CN110087202B

CN110087202B - 工业级4g全网通短信及电话振铃报警终端及其报警方法

Info

Publication number: CN110087202B
Application number: CN201910427096.2A
Authority: CN
Inventors: 张国强
Original assignee: Tangshan Kaifeng Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Tangshan Kaifeng Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2021-09-07
Anticipated expiration: 2039-05-22
Also published as: CN110087202A

Abstract

本发明公开了一种工业级4G全网通短信及电话振铃报警终端及其报警方法，其报警终端由中央处理器单元、4G全网通调制解调器单元、SIM卡单元、开关输入状态检测单元、模拟量采集单元、开关量输出控制单元、电平转换单元、通信接口单元、LED指示灯单元、内外电源监测及电源无缝切换单元、看门狗控制单元、电源管理单元及锂电池充电管理单元组成；其报警方法包含以下步骤：（1）设备参数设置；（2）加电初始化；（3）检测并进入短信发送就绪状态，事件发生时启动短信报警和电话振铃提醒。本发明能同时向多人发送报警短信并及时提醒短信的接收对象；设备检测信号多样、报警短信内容可灵活设置等优点。

Description

工业级4G全网通短信及电话振铃报警终端及其报警方法

技术领域

本发明涉及报警装置，确切地说是工业级4G全网通短信及电话振铃报警终端及其报警方法。

背景技术

4G通信技术是第四代移动通信技术的简称，G是generation（一代）的简称。4G通信系统能够以100Mbps的速度下载，比目前的GSM/CDMA拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的各种要求。4G通信系统兼容2G、3G的网络通信及短信功能，也就是说在4G网络信号不好的地方，可以自动切换到3G网络甚至2G网络，最大限度满足用户对语音、短信和数据通信的服务要求。

短信(short message service,简称SMS)作为一种点到点的移动通信方式，由于其方便，快捷，性价比高，无需连接数据网络等特点，使得短信报警终端在工业、农业、养殖业等无人值守或危险岗位的应用中越来越普遍，同时对短信报警的准确率也提出了更高的要求。设备每次接收和发送短信的字符数是160个英文或数字字符或者是70个中文字符。

传统的短信报警器一般只具有单一的网络制式，比如中国移动的GSM或中国联通的GSM或中国电信的CDMA，因此用户购买的单模终端设备在使用时就可能会与当地运营商网络信号的覆盖产生冲突，比如有些地方中国移动的信号较强，有些地方中国电信的信号较强，从而使得用户不能针对实际情况灵活选择最佳的网络运营商服务；2G网络短信发送延时较大；由于生产厂商的技术问题导致短信发送的失败率较高；不能同时向多人发送报警短信；不能及时提醒短信的接收对象(尤其是重要事件的发生)；设备检测信号单一；报警短信内容无法灵活设置；未使用后备电池或使用了后备电池未进行低功耗处理导致后备电池使用时间变短等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工业级4G全网通短信及电话振铃报警终端及其报警方法，其通过双电源供电的24小时无人值守的4G全网通短信&电话振铃多功能报警终端，以满足用户在全国范围内根据当地网络信号覆盖情况灵活选择合适的运营商服务，并对现场仪器仪表的AC220V交流电及多路开关量状态进行实时监测，一旦监测状态发生变化，将按照预先设定好的短信内容、短信目的号码依次进行短信报警和重复性电话振铃提醒，用户可以通过报警短信的内容及时掌握现场的情况和快速启动相应的应急措施，从而实现了用户对无人值守现场的无线远程实时监控。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种工业级4G全网通短信及电话振铃报警终端，包括中央处理器单元、SIM卡单元，所述的中央处理器单元通过电平转换单元与4G全网通调制解调器单元连接，4G全网通调制解调器单元与SIM卡单元联接；中央处理器单元分别与开关输入状态检测单元、模拟量采集单元、开关量输出控制单元、电平转换单元、通信接口单元、LED指示灯单元、内外电源监测及电源无缝切换单元、看门狗控制单元及电源管理单元电连接，电源管理单元与锂电池充电管理单元电连接。

本发明的各模块的具体设置及其作用如下：

中央处理器单元(MSP430F149IPM)：主要负责对以上各个单元进行有序协调，通过串口AT指令与4G 全网通调制解调器进行短信数据的接收和发送以及电话振铃动作，以达到设备在使用过程中的各种性能。

4G 全网通调制解调器单元(EC20 R2.1)：该单元与中央处理器的串口之间通过电平转换电路进行AT指令数据的交互；该单元与网络基站之间通过4G全网通高增益天线进行空中数据的交互。

