基于GSM语音通话的远程故障报警系统设计

第３１卷第３期２０１４年９月河　北　省　科　学　院　学　报Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｈｅｂｅｉ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　ＳｃｉｅｎｃｅｓＶｏｌ．３１Ｎｏ．３Ｓｅｐ．２０１４收稿日期：２０１４－０６－０５作者简介：幺伦韬，男，硕士，工程师．文章编号：１００１－９３８３（２０１４）０３－００１１－０４基于ＧＳＭ语音通话的远程故障报警系统设计幺伦韬１，杨雷斌２，蒋　涛１，梁如意１，霍晓勇３（１．河北省气象技术装备中心，河北石家庄　０５００２１；２．河北省承德市气象局，河北承德　０６７０００；３．国家广播电影电视总局九五一台，河北石家庄　０５００００）摘　要：随着气象观测设备自动化程度的提高，目前大多数气象要素实现了自动化观测，减轻了人工劳动负担。

为了保证数据的准确性，在设备出现故障时，需要及时的发现和处理。

基于ＧＳＭ语音通话的远程故障报警系统安装部署方便，且线路拓展方便，具有不受活动范围限制和实时性高的特点，对于无人值守和要求快速响应的应用场合尤为适用，保证了设备的可靠运行。

关键词：ＧＳＭ远程；语音；报警中图分类号：ＴＰ３１１ 文献标识码：ＡＤｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｒｅｍｏｔｅ　ｆａｕｌｔ　ａｌａｒｍｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＧＳＭ　ｖｏｉｃｅ　ｃａｌｌｓＹＡＯ　Ｌｕｎ－ｔａｏ１，ＹＡＮＧ　Ｌｅｉ－ｂｉｎ２，ＪＩＡＮＧ　Ｔａｏ１，ＬＩＡＮＧ　Ｒｕ－ｙｉ　１，ＨＵＯ　Ｘｉａｏ－ｙｏｎｇ３（１．ＨｅｂｅｉＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００２１，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｅｂｅｉＣｈｅｎｇｄｅＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｃｈｅｎｇｄｅ　０６７０００，Ｈｅｂｅ，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｔａｔｅ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒａｄｉｏ，Ｆｉｌｍ　ａｎｄ　Ｎｉｎｔｈ　ｏｎｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００００）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｄｅｇｒｅｅ，ｍｏｓｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ａｕｔｏｍａｔｅｄ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｆｉｎａｎｃｉａｌ　ｂｕｒｄｅｎ　ｏｎｔｈｅ　ｍａｎｕａｌ　ｌａｂｏｒ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄａｔａ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆａｉｌｕｒｅ，ｎｅｅｄ　ｔｉｍｅｌｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｒｅｍｏｔｅ　ｆａｕｌｔ　ａｌａｒｍ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＧＳＭ　ｖｏｉｃｅ　ｅａｓｙ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ａｎｄｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｌｉｎｅ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｉｓ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ，ｗｉｔｈｏｕｔ　ｂｅｉｎｇ　ｌｉｍｉｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｃｏｐｅ　ｏｆ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｆｏｒ　ｕｎａｔｔｅｎｄｅｄ　ａｎｄ　ｉｓ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ　ａｐｐｌｉｃａ－ｂｌｅ，ｑｕｉｃｋ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ａｒｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｄ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧＳＭ；Ｒｅｍｏｔｅ；Ｖｏｉｃｅ；Ａｌａｒｍ０　引言随着气象观测设备自动化程度的不断提高，目前大多数的气象要素实现了自动化观测，减轻了人工劳动负担，提高了工作效率。

但对尽早发现设备故障并修复研究的不多，目前各类故河北省科学院学报２０１４年第３１卷障报警系统［１］多数采用的报警手段通常为现场声光报警和短信报警。

在有人值守的情况下，现场声光报警能够很好地提醒故障的发生，然而气象观测的自动化对人的约束已经越来越低，尤其对于台站人员而言，设备故障只是偶尔才会发生一次，因此无人值守是大势所趋，所以现场声光报警将不能满足要求［２］。

