GSM网络是目前国内覆盖范围最广，应用最普遍的无线通信网络，具有覆盖面广、可靠性高、延时短等特点。其中短消息业务（SMS）使用GSM网络的公共控制信道传输用户分组信息，短消息的传送是通过短消息业务中心（SMSC）存储和发送的，短消息业务在GSM网络中以数据报的方式在移动设备（MS）和短消息业务中心（SMSC）之间交换用户数据，当出现网络故障使用户数据不能到达对端的移动台（MS）时，SMSC对短消息进行存储，在网络故障恢复时转发短消息，实现了对用户数据的保护。每个短消息的信息量最高为140个8位组，当使用7-bit编码时，可以最多发送160个字符，因此特别适用于单个业务数据量不大、但数据控制点多的远程控制系统。本文以油田抽油机为实际应用背景，介绍了基于GSM短消息业务的开关磁阻电机调速系统远程控制的架构和具体实现。
2 系统结构
本系统的核心部分是微控制器AT89C51和GSM无线通信模块MC35i。其中外围电路用于开关磁阻电机调速系统工作状态采集，采用的是8位逐次逼近模数转换器，用于控制信息的给定采用的是12位串行数模转换器，同时扩展了外部存储器。具体框图如图1所示。
图1 系统框图
2.1 开关磁阻电机
开关磁阻电机（SRM）是调速系统中实现机电能量转换的部件，为双凸极可变磁阻电动机，其定转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成。转子无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组可串联或并联构成一对磁极，称为“一相”。SRM可以设计成多相结构，且定、转子的极数有多种不同的搭配。相数多，步距角小，有利于减小转矩脉动，但结构复杂，且主开关器件多，成本高。因此电机定、转子的极数应当按使用的场合合理确定。
2.2 开关磁阻电机调速系统
开关磁阻电机调速系统是控制开关磁阻电机的中枢,作用是综合处理速度指令、速度反馈信号及电流传感器、位置传感器的反馈信息，控制功率变换器中主开关器件的工作状态，同时检测故障信号等，以实现对SRM运行状态的控制。主要由功率变换器、控制器、位置检测器等部分构成。
2.3 SRD工作状态的采集过程
SRD工作状态的采集过程负责对从电机的调速系统（SRD）中采集启停信息、正反转信息、转速信息、过压、过流信息等，对于信息的处理我们采用的芯片是8位逐次逼近模数转换器TI公司的4通道串行A/D转换芯片TLC0834，该芯片有可输入配置的多通道多路器和串行输入输出的方式。由该芯片的工作时序可知，TLC0834在输出以最高位（MSB）开头的数据流后，由以最低位（LSB）开头重输入一遍前面的数据流。DI端只在多路器寻址时被检测，而此时DO端仍为高阻状态，经过一个时钟周期后，DO端才开始在时钟上升沿时读出数据，所以，在设计电机调速系统工作状态的信息采集电路时，为了节省I/O资源，采用单片机AT89C51的一个I/O口连接DO和DI来实现。
2.4 控制信息的给定过程
故障信息出现时，为了及时对电机的主控制器进行调整，例如改变电机的转速，由于转速信号是电压模拟量，因而选用MAXIM公司的12位串行D/A芯片MAX539，它具有低功耗的优点，为MAX539提供基准电压的是MAX873，输出电压+2.5V，从而限定了MAX539的电压输出范围是0～+2.5V，可外接一个比例运算放大器用于准确的调整转速，实现对故障信息的处理。
2.5 单片机与通信模块通信过程：
（1） 通信模块电源部分
给模块提供供电电源，电压范围是3.3～4.8V，当MC35i模块启动后，经过几秒的延时，模块开始搜索网络，这时需要超过2A的驱动电流，如果驱动不足，会引起模块的突然掉电；因此这里选择TI公司的稳压芯片LM2576，电压稳定在4V左右，最大提供电流为3A，可以避免当模块搜索网络时驱动电流不足的问题，但在实验中发现仍会出现有时模块掉电的现象，所以在电压输出端并联一个大电容,起蓄流的作用,也能起到提高驱动电流的作用，解决了这个问题。
（2） 单片机与通信模块的通信过程
单片机与通信模块是通过串口通信的方式进行信息传输的，如图2，通信模块MC35i的16～23引脚数据输入/输出端的8个引脚分别为DSR0，RING0，RXD0，TXD0，CTS0，RTS0，DTR0，DCD0，它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300～115000bps之间可以选择，为了和开关磁阻电机调速系统正常地进行通信，这里选择1200bps作为数据传输的波特率，硬件握手信号用RTS/CTS，模块串口支持标准的AT命令集。单片机的串口要和MC35i模块串口相连，但由于MC35i 模块的串口高电平是3.3V，单片机的串口高电平为5Ｖ，因此16～23脚不能直接和单片机相连，采用TI公司的电平转换芯片LVC245可以解决上述问题。
模块的24-29管脚为SIM卡引脚，分别为CCIN，CCRST，CCIO，CCCLK，CCVCC，CCGND，其中CCIN引脚用于检测SIM卡插槽中SIM卡是否插入正常，如果正常插入，CCIN脚会输出高电平，如果插入异常，CCIN引脚会维持低电平，模块会在CCCLK的周期下定时检测SIM卡，因此CCIN脚会定时出现一个跳变；CCVCC引脚是MC35i模块为SIM卡提供的供电电源，3.3V左右。