SIM卡单元(移动/电信/联通)：用户可以根据现场的网络覆盖情况来选择最佳的网络运营商的SIM卡。

开关输入状态检测单元(TLP181)：主要通过光耦隔离的方式对现场开关量输入状态的检测，即开关通断检测。

模拟量采集单元(LM2904)：主要通过模拟隔离和中央处理器单元的ADC接口进行模拟量数据的采集。

开关量输出控制单元(ULN2003A)：主要通过中央处理器的IO口来驱动ULN2003A的逻辑门来控制继电器的线圈进行常开触点及常闭触点的动作。

电平转换单元(NC7WZ07)：主要用于匹配中央处理器的3.3V逻辑接口电平与4G调制解调器1.8V的逻辑接口电平。

通信接口单元(RS485&TTL)：主要为系统提供了标准的485、TTL接口，方便系统和现场的仪器仪表及短信内容等数据对接。

LED指示灯单元(LED)：主要用来指示整个系统的电源、工作状态、网络状态、信号强度等，方便用户通过指示灯来查看设备的工作状态和故障诊断。

内外电源监测及电源无缝切换单元(LTC4412)：主要用于监测外部直流电是否断开，一旦断开马上将系统电源无缝切换到锂电池供电。

看门狗控制单元(TPS3823-33DBVR)：主要为整个系统提供一个额外的监控需求，当整个系统处于异常状态时，看门狗电路可以复位并重新启动整个系统。

电源管理单元(LM2596S-ADJ)：主要为整个系统提供稳定的电源需求，尤其要满足4G 调制解调器在短信数据发射时的瞬间大电流的需求。

锂电池充电管理单元(TP4056)：主要用于在外部直流电供电的情况下，对可充电锂离子电池进行恒流-恒压充电管理。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：

（1）外部直流电源和内部锂电池双电源供电的24小时无人值守的4G全网通短信&电话振铃多功能报警终端，以满足用户在全国范围内根据当地网络信号覆盖情况灵活选择合适的运营商服务，并对现场仪器仪表的AC220V交流电及多路开关量状态进行实时监测，一旦监测状态发生变化，将按照预先设定好的短信内容、短信目的号码依次进行短信报警和重复性电话振铃提醒，直到电话被接通(电话接通被视为用户已经查阅报警短信内容)，电话被接通3秒后，终端将自动挂断电话，然后结束本次报警的电话振铃操作，用户可以通过报警短信的内容及时掌握现场的情况和快速启动相应的应急措施，从而实现了用户对无人值守现场的无线远程实时监控。

（2）终端单元使用美国德州仪器超低功耗微处理器MSP430F149IPM与上海移远通信技术股份有限公司的4G LTE CAT4全网通模组：EC20 R2.1搭配使用，从而很好的解决了传统终端设备普遍存在的短信发送延时较大、功耗高、运营商信号覆盖不均、不能灵活选择网络服务商等问题。

（3）采用工业级设计，可以工作在-40℃~80℃的工业现场，通过RS485或TTL接口（每种接口均具有600W瞬间脉冲功率的抑制功能）与现场各种仪器仪表设备进行对接，实现数据的远程采集和短信内容的设置等。

（4）电源管理芯片采用美国国家半导体的LM2596S-ADJ，电源电压输入范围DC：5V~30V，完全兼容工业现场常用电源，且电源入口具有600W瞬间脉冲功率的抑制功能。

（5）双电源供电，支持中国移动/中国联通/中国电信三家网络运营商的短信服务、电话振铃服务和数据服务，支持主电源和备用电源切换时的短信报警和电话振铃通知，支持3路开关量断开时的短信报警和电话振铃通知。

进一步优选的技术方案如下：

所述的开关输入状态检测单元通过光耦隔离对现场开关量输入状态的检测。

所述的模拟量采集单元通过模拟隔离对模拟量数据采集。

所述的通信接口单元设有标准的485、TTL接口。

所述的LED指示灯单元指示整个系统的电源、工作状态、网络状态、信号强度。

所述的内外电源监测及电源无缝切换单元监测外部直流电是否断开，一旦断开马上将系统电源无缝切换到锂电池供电。

工业级4G全网通短信及电话振铃报警终端的报警方法，包含以下步骤：

（1）设备参数设置，通过通信接口进行相关数据的设置，包括短信报警目的号码、每种事件及对应的短信报警内容、每种事件触发短信报警的延时时间、重复电话振铃的时间间隔；

（2）加电后首先对各外围电路进行初始化；

（3）通过串口以AT指令及IO控制的方式来控制4G全网通调制解调器，包括调制解调器的开/关机、AT指令检测、SIM卡检测、短信数据格式设置、网络注册、信号强度查询、短信列表查询、短信发送、短信接收及处理、电话振铃拨打及自动挂断；当短信列表查询成功后，设备即进入短信发送就绪状态，同时状态指示灯由一秒一闪变为常亮状态，此时当设备检测步骤（1）所设定的事件发生时启动短信报警和电话振铃提醒。

