TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.1, Jan uary 20 14 , pp. 459 ~ 4 6 7   DOI: http://dx.doi.org/10.11591/telkomni ka.v12i1.3200            459     Re cei v ed Ma y 15, 201 3; Revi sed  Jul y  2 3 , 2013; Acce pted Augu st 5, 2013   Remote Monitoring System for Communication Base  Based on Short Message      Xiaorong Zh ao* a , Feiy ue  Ye b , Xiufang Qian c , Han y u Fu d , Wei Jin e   Coll eg e of Co mputer Eng i n e e rin g , Jiangs Univers i t y   of  T e chn o lo g y  NO.180 1, Z hong  W u  Anenu e,  Cha ngzh ou, C h in a, Ph./F ax: + 8613 77 681 61 50/+ 860 51 986 953 24 1   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : zhao xr4 3 2 6 9 8 @gma il.com * a , y f y @ jstu.edu.cn b , dqxf@jstu .edu.cn c fei y u7 9@jstu.e du.cn 4 , 240 883 564 @qq.com e       A b st r a ct   The autom a tic   m o nitoring system of  c o mm unication base  which is  an im portant  m e ans  to reali z mo der ni z a ti on  of mobi le co mmu n icati on  base stat io n ma na ge me nt. In this paper,  w e  imple m e n t a  mo nitori ng sys tem for c o mmunic a tion  bas e  w i th three es sentia l functi o n s w h ich ar e tele metry, remot e   control and  comm unicat ion. I n  this system data ac qu isition unit, data transmit  unit and  m o nitoring c e ntre  unit are c o mbi ned to for m  thi s  mo nitori ng s ystem. T he sy stem ca n chec k the co mmun i c ation  base st atu s   anyti me thr o u gh GSM SMS  (short messa ge serv ice), a nd ca n se nd  pred efine d  co mma nd to  per for m   remote d a ta c o llecti on  an mo nitori ng  in t he sp ecia l c o n d itio ns. It is suitabl e esp e ci all y  for the al ar m of  unus ual situ ati on, the mo nitor i ng of  envir on me ntal inf o rma tion an d entran c e guar d infor m ati on. T he pa per ,   firstly, propos e s  the arc h itect u re of th mo n i torin g   syste m ; secon d ly, pr o poses t he ter m inal  of  mo nitori n g   system . The  data c o llection termina l is st udied  and designed, incl uding  hardware design based  on  embe dde d sys tem  and  softw are d e si gn. F i nally,  pres ent s  impl mentatio n  and  resu lts. T he  mon i tori n g   system  can i m prove the i n tegrity, re liabi lity, flexibility and  i n tellectuality of m o nitori ng syst em . The system  w i th mod u l a structure, w h ich is low - cost, fitte r and e a s ier to  move  and  oper ate,  can b e  exp a n d e d   accord ing to pr actical n e e d  an d is reli abl e an d effective thro ugh fie l d test.    Ke y w ords :  Sh ort Message, A T  Comma nd, C o mmuni c a tio n  Base, Monitor i ng Syste m , GSM        Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  No wad a ys, with the rap i dly develop ment of mobile comm un ication bu sin e ss, the  numbe r of communi catio n  base is in cre a si ng day  by day. Th e pre s ent m onitorin g  method inclu de  wired  metho d  a nd  artificial  meth od. Th wire d meth od  ch alleng e by t r ouble  conn ected  up, abomin a b le wo rki ng  environ ment,  information  t r an smi ssi on i n  time, opera t ion co st and  so   on. it is not  suitabl e for t he plentiful  and  wi de sp read me dium -mini ba se s [1]. The artifi cial  method h a two di sadvan tages: lo w ef ficien cy  of impleme n tatio n  and la rg e con s um ption  of  resou r ces. In orde r to red u c e the mainta ini ng cost an d guarantee t he com m uni cation quality, the  operating inf o rmatio n of communi catio n  ba se and  the inform ation of entran c e gua rd mu st  be  watched in ti me.  In the paper,  the monitori ng system o n  co mm uni cation ba se s is de sign ed whi c h is  based on Sh ort Messa ge.  