一种短信控制的水浸报警系统设计

摘要：为了满足在一些场所的溢水监测需求，利用GSM网络的短信业务实现水浸报警并采用一种算术平均值滤波的软件数字滤波方法抑制电磁干扰。硬件设计中，系统以MSP430单片机为控制器核心，以TC35模块为短信无线收发器，并与水浸检测模块构成了系统的硬件平台。软件设计中，单片机通过UART串口向TC35模块配置AT指令来控制短信的接收与发送，采集水浸检测模块的电压值并存储到单片机寄存器中作为触发报警的条件。实现了短信方式的水浸报警，控制系统的水浸灵敏度调节，添加或删除用户手机号码，以及自定义报警提示内容。系统满足了溢水情况的短信报警需求，具有控制灵活、远程报警的特点。
关键词：GSM；水浸报警；MSP430；软件滤波

0 引言
水浸报警系统多用在仓库、图书馆、住宅等需要在有积水时报警的场所。如在待检测的液体不同等一些特殊的应用上，则需要有可调节灵敏度的报警系统；有的报警系统既要满足现场报警又要满足远程无线报警。
GSM(Global System for Mobile Communications)网络的应用多集中在GSM手机通话和短信业务，短信息服务作为GSM网络的一种基本业务，能够在移动终端问发送和接收短消息，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。现在越来越多的应用产品缩短了人与物之间沟通的距离，对现场的感知能力得到了极大的延伸。无论信道是否拥塞，短信业务提供了稳定的信息传输，因此保证了报警系统的稳定可靠。
本文设计的报警系统应用于生物实验室的溶液溢出检测，实验人员可以通过短信控制报警系统的启动与停用，配置滤波模式，添加新用户以及自定义报警短信内容。当溶液溢出时，报警系统可以及时发送报警短信告知指定的实验人员。短信控制方式充分利用GSM网络的便利从而节省了系统的硬件资源，满足了实验室对于系统的低功耗、体积小等需求。

1 系统硬件结构
1．1 系统结构
报警系统如图1所示，主要由单片机系统模块，GSM模块以及检测模块3部分组成。单片机采用TI公司的MSP430F5438；GSM模块采用西门子公司的TC35；检测模块采用自制的电路板。

1．2 TC35模块
TC35模块是一款双频900 MHz／1 800 MHz的GSM网络调制解调器。TC35模块与外部处理器之间用RS 232串口连接，可以实现在GSM网络应用平台的语音和数据的无线传输。TC35模块的工作电压在3．3～5．5 V之间，发射功率1～2 W。TC35处理器包含了全部GSM协议栈，以UART接口方式与终端设备通信。应用TC35模块开发的系统使用AT指令控制。
1．3 MSP430F5438单片机
MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)公司推出的16位超低功耗单片机，采用精简指令集(RISC)结构，电源电压1．8～3．6 V供电。芯片内集成了丰富的外设，如定时器、比较器、ADC和大量的接口单元，便于应用产品的设计开发。本文采用的MSP430F5438型号单片机，程序存储空间256 KB，16 KB SRAM，工作于16 MHz外部时钟，83个I／O，4个可配置USART以及16通道的12位ADC片内外设。
1．4 浸水检测模块设计
将检测模块的两根导线置于待检测水浸的区域中，如图2所示，点A与ADC的输人端相连，导线在垂直方向的相对高度不同，可以检测不同高度的水位进行报警。当出现水浸时导线浸没在水中形成通路导电，R2为水浸等效电阻。R1的选取应遵循几个原则：首先，保证R1的分压要高于环境干扰电压和ADC采样精度。

实测自来水等效电阻R2为300 kΩ，ADC参考电压2．5 V，采样精度为0．6 mV，环境噪声干扰大约10 mV，因此R2的分压应大于10 mV，可以得出R1的选取阻值应大于400 Ω。其次，应保证ADC输入电阻不要太大。电阻R1／／R2越大，ADC采样时间越长，采样时间满足：
tsample>(Rs+2 kΩ)ln213×40 pF+800 ns (1)
式中Rs为输入电阻，当R1等于100 kΩ时，tsample>36μs。