工业级4G全网通短信及电话振铃报警终端的报警方法，所述的启动短信报警和电话振铃提醒的具体步骤如下：

（1）向预先设置的一个或多个短信报警号码依次发送相应事件的短信报警内容；

（2）在短信发送完成后，设备将依次向设置的短信报警号码进行30秒的电话振铃提醒，如果第一个短信报警号码的电话振铃未被接通，则进行第二个短信号码的电话振铃提醒，如果仍未被接通则以此类推，直到其中的某一个短信报警号码的电话振铃被接通，电话接通被视为短信报警内容已被用户负责人查阅，电话在接通3秒后自动挂断，设备将结束本次报警的电话振铃提醒服务；

（3）如果步骤（2）中第一轮所有短信报警号码的电话振铃均未接通，则设备在默认的拨号失败间隔60秒后，进行第二轮的短信报警号码的电话振铃提醒服务，以此类推直到某一个短信报警号码的电话振铃被接通为止。

工业级4G全网通短信及电话振铃报警终端的报警方法，所述的设备参数设置中，事件包括：（1）主电源切换到备用电源；（2）备用电源切换到主电源；（3）第一路开关量断开; （4）第二路开关量断开；（5）第三路开关量断开。

本装置及方法通过MCU丰富的外部接口与其它各单元电路进行有机结合来实现对现场各种事件进行相应的短信报警和电话振铃通知，以方便用户及时掌握现场情况和快速启动相应的应急措施。

附图说明

图1是本发明的框架结构示意图。

附图标记说明：1－中央处理器单元；2－4G 全网通调制解调器单元；3－SIM卡单元；4－开关输入状态检测单元；5－模拟量采集单元；6－开关量输出控制单元；7－电平转换单元；8－通信接口单元；9－LED指示灯单元；10－内外电源监测及电源无缝切换单元；11－看门狗控制单元；12－电源管理单元；13－锂电池充电管理单元。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

参见图1可知，本发明的一种工业级4G全网通短信及电话振铃报警终端，由中央处理单元1、4G 全网通调制解调器单元2、SIM卡单元3、开关输入状态检测单元4、模拟量采集单元5、开关量输出控制单元6、电平转换单元7、通信接口单元8、LED指示灯单元9、内外电源监测及电源无缝切换单元10、看门狗控制单元11、电源管理单元12及锂电池充电管理单元13组成；中央处理单元1通过电平转换单元7与4G全网通调制解调器单元连接，4G全网通调制解调器单元与SIM卡单元3联接；中央处理单元1分别与开关输入状态检测单元4、模拟量采集单元5、开关量输出控制单元6、电平转换单元7、通信接口单元8、LED指示灯单元9、内外电源监测及电源无缝切换单元10、看门狗控制单元11及电源管理单元12电连接，电源管理单元12与锂电池充电管理单元13电连接。

本发明的各模块的具体设置及其作用如下：

中央处理单元1(MSP430F149IPM)：主要负责对以上各个单元进行有序协调，通过串口AT指令与4G 全网通调制解调器进行短信数据的接收和发送以及电话振铃动作，以达到设备在使用过程中的各种性能。

4G 全网通调制解调器单元2(EC20 R2.1)：该单元与中央处理器的串口之间通过电平转换电路进行AT指令数据的交互；该单元与网络基站之间通过4G全网通高增益天线进行空中数据的交互。