As the lower runnin g  co st  and more  steady function , SMS based  on   GSM netwo rks provid e us  a ideal platfo rm to dev elo p  the mobile comm erce. Monitorin g  ce nter  and  monito r t e rmin al  comb ined to  the  m onitorin g   syst em, this sy st em  coul run  witho u t a r tificial  intervention,  once so me b a se o c cu r exceptio n or fa ult, monitorin g  terminal  wo uld autom atically  uploa d the  e x ception  info rmation  to m onitorin g   cen t er an d m a in tenan ce m a n  by SM (sh o r messag e). T h is pa per  pre s ent s the de sign a nd r eal ization of dat a acq u isitio n, commu nication   and monito rin g  system for  comm uni cati on ba se stati on.       2. Proposed  Architec ture  of the Moni toring Sy ste m   The  system  function relying on  m obile  comm u n icatio n bet wee n  comp u t er an d   microcontroll er ba se d o n  GSM tech nique. Th e system com p rises a  co ntrol  cente r  and  monitori ng te rminal s. T he  control  ce nte r   con s i s ts  of  a serve r , a  G S M mod u le  a nd a  data b a s e   system a nd t he termi nal consi s ts  of microc ontrollers,  sen s o r s, a  M F  RC500  mo dule an d a G S Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        ISSN: 2302-4046           TELKOM NIKA  Vol. 12, No . 1, Janua ry 2014:  459 – 4 6 7   460 module  in b a s station. Th e overa ll de si gn of the m o n i toring  syste m   is  sho w a s  in Fi gure 1.  We  focu se s on th e impleme n t of monitorin g  terminal in fol l owin g text.          Figure 1. Overall archite c tu re  of the moni toring sy stem       3. Design of  the Monitori ng Terminal  The mo nitori ng termi nal  consi s ts  of mi cro c o n troll e rs, sen s o r s, th e circuit of M F  RC500  and a  GSM  module. O n ce the ab normal pa ramet e r data  app e a r, proces so r will arra nge  the  abno rmal m e ssage, initiat e  the data  tra n smi ssi on a n d  then  sen d  t hem o u t to control  cent er  [2].  Microcontroll er m odul e i s   W77E5 8 whi c h i s   used   as a m a ste r   chi p . The  W77E 58 i s  a  fa st 8 051   comp atible m i cro c o n troll e with a re de si gned p r o c e s sor core fo r no  waste  of clo ck a nd mem o ry  c y c l es . As  a re s u lt, th e e x ec u t io n o f  80 51  ins t r u c t ion  i s  fa ster than  the o r igin al 8 0 51 at th sam e   cry s tal spe e d .  Typically, th e instru ction  executio time of W77E58  is 1.5 to 3 times fa ster th en   that of tra d itional  805 1. Al so, the   W77E 58  cont ai ns 3 2  KB Fla s h  E P ROM, two  e nhan ce seri al  ports a nd p r o v ides op erati on voltage fro m  4.5V to 5.5V [3].          Figure 2. The  block diag ra m of monitori ng termin al       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046       Rem o te Moni toring System  for Com m unication Ba se  Based o n  Sh ort Messa ge (Xiaoro ng Zha o 461 The value of  param eters is measure d  in t he system includi n g  air tempe r ature, air   humidity and  informatio of entran c g uard  etc. Th e  sen s o r and  MFRC50 0 a r e combi ned  to   colle ct the re al-time enviro n m ent pa ram e ter data an d  hand over t hese data to micro c o n troll e r   pro c e s sor fo further  han dli ng an d sto r a g e . The  mi crocontrolle r d e te rmine s   wheth e r the  data a r e   norm a l o r  not . Once  the a bnormal p a ra meter d a ta a ppea r, proce s sor  will a r ra nge the  abn o r mal  messag e, ini t iate the dat a tran smi ssi on, and th e n  se nd the m  out to co ntrol  cente r . C51   langu age i s  a dopted  acco rding to the  fe ature s   of d a ta and  C la ng uage fo syst em develo p m ent.  