短信报警虽然不限制人的活动范围，然而也有其缺点：一是短信有延迟，电信运营商对短信的吞吐效率虽然很高，然而在短信发送到高峰期，还是很明显地感觉到短信的堵塞。

二是无法获知短信是否已被阅读了，也就是无法保证报警信息已经传达给工作人员。

本文采用ＧＳＭ语音通话技术建立了一套远程故障报警平台，通过对系统整体结构和软硬件的设计，实现了对故障信息的语音报警功能。

该系统通过ＧＳＭ语音通话方式自动给工作人员打电话通知报警信息，弥补了现场声光报警和短信报警中存在的一些缺点，同时系统还能够以标准接口方式对其他系统提供服务，用户可以根据需求向语音报警平台推送各种报警信息，方便应用，提高工作效率。

１　ＧＳＭ技术概述ＧＳＭ是全球移动通信系统（Ｇｌｏｂａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｍｏｂｉｌｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）的简称，是由欧洲电信标准组织ＥＴＳＩ制订的一个数字移动通信标准。

它的空中接口采用时分多址技术。

自９０年代中期投入商用以来，ＧＳＭ是当前应用最为广泛的移动电话标准，较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的［３］。

ＧＳＭ模块是将ＧＳＭ射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、ＧＳＭ射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。

ＧＳＭ模块具有发送ＳＭＳ、语音通话、传真和ＧＰＲＳ数据传输等基于ＧＳＭ网络进行通信的所有基本功能［４］。

本文基于ＧＳＭ网络覆盖面积广，使用人数多的优点，通过ＧＳＭ语音电话方式进行远程报警。

在本系统中上位机采用ＡＴ指令集通过计算机的串口与ＧＳＭ模块进行通信，控制拨号，并将语音送给模块的语音输入端，达到语音通话的目的。

２　系统设计远程故障报警系统系统主要实现的功能有：电话自动拨号与挂断功能、文字转换语音功能、提供对外服务接口功能、保存报警信息功能。

包括硬件集成和软件设计两部分，硬件部分主要包括ＧＳＭ通讯模块及辅助工作电路等。

软件部分包括ＧＳＭ模块控制、语音转换、服务接口、数据队列、记录日志等部分，系统结构示意图见图１。

２．１　系统硬件集成ＧＳＭ模块可选用Ｗａｖｅｃｏｍ　Ｍ１２０６ＧＳＭ／ＧＰＲＳ　ＭＯＤＥＭ模块，该模块采用法国Ｗａｖｅ－ｃｏｍ公司生产的Ｑ２４０６Ｂ芯片，是双频ＧＳＭ调制解调器［５］（ＥＧＳＭ９００／１８００ＭＨｚ或ＥＧＳＭ９００／１９００ＭＨｚ），适用于数据，传真，短信息及话音应用。

提供的接口为ＲＳ２３２串口和通过小型Ｓｕｂ－Ｄ１５插头连接器的音频接口。

用ＡＴ命令作为控制指令（ＧＳＭ０７．０７及０７．０５），串口通信比特率由３００至１１５２００ｂｉｔｓ／ｓ，可以用电脑或者单片机通过串口（ＲＳ２３２控制该模块实现短信接收、发送和语音功能。

２１第３期幺伦韬等：基于ＧＳＭ语音通话的远程故障报警系统设计图１　系统结构示意图图２　硬件结构示意图系统的硬件由ＧＳＭ通讯模块及辅助工作模块组成，由于ＧＳＭ模块集成有标准的ＲＳ２３２通信接口，因此可直接通过串口线与计算机连接。

通过电源模块，将交流２２０Ｖ转换为模块所需的３．３～４．５Ｖ直流电。

语音报警信息通过计算机的声卡模拟端输出至模块的模拟音频输入端。

另外还需要有一张能够使用的ＳＩＭ卡，插在模块的卡槽中，即完成了硬件的准备，硬件结构示意图见图２。

图３　系统软件流程图２．２　系统软件设计软件整体主要由以下几个模块组成：服务接口、ＧＳＭ控制、语音转换、队列管理、任务控制、记录日志等模块。

系统软件流程图见图３。

２．２．１　服务接口设计服务接口采用两种方式：数据库接口和ＵＤＰ通信接口。

数据库方式可以将报警信息写入指定数据库，报警平台定时从数据库中读取报警信息。

本平台采用ＭＳＳＱＬ关系数据库，具有网络访问功能，可以远程写入报警信息。

ＵＤＰ通信方式提供了一种更加灵活方便的接口，其他用户只需要将报警信息按照本平台设定的格式通过ＵＤＰ协议推送到指定的ＩＰ地址和端口即可，报警平台接收到报警信息后将其加入任务队列发送。