SIM卡单元3(移动/电信/联通)：用户可以根据现场的网络覆盖情况来选择最佳的网络运营商的SIM卡。

开关输入状态检测单元4(TLP181)：主要通过光耦隔离的方式对现场开关量输入状态的检测，即开关通断检测。

模拟量采集单元5(LM2904)：主要通过模拟隔离和中央处理单元1的ADC接口进行模拟量数据的采集。

开关量输出控制单元6(ULN2003A)：主要通过中央处理器的IO口来驱动ULN2003A的逻辑门来控制继电器的线圈进行常开触点及常闭触点的动作。

电平转换单元7(NC7WZ07)：主要用于匹配中央处理器的3.3V逻辑接口电平与4G调制解调器1.8V的逻辑接口电平。

通信接口单元8(RS485&TTL)：主要为系统提供了标准的485、TTL接口，方便系统和现场的仪器仪表及短信内容等数据对接。

LED指示灯单元9(LED)：主要用来指示整个系统的电源、工作状态、网络状态、信号强度等，方便用户通过指示灯来查看设备的工作状态和故障诊断。

内外电源监测及电源无缝切换单元10(LTC4412)：主要用于监测外部直流电是否断开，一旦断开马上将系统电源无缝切换到锂电池供电。

看门狗控制单元11(TPS3823-33DBVR)：主要为整个系统提供一个额外的监控需求，当整个系统处于异常状态时，看门狗电路可以复位并重新启动整个系统。

电源管理单元12(LM2596S-ADJ)：主要为整个系统提供稳定的电源需求，尤其要满足4G 调制解调器在短信数据发射时的瞬间大电流的需求。

锂电池充电管理单元13(TP4056)：主要用于在外部直流电供电的情况下，对可充电锂离子电池进行恒流-恒压充电管理。

（2）加电后首先对各外围电路进行初始化；

本实施例的优点在于：

（6）通过MCU丰富的外部接口与其它各单元电路进行有机结合来实现对现场各种事件进行相应的短信报警和电话振铃通知，以方便用户及时掌握现场情况和快速启动相应的应急措施。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims

1.一种工业级4G全网通短信及电话振铃报警终端，其特征在于：由中央处理单元、4G全网通调制解调器单元、SIM卡单元、开关输入状态检测单元、模拟量采集单元、开关量输出控制单元、电平转换单元、通信接口单元、LED指示灯单元、内外电源监测及电源无缝切换单元、看门狗控制单元、电源管理单元及锂电池充电管理单元组成；中央处理单元通过电平转换单元与4G全网通调制解调器单元连接，4G全网通调制解调器单元与SIM卡单元联接；中央处理单元分别与开关输入状态检测单元、模拟量采集单元、开关量输出控制单元、电平转换单元、通信接口单元、LED指示灯单元、内外电源监测及电源无缝切换单元、看门狗控制单元及电源管理单元电连接，电源管理单元与锂电池充电管理单元电连接；

中央处理单元：主要负责对以上各个单元进行有序协调，通过串口AT指令与4G 全网通调制解调器进行短信数据的接收和发送以及电话振铃动作，以达到设备在使用过程中的各种性能；

4G 全网通调制解调器单元：该单元与中央处理器的串口之间通过电平转换电路进行AT指令数据的交互；该单元与网络基站之间通过4G全网通高增益天线进行空中数据的交互；

SIM卡单元：用户可以根据现场的网络覆盖情况来选择最佳的网络运营商的SIM卡；

开关输入状态检测单元：主要通过光耦隔离的方式对现场开关量输入状态的检测，即开关通断检测；

模拟量采集单元：主要通过模拟隔离和中央处理单元的ADC接口进行模拟量数据的采集；

开关量输出控制单元：主要通过中央处理器的IO口来驱动ULN2003A的逻辑门来控制继电器的线圈进行常开触点及常闭触点的动作；

电平转换单元：主要用于匹配中央处理器的3.3V逻辑接口电平与4G调制解调器1.8V的逻辑接口电平；

通信接口单元：主要为系统提供了标准的485、TTL接口，方便系统和现场的仪器仪表及短信内容等数据对接；

LED指示灯单元：主要用来指示整个系统的电源、工作状态、网络状态、信号强度等，方便用户通过指示灯来查看设备的工作状态和故障诊断；

内外电源监测及电源无缝切换单元：主要用于监测外部直流电是否断开，一旦断开马上将系统电源无缝切换到锂电池供电；

看门狗控制单元：主要为整个系统提供一个额外的监控需求，当整个系统处于异常状态时，看门狗电路可以复位并重新启动整个系统；

电源管理单元：主要为整个系统提供稳定的电源需求，要满足4G 调制解调器在短信数据发射时的瞬间大电流的需求；

锂电池充电管理单元：主要用于在外部直流电供电的情况下，对可充电锂离子电池进行恒流-恒压充电管理。

2.一种工业级4G全网通短信及电话振铃报警终端的报警方法，其特征在于，包含以下步骤：

（2）加电后首先对各外围电路进行初始化；

（3）通过串口以AT指令及IO控制的方式来控制4G全网通调制解调器，包括调制解调器的开/关机、AT指令检测、SIM卡检测、短信数据格式设置、网络注册、信号强度查询、短信列表查询、短信发送、短信接收及处理、电话振铃拨打及自动挂断；当短信列表查询成功后，设备即进入短信发送就绪状态，同时状态指示灯由一秒一闪变为常亮状态，此时当设备检测步骤（1）所设定的事件发生时启动短信报警和电话振铃提醒；

所述的启动短信报警和电话振铃提醒的具体步骤如下：

（3）如果步骤（2）中第一轮所有短信报警号码的电话振铃均未接通，则设备在默认的拨号失败间隔60秒后，进行第二轮的短信报警号码的电话振铃提醒服务，以此类推直到某一个短信报警号码的电话振铃被接通为止；

所述的设备参数设置中，事件包括：

（1）主电源切换到备用电源；（2）备用电源切换到主电源；（3）第一路开关量断开；（4）第二路开关量断开；（5）第三路开关量断开。