Software  de si gn mai n ly incl ude s three p a rts:  colle ctin g and  display i ng temp eratu r e a nd h u midi ty  of base statio ns, re adin g  a nd de co ding  sho r me ssag es, en co ding  and  sen d ing t e mpe r ature a nd  humidity. The  block diag ra m of the monito ring termi n a l  is sho w n a s   in Figure 2.      3.1. Sensor Design   SHT10 i s  Se nsiri on’ s fami ly of surfa c e  mountabl e relative humid ity and temp eratu r e   s e ns or s .   T h e s e ns or  in tegr a t e s  se ns o r  e l e m en ts pl us  sign als proce s sing  on  a tiny foot a n d   provide s  a fully calibrate d digital out put. A unique cap a citive  sen s or el e m ent is use d  for   measuri ng  rel a tive humidit y while te mp eratu r e i s  m e asu r ed  by a   band -ga p   se nso r . Th se nso r   is seamle ssly cou p led to a  14bit anal og  to digital co nverter  and a  seri al interfa c circuit. Thi s   results in  su perio r si gnal  quality, a fa st re spo n se and in sen s iti v ity  to external distu r ba n c e s   (EMC). A unique ca pa citive sensor el ement is  used for mea s uring relative  humidity while  temperature i s  mea s u r ed  by a band -ga p  sen s o r   [4]. It has output  of standa rdi z ed digital si g nal,  small  si ze  an d lo w p o wer  con s um ption.  Thi s   sen s o r   can  me asure  in th e rang e  of -40 - 123.8   and 0%-100 % relative hu midity. Under the con d itio ns of 25  a nd 3.3V, the relative humi d ity  accuracy can  reach ±4.5% R .H., while te mperature a c curacy is  ±0. 5 .    In the pap er the mea s u r ement resolu tion of is 1 4  bit for temp eratu r e a nd  12 bit for  humidity. Because of  nonli near relation   betwe en  digi t a l outp u t an relative h u mi dity (RH) for the  sen s o r  SHT1 0, the data  from S H T10   must b e  p r o c e s sed b e fore bein g   conv erted to  a c tu al  physi cal qua ntity. For compen sating n on-lin ea rity  of the humidity sensor, it is recomme nde d to  conve r t the humidity read o u t (SORH)   with the following formula [4]:    RH linear =c 1+ c2*SO RH +c 3*S O RH 2 (% RH )  (1)     The value s  of humidity coe fficients a r e g i ven in Table  1:      Table 1. SHT 10 humidity conversion  co efficients  SQ RH  C1  C2  C3  12bit -4.000   0.0405   -2.8000E -6       In ca se of te mperature, th e followin g  fo rmula  i s  u s ed  to conve r t digital rea dout  (SOT) to  temperature value  [4]:    T=d 1 +d 2 *SO (2)     The value s  of temperatu r coeffici ents a r e given in Ta ble 2:      Table 2. SHT 10 tempe r atu r e co nversio n  coefficie n ts  VDD SOT   d1( )  d2( 5 14bit  -40.1   0.01      Table 3. Tem peratu r com pen sation  co efficients  SQ RH  t1  t2  12bit 0.01  0.00008       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        ISSN: 2302-4046           TELKOM NIKA  Vol. 12, No . 1, Janua ry 2014:  459 – 4 6 7   462 RH value i s  calcul ated at 25  in the formula (1 ), but actual  te st temperature i s  variable   in a  certai n range. T herefore th e temp eratu r coeffi cient i s   con s i dere d  for the  sen s o r  S H T 10  according  to  the followi ng  formula  [4], namely, co efficient s for the  tempe r ature  com pen satio n   are given in T able 3.     R H t ru e= ( T - 25) * ( t1+ t 2 * SO RH )+ RH linear   (3)     The value s   of temperatu r comp en sa tion co efficie n ts a r e give n in table 3 . The flow  diagram of SHT10   software de sign   i s  sho w n   in  Figure 3. T e mperature  a nd h u midity  are   cal c ulate d  wit h  the followin g  prog ram s :            Figure 3. Flow diag ram of  SHT10       3.2. Propose d  Circuit of  MFRC50 0   MFRC50 0 is  a memb er  of  a ne w family  with hi g h ly integrate d  read er ICs fo r con t actless  comm uni cati on  on 13.56 MHz whi c h suppo rts  all p r