为了简化电路，可以把CCIN与CCVCC引脚始终相连，使CCIN引脚始终为高电平，这样MC35i模块就会默认为SIM卡永远存在，避免了对SIM卡检测的过程。
图2 通信模块外围接口电路
3 系统功能实现
3.1 实现的功能流程
本系统实现的设计流程框图如图3所示：其中用户端采用手机设备，利用中国无线通信网络和远程控制系统的SIM卡建立数据联系通道，向应用于油田抽油机的开关磁阻电机发送控制信息，控制其启动停止、设定转速等参数；同时又接受来自开关磁阻电机的运行状态、故障信息等参数，实现远程控制的目的。如图3所示。
图3 系统实现的设计流程
在本系统中，用户主要通过短消息的方式来向远程电机发送信息，通过已经设定好的特定信息内容代表特定的指令，如用户发送“1234500”，则代表起动电机，如发送“12345110500”，则代表设定电机的转速为500转/min等。当然信息内容也可以设定为中文的内容，如发送“起动”代表起动电机，更为直观简洁。本设计采用这种中文的方式来进行控制。
收发短消息一共有三种模式，Block Mode，TEXT Mode，PDU Mode。Block Mode需要手机厂家提供驱动支持，使用TEXT Mode收发短信代码简单，实现起来十分容易，但最大的缺点是不支持中文，目前PDU Mode已经取代了Block Mode，并且支持中英文短信，因而相对于Block Mode和TEXT Mode有很大的优势，应用也最广泛。但三种模式的发送方式都是采用AT命令来实现。
贺氏公司是最早生产调制解调器的厂商，那时的调制解调器用到AT指令，后来的厂商生产的调制解调器都与贺氏公司兼容，所以发送命令给调制解调器时，必须用到AT指令，MC35i通信模块其实也是调制解调器，单片机和MC35i模块通信必须用到AT指令。AT命令的基本格式是：AT+命令字符及相关参数+回车符，AT是帧头。对于本系统用到AT指令主要有（如表１所示）：
表１ 系统所用ＡＴ指令
发送AT指令要以ASICII码的形式，每一条AT指令之后，都要加回车符，串口返回的应答信号也是ASICII码的格式。比如‘A’的ASCII编码为41H，‘T’的ASCII编码为54H，数字‘0’的ASCII编码为3OH等。
3.2 软件设计
软件的设计主要采用节约单片机资源和实现功能的原则，进行最小化的设计，实现远程控制和信息的基本功能，同时又给其它信息处理留出了空间。
系统初始化是设置单片机的波特率为1200 bps（保证和开关磁阻电机控制器单片机正常通信），并设置工作方式为1，并设置7、8秒的延时以保证模块正常的搜索到网络，然后初始化模块MC35i，设置通过发送AT命令来执行。首先发送AT，若模块返回“OK”，表明单片机和MC35i模块连接正确，设置短消息中心发送AT+CSCA=“+8613800100500”（以北京为例）指令，然后发送“AT+CMGF=0”指令设置短消息的格式为PDU方式，在PDU模式下，可以采用三种编码方式对发送的内容进行编码，它们分别为7bit编码，8bit编码和UCS2编码。7bit编码用于发送普通的ASICII字符，它将一串7bit的字符（最高位为0）编码成8bit的数据，每8个字符可压缩成7个；
8bit编码常用于发送数据信息，如图片和铃声等；而UCS2编码用于发送Unicode字符；本系统中采用的是UCS2编码方式，以用户端发送中文“起动”后，远程控制接受到编码进行处理，并发送“起动成功”给用户端为例，来说明该编码的方式，则要发送的过程如下：
首先对发送的数据进行编码，然后发送“AT+CMGS=20”，等待从网络接收到“<”，在后面紧跟编码后的数据为：0891683108101005F011000B913164216959F10008A7088D7752A86210529F编码的含义如表2所示。
表2 编码含义
同时利用串口通讯，编程实现远程控制系统和开关磁阻电机控制器的控制信息给定和电机运行状态的反馈，实现远程的信息给定和采集。
本系统已经建好试验平台，功能已经实现，并经过系统的测试，确保了系统的可靠性和稳定性，以减少在恶劣工作环境中的故障率。
4 结束语
利用GSM的短消息实现远程控制的最大好处在于它的灵活性，可在移动环境下、恶劣环境下使用，可使用普通手机实现远程控制和电机运行状态的接收，可实现多点到多点的双向控制，成本低廉[5]，尤其是像油田抽油机的恶劣的工作环境，更能节省很大的人力及物力。不过，SMS也有其不足之处，就是发送的信息量有限，稳定性受网络信号影响很大，因此，根据实际的应用需要，现在正考虑采用GPRS作为信息传输平台，采用上位机界面的方式来实现远程控制和信息采集。
参考文献：
[1]程龙兴，胡协和，冯冬芹，黄文君.基于短消息的远程数据采集系统.仪表技术与传感器，2005（1）.
[2]TLC0834C,8位串行控制模数转换器，武汉力源电子股份有限公司.
[3] 栗霖，路勇.基于GSM通信模块的远程控制.工业控制计算机，2006，19（7）:25-26，28.
[4] Siemens Inc,MC35i Hardware Interface Description,2001.
[5] 张贵明.gsm/sms实现远程控制与报警的研究与设计，四川师范大学学报.2004，1.
