焦作大学信息工程学院 邢文生

基于浏览器和GSM卡流量的潜水泵远程控制保护系统

焦作大学信息工程学院 邢文生

为了实现手机远程检测和控制潜水泵，本文设计了基于单片机、HTML和GSM卡的远程潜水泵控制系统，阐述了系统的整体设计方案、硬件设计和软件设计。系统的潜水泵端以单片机为处理器，使用压力传感器检测水流压力，以SIM900A模块为通信模块，通过HTTP协议，使用手机卡的流量与远程WEB服务器通信。手机控制端使用浏览器访问WEB服务器，可以远程控制潜水泵运行。系统使用方便，稳定性和可靠性高，有较高的实用价值和应用前景。

SIM900；GSM；HTTP协议；潜水泵

引言

潜水泵在农业灌溉、工厂生产广泛使用。传统的控制方式是人工直接给潜水泵通电，有两大弊端：①需要人工进行送电和断电，需要付出人力；②潜水泵工作时，需要水淹没潜水泵给潜水泵降温。如果水位低，水没有淹没潜水泵，潜水泵可能会发热损坏；③如果水泵的三相电缺相，潜水泵不出水但会过度发热，水泵可能会发热损坏。

随着网络和现代通信技术的不断发展，智能手机都支持浏览器访问WEB网站，浏览器支持标准HTTP协议。使用HTTP协议的控制系统，不需要安装其他应用软件，与硬件平台无关。

本系统通过智能手机的浏览器，发出启动、停止潜水泵的命令。浏览器同时能够接收到潜水泵控制端返回的数据，包括潜水泵工作状态和出水压力等数据。系统能够在水流压力不正常情况下，关闭潜水泵。

1.系统整体设计

控制系统设计如图1所示，由单片机主控模块、通信模块、压力检测模块、潜水泵驱动模块组成。

图1 系统整体设计

1.1 单片机主控模块

主控模块采用TC12LE5A60S2单片机为主控芯片，控制系统的核心，实现的功能如下：①系统参数的设置及储存，如设置SIM900A的接收频率、功耗大小、工作模式等参数；②与SIM900A模块通过串口连接，使用标准AT命令，控制SIM900A模块信息的接收和发送，信息传输使用HTTP协议；③与压力传感器连接，接收传感器值，并判断出水泵工作状态。如果水泵水压不正常，关闭水泵，并发送信息到手机；④与固态继电器连接，控制潜水泵的启动与停止。

1.2 通信网络模块设计

通信网络采用SIMCom公司的SIM900A作为通信芯片。SIM900A是一款尺寸紧凑型、高可靠性的无线模块，采用SMT封装的双频GSM/GPRS模块解决方案。模块使用工业标准界面，以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。

SIM900A通信模块，支持HTTP协议，使用GSM卡与WEB服务器通信。支持标准的AT命令，单片机通过串口控制SIM900A模块的信息传输。

SIM900A支持短信收发、文本和PDU模式、嵌入型TCP/UDP协议、FTP/HTTP协议。其中HTTP协议是浏览器或其他程序与Web服务器之间的应用层通信协议，手机浏览器支持该协议。本系统使用HTTP协议实现SIM900A与WEB服务器的通信。

SIM900A通信模块安装GSM手机卡后，可以使用手机卡的流量与WEB网站进行信息传输。GSM手机信号覆盖范围广，使用GSM手机卡作为通信方式有下面优点：①不需要架设无线WIFI，适合潜水泵在野外安装作业；②使用手机卡流量与WEB服务器通信，与手机短信比较费用比较低；③GSM手机信号覆盖范围广。

1.3 压力检测及保护系统设计

系统使用压力传感器检测水流压力，并通过压力值判断水泵出水状态。

潜水泵没有专门的风扇来散热，工作时所产生得热量靠的就是其工作环境中的水来散热的，所以潜水泵工作时应该全部在水中。如果没有水，潜水泵会因散热不好而起热烧毁。如果潜水泵供电有问题（缺相），潜水泵不出水，而且大量发热，电机损毁。如果供水的高度是否超出潜水泵的扬程，电机只运转而不出水。使用传感器检测是否出水，如果不出水关闭潜水泵并在手机端提醒。

1.4 水泵启动与停止控制模块设计

固体继电器的输入端是3-24V信号，输出端是0-380V交流电。单片机输出启动或停止控制信号，控制信号决定固态继电器的通断，进而控制潜水泵。如果是三相电水泵，加交流接触器进行控制。

2.系统硬件设计

硬件设计如图2所示，包括单片机、SIM900A、手机卡、压力传感器、固态继电器等部分。

图2 系统硬件设计

单片机选择STC12LE5A60S2，工作电压为3.3V。该单片机是增强型高速8051 单片机，指令及引脚完全兼容8051，有8个AD转换引脚，2个串口[6]。

SIM900A模块电源为3.1～4.6 V，GSM_ANT引脚外接天线，15～18引脚接SIM卡。单片机与SIM900A模块通信采用串口方式，SIM900A模块的TXD、RXD引脚与单片机串口连接，实现WEB数据的收发[1]。

