基于SIM900A的物联网短信报警系统

　　0 引言 

　　目前，随着物联网技术在我国的推广及快速发展，在对象的智能标签、环境监控和对象跟踪、对象智能控制等很多方面都有了实际应用系统。在环境监控应用方面，现有的大多数系统通过WSN网络可以完成对环境动态信息的采集并通过上位机显示，用户可以方便地在远程计算机终端访问网络来完成对现场环境的监控并完成环境信息报警功能，但是此类系统都需要配置联网计算机，对用户产生部分限制。本系统除了具有以上功能外，还支持手机用户，系统可以根据用户设置的环境参数阈值来进行短信报警，将报警信息发送到用户指定手机，极大地缓解了地理位置对用户的约束，使用户不必时刻守在计算机旁监测报警信息；除此之外本系统还具有余额提醒功能，当系统内物联网报警网关的SIM卡余额不足时及时提醒用户进行充值，防止系统因资费问题而瘫痪造成经济损失。

　　1 系统功能 

　　基于SIM900A模块的物联网短信报警系统如图1所示，以农业温室应用环境为例，系统由温室内的温湿度无线采集节点、物联网报警网关、GSM／GPRS／3G基站、互联网服务器、用户终端(互联网计算机或手机)构成。图中的虚线指信号传输的无线模式。其中温室内通过WSN网络实现传感器节点与物联网报警网关的无线通信，物联网报警网关通过GSM／GPRS／3G无线网络与用户终端完成无线通信。 

　　系统工作过程为温室内传感器节点采集温室内温湿度数值，通过WSN网络无线发送到物联网报警网关上，网关利用SIM900A模块通过基站将温湿度数值发送到互联网服务器上，互联网计算机用户和手机用户可以分别通过Internet和GPRS／3G来完成对温室环境的监控。除此之外，物联网报警网关可以根据用户设定的温湿度阈值通过GSM网络将报警信息直接发送到手机用户指定手机上，方便用户进行及时采取措施。物联网报警网关自动定期通过AT指令发送余额查询短信并将余额不足的报警信息及时发送给用户。 

　　用户可以通过计算机或者手机来访问服务器网站来设定对需要报警温室相关环境参数的阈值，设置界面如图2所示。设置信息保存后互联网服务器将此信息通过GPRS／3G网络发送到物联网报警网关，网关将其存入FLASH内。 

　　2 系统硬件设计 

　　系统内的物联网短信报警网关硬件组成如图3所示，在本地功能上来讲，由LCD液晶显示屏、继电器控制、按键、LED指示灯、SD卡存储、RTC实时时钟、以太网接口等部分构成；从通信功能上来讲，由WSN通信部分和GPRS通信部分构成；系统由6 V／4 AH铅酸电池供电，由于考虑到有些温室环境没有外接市电，故在电源部分采用9 V／5 W太阳能电池板结合充电电路给6 V／4 AH铅酸电池供电。 

　　控制器采用STM32F103芯片，其内核为ARM32位的CortexTM-M3 CPU，具有2个12位A／D转换器，7通道DMA，多达80个I／O口，7个定时器，具有2个I2C接口、3个USART接口、2个SPI接口、CAN接口以及USB全速接口，由于其具有睡眠、停机和待机3种模式，功耗在休眠时可以做10μA，所以非常适合在本物联网报警系统中使用。
GSM／GPRS通信部分采用SIMCOM公司的SIM900A模块来实现，SIM900A是一个专门为中国大陆市场设计的双频GSM／GPRS模块，工作频段为：EGSM 900 MHz和DCS 1800MHz。SIM900A支持GPRS multi-slot class 10／class 8(可选)和GPRS编码格式CS-1，CS-2，CS-3和CS-4。模块尺寸只有24 mm×24 mm×3 mm，几乎可以满足所有用户应用中的对空间尺寸的要求，例如M2M，数据传输系统等。具有68个贴片引脚，键盘和SPI接口，音频输入和输出，可编程GPIO等。SIM900A采用省电技术设计，在SLEEP模式下电流只有1．0 mA。其内嵌TCP／IP协议，在数据传输方面非常有用。 

　　GSM／GPRS通信电路结构如图4所示，由天线、天线阻抗匹配电路、SIM卡电路、ESD静电保护电路和电源控制器组成。其中，SIM900A通过其串口1与STM32F103的串口0进行数据通信；电源控制部分通过STM32F103的GPIO来控制IRFR9024芯片(N构造MOSFET)使能，控制系统适时进入休眠模式，关断SIM900A电源来降低功耗；ESD静电防护采用SMF05C芯片进行SIM卡数据保护；阻抗匹配电路利用APPCAD仿真软件进行50 Ω传输线匹配，保证信号强度。