0 引言
水浸報警系統多用在倉庫、圖書(shū)館、住宅等需要在有積水時(shí)報警的場(chǎng)所。如在待檢測的液體不同等一些特殊的應用上，則需要有可調節靈敏度的報警系統；有的報警系統既要滿(mǎn)足現場(chǎng)報警又要滿(mǎn)足遠程無(wú)線(xiàn)報警。
GSM(Global System for Mobile Communications)網(wǎng)絡(luò )的應用多集中在GSM手機通話(huà)和短信業(yè)務(wù)，短信息服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò )的一種基本業(yè)務(wù)，能夠在移動(dòng)終端問(wèn)發(fā)送和接收短消息，已得到越來(lái)越多的系統運營(yíng)商和系統開(kāi)發(fā)商的重視?，F在越來(lái)越多的應用產(chǎn)品縮短了人與物之間溝通的距離，對現場(chǎng)的感知能力得到了極大的延伸。無(wú)論信道是否擁塞，短信業(yè)務(wù)提供了穩定的信息傳輸，因此保證了報警系統的穩定可靠。
本文設計的報警系統應用于生物實(shí)驗室的溶液溢出檢測，實(shí)驗人員可以通過(guò)短信控制報警系統的啟動(dòng)與停用，配置濾波模式，添加新用戶(hù)以及自定義報警短信內容。當溶液溢出時(shí)，報警系統可以及時(shí)發(fā)送報警短信告知指定的實(shí)驗人員。短信控制方式充分利用GSM網(wǎng)絡(luò )的便利從而節省了系統的硬件資源，滿(mǎn)足了實(shí)驗室對于系統的低功耗、體積小等需求。

1 系統硬件結構
1．1 系統結構
報警系統如圖1所示，主要由單片機系統模塊，GSM模塊以及檢測模塊3部分組成。單片機采用TI公司的MSP430F5438；GSM模塊采用西門(mén)子公司的TC35；檢測模塊采用自制的電路板。

1．2 TC35模塊
TC35模塊是一款雙頻900 MHz／1 800 MHz的GSM網(wǎng)絡(luò )調制解調器。TC35模塊與外部處理器之間用RS 232串口連接，可以實(shí)現在GSM網(wǎng)絡(luò )應用平臺的語(yǔ)音和數據的無(wú)線(xiàn)傳輸。TC35模塊的工作電壓在3．3～5．5 V之間，發(fā)射功率1～2 W。TC35處理器包含了全部GSM協(xié)議棧，以UART接口方式與終端設備通信。應用TC35模塊開(kāi)發(fā)的系統使用AT指令控制。
1．3 MSP430F5438單片機
MSP430系列單片機是美國德州儀器(TI)公司推出的16位超低功耗單片機，采用精簡(jiǎn)指令集(RISC)結構，電源電壓1．8～3．6 V供電。芯片內集成了豐富的外設，如定時(shí)器、比較器、ADC和大量的接口單元，便于應用產(chǎn)品的設計開(kāi)發(fā)。本文采用的MSP430F5438型號單片機，程序存儲空間256 KB，16 KB SRAM，工作于16 MHz外部時(shí)鐘，83個(gè)I／O，4個(gè)可配置USART以及16通道的12位ADC片內外設。
1．4 浸水檢測模塊設計
將檢測模塊的兩根導線(xiàn)置于待檢測水浸的區域中，如圖2所示，點(diǎn)A與ADC的輸人端相連，導線(xiàn)在垂直方向的相對高度不同，可以檢測不同高度的水位進(jìn)行報警。當出現水浸時(shí)導線(xiàn)浸沒(méi)在水中形成通路導電，R2為水浸等效電阻。R1的選取應遵循幾個(gè)原則：首先，保證R1的分壓要高于環(huán)境干擾電壓和ADC采樣精度。

實(shí)測自來(lái)水等效電阻R2為300 kΩ，ADC參考電壓2．5 V，采樣精度為0．6 mV，環(huán)境噪聲干擾大約10 mV，因此R2的分壓應大于10 mV，可以得出R1的選取阻值應大于400 Ω。其次，應保證ADC輸入電阻不要太大。電阻R1／／R2越大，ADC采樣時(shí)間越長(cháng)，采樣時(shí)間滿(mǎn)足：
tsample>(Rs+2 kΩ)ln213×40 pF+800 ns (1)
式中Rs為輸入電阻，當R1等于100 kΩ時(shí)，tsample>36μs。