２．２．２　ＧＳＭ模块控制本文主要是操作ＧＳＭ模块实现语音通话功能，一次操作的任务为呼叫值班员、值班员接通后传送语音、语音结束后挂断。

ＧＳＭ模块控制的流程比较简单，但是具体实现较为复杂，在控制硬件时，经常会出现一些３１河北省科学院学报２０１４年第３１卷未知问题，需要做相应的处理。

控制硬件主要使用ＡＴ指令，同时通过返回的信息来控制下一步操作，本系统用到的呼叫控制ＡＴ指令见表１。

表１　呼叫控制ＡＴ指令表命令命令说明参数说明返回值及说明ＡＴＤ＜ｎｂ＞建立会话＜ｎｂ＞为被叫号码ＯＫ，呼叫成功；ＢＵＳＹ，被叫方忙；ＮＯ　ＣＡＲＲＩＥＲ，呼叫建立失败。

ＡＴＨ呼叫挂起ＡＴＡ呼叫应答２．２．３　语音转换语音转换采用微软的语音开发包实现，当然如果想实现更好的语音转换效果，可以使用硬件语音芯片来转换。

本系统建议采用微软语音开发包［６］（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｓｐｅｅｃｈ　ＳＤＫ５．１），这个ＳＤＫ中包含了语音应用设计接口（ＳＡＰＩ）、连续语音识别引擎（ＭＣＳＲ）以及语音合成（ＴＴＳ）引擎等，它其中的ＴＴＳ（ｔｅｘｔ－ｔｏ－ｓｐｅｅｃｈ）引擎可以用于实现语音合成，我们通过ＴＴＳ引擎可以分析文本内容并且将其朗读出。

２．２．４　队列管理由于通过硬件语音报警，不可能报警信息一次性发送出去，其他的任务要使用队列存储来实现缓存，然后根据先进先出的原则，逐个执行任务，同时执行后的任务将其删除，新任务需要添加。

所以要管理好任务队列，否则会出现漏任务或重复任务，同时在软件实现时，要控制还内存的分配和回收，以防出现内存泄漏。

２．２．５　任务控制任务控制负责从任务队列中取得一个报警任务，根据任务信息控制ＧＳＭ模块呼叫相应号码，呼叫接通后，调取语音转换模块将报警信息转换成语音并通过ＧＳＭ模块传送到呼叫号码，语音传送结束后，结束本次任务，并通知队列管理模块清除该任务。

３　总结利用语音信道比短信信道优先级别高、实时性好的特点，采用ＧＳＭ语音模式建立了一套远程语音报警系统，通过对系统软硬件的设计，实现了以接口方式对外提供服务，用户也可以根据需求向语音报警平台推送各种报警信息，克服了短信固有的延时性缺点，实现比短信报警更加有效的远程报警，尤其在高响应级别报警的情况下，语音报警的作用更加明显，提高了报警的可靠性，在实际应用中，语音报警可作为短信报警的有效补充。

参考文献：［１］　张杰，张亚娟等．基于嵌入式系统的网络故障检测报警系统［Ｊ］．内蒙古大学学报，２００９，（３）．［２］　柏佳，姜世杭等．基于ＧＳＭ的报警控制系统设计［Ｊ］．农业装备技术，２０１２，（１０）．［３］　丁继刚．ＧＳＭ短信温度报警系统的设计与应用［Ｊ］．山东煤炭科技，２０１３，（１）．［４］　何华斌．基于嵌入式ＧＳＭ模块的水文监测系统的设计［Ｊ］．现代电子技术，２０１２，３５（８）：７３－７４．［５］　Ｌｉ　Ｙｕｎｌｏｎｇ　Ｐｅｉ　Ｙａｎａｎ．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ｒｏｏｍ　Ｅｎｖｉｒｏｍｅｎｔ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｍｏｎｉｔｅｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＧＳＭ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　＆Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．２００９，０７．［６］　秦铁．利用微软ＴＴＳ引擎实现语音报警系统［Ｊ］．黑龙江气象，２００９，（２）．４１。