系统选用电压输出的压力传感器，检测水流压力。单片机已经包含有8路A/D转换器[6]，选用P1.0引脚作为压力传感器的A/D转换。

按键1与按键2配合，实现参数设置，如访问密码，动作延时时间等参数。

使用固态继电器，能够使用单片机的控制信号控制220V交流电的通断。固态继电器是开关器件，输入端是单片机引脚的控制信号，输出端是480V以下的交流电，输出控制电流选择20A。

3.通信软件设计

软件开发包括网站设计、传感器信息采集、GSM通信软件设计等。GSM通信软件编写如下：

3.1 编辑发送AT指令函数

单片机与SIM900A模块通信采用串口方式，使用标准AT指令[2]。实现AT指令的代码如下：

3.2 初始化ISM900A模块

代码如下：

Second_AT_Command("ATE0"); //取消回显

Second_AT_Command("AT+CIPSHUT");//关闭移动场景

Second_AT_Command("AT+CREG?");//查询GPRS网络注册状态

Second_AT_Command("AT+CGATT?",1,40);//附着GPRS业务网络

Second_AT_Command("AT+SAPBR=3,1,"Contype","GPRS"");// 设置网络参数

Second_AT_Command("AT+SAPBR=3,1,"APN","UNINET"");//设置接入点名称（联通卡为例）

Second_AT_Command("AT+SAPBR=1,1",;// 打开承载

Second_AT_Command("AT+HTTPTERM");

Second_AT_Command("AT+HTTPINIT",1,40);//初始化HTTP

Second_AT_Command("AT+HTTPPARA="CID");// 设置承载上下文标括识

3.3 访问WEB网站和接收网站返回信息

首先准备要访问的网站的URL网址（支持域名），例如HTTP://www.xxx.xom/sb.asp?a=2.7&b=3。域名后面的“a=2.7”表示上传潜水泵压力信息到WEB服务器，“b=3”表示上传潜水泵工作状态到WEB服务器。

代码如下：

Second_AT_Command("AT+HTTPPARA="URL","网址""）;//要访问的网站，支持域名

Second_AT_Command("AT+HTTPACTION=0");// 激活HTTP请求，Post方式

Second_AT_Command("AT+HTTPREAD");//设置接收数据显示IP头

delay(2500);//延时一段时间

执行上述代码后，等待一段时间（0.5秒左右），WEB服务器会返回信息。

3.4 通过单片机串口中断接收WEB服务器返回的数数据

发送请求后，WEB服务器返回数据，ISM900A模块通过串口发送给单片机。单片机程序通过串口中断读出数据，该数据包括潜水泵的启动或停止命令。

4.网站设计

web服务器支持HTTP的服务请求。本系统的SIM900A模块和手机浏览器都可以访问WEB服务器，浏览器输入域名后，向服务器发出请求，并将数据存储到服务器和接收服务器返回信息。

以asp为例说明，代码中网址的访问格式如下：http://www.XXX.asp?参数=5。可以是asp、PHP 、aspx等方式访问，参数是需要上传到WEB服务器的参数。

asp网站代码中，返回数据的命令如下：response.write(返回的数据)。

5.结语

本系统能够远程控制潜水泵，节省人力。系统使用GSM卡流量通信，不需要架设WIFI，安装方便。系统直接使用浏览器进行控制，不需要下载安装APP，非常新颖实用。

系统使用SIM900A模块，运行稳定可靠，设计成本较低，具有商业价值。

[1]SIM900A_Hardware_design_V1.03[Z/OL].HTTP://wm.sim.com/documenten.aspx.2016.11.29.SIMCom.

[2]SIM900-HTTP-FTP-AP.pdf[Z/OL].HTTP://wm.sim.com/documenten.aspx.2016.11.29.SIMCom.

[3]甘志伟,闫凯.基于SIM900A的无线数据采集卡设计与实现[J].山西电子技术,2013,(1).

[4]敖麟钦.基于GSM/SMS的信息查询系统设计与实现[J].软件导刊,15.12(2016):77-79.

[5]杨光,兰志光,戴华林.基于STM32和SIM900A车载通讯系统的设计与实现[J].中国民航飞行学院学报,2017,28(3):39-42.

[6]陈勇.单片机原理与应用-基于汇编.C51及混合编程[M].北京:高等教育出版社,2014.

[7]冯昊等.ASP动态网页设计与应用(第2版)[M].北京:清华大学出版社,2016.

邢文生（1969－），男，河南焦作人，控制工程硕士，焦作大学信息工程学院副教授，研究方向：物联网。