otocol laye rs of the ISO 1444 3A [5]. The  pape r give a sol u tion  of desi gn a nd i m pleme n tatio n  for  RFID R/W devi c e b a s ed  on th key  cha r a c ter a n d  internal  structure of MF RC5 00  chi p , the R/W operating to Mifare1  card  is   pro c e s sed by  the control  a nd commu nication bet wee n  P89 C 51  an d MF  RC500 . The aim i s  t o   provide th requi re d und ersta ndin g  of  the MI FARE RF interfa c e (ISO  144 43A) to de si gn  appli c ation  specifi c  anten nas  and m a tchin g  ci rcui ts to achieve  the be st perf o rma n ce for a  comm uni cati on with a  co ntactle ss MIF A RE ca rd [6 ] .  Receiving circuit r y and E M C filter a r as  sho w n in Fig u re 4 [7]. As well a s  anten na circuit  sho w n in Figu re  5 [8]. The flow diag ram of  read   card ope ratio n  is sh own in Figure 6.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046       Rem o te Moni toring System  for Com m unication Ba se  Based o n  Sh ort Messa ge (Xiaoro ng Zha o 463     Figure 4. MFRC500  Re cei v ing circuitry  and EMC filte r           Figure 5.   Design of ante n na circuit           Figure 6. The  flow diagram  of read card   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        ISSN: 2302-4046           TELKOM NIKA  Vol. 12, No . 1, Janua ry 2014:  459 – 4 6 7   464 3.3. Circuit o f  GSM Terminal  Sony Ericsso n  GR47 i s   selecte d  which bel o ng to  a ne w ge ne ration of Sony  Ericsson  Mobile  Com m unication G S M/GPRS m odule s . The  GR4 7  mod u l e  provid es  Chine s e lan g u age,  and provide s  four tran smi ssi on mod e s includi ng  voice, data, sh ort messa ge,  and FAX. The  module  works in  fre que n c y ba nd s E G SM 90 0/18 00 M H z, po wer voltage   3.3-3.5V [9].  The  prod uct ca n be  u s e d   in  machi n e - to-m achi ne appli c ations  an d man-to -ma c hi ne  a ppli c atio ns  whe r e th ere  i s  a  nee d to  send a nd  re ce ive data  (by  SMS CSD,  HSCS D, or  G P RS), an d m a ke  voice calls by  the GSM network [9].  Microcontroll er presents a  pulse to the  ON /OFF  sig nal co nne ctio n of GR47,  whi c h is  desi gne d to exceed 0.5  se con d s b u t less than 1.0  se con d  [8]. Wh en SM is p r e pare d  to be sent,  the mi cro c o n t roller send s AT  comm an ds to  the  ra dio d e vice  via seri al inte rface  po rts. T he  digra m  of G R 47  de sign i s  a s   sho w n i n  Figu re 7.  I n  order to re duce ele c tri c al cu rrent, R1 an d   R2( R 1 = R2 =3 .6k )  a r e  us ed . ( R 3= 3 . 6k , R4= 1 2k ) [ 10].           Figure 7.   The diagram of the GR47 an d  W77E58       At prese n t, there a r e two  usual mo de s: Text  and PDU (P roto col Data Unit ). It is easy  and  simple to  re ceive an sen d  for T e xt mode, b u t Chine s sho r t messag e can not be  re ceived   and sent.  Ho wever  the s e can be reali z ed  for  P D U mode whi c i n clu d e s   thre e   cod e s: 7-bit, 8-bit  and  UCS2.  Among th ese code s, o r d i nary ASCII  cha r a c ters a r e sent   for 7-bit cod e d a ta  informatio n for 8-bit code , Unicod e ch ara c ters for  UCS2  cod e . In this pape r, PDU mode  is   adopte d , who s e data frame  stru cture i s  a s  in Table.4.       Table 4. PDU data packa g e  stru cture   SMSC PDU  t y p e   MR  DA  DIP  DCS  VP  UDL   UD       In PDU  data  frame  stru ctu r e, SMSC fiel d st an ds fo sho r t me ssag e ce nter  add ress; as  well a s  PDU type for da ta packag e  type, MR  dat a packa ge f o r sent information, DA for  destin a tion a ddre s s, DIP for p r oto c ol id entifier an d DCS for  sho r messag e cod e  mode.  Cod e  of   digit o r   cha r a c ter is ‘00’,  a nd  cod e  of   Chin ese i s  ‘0 8’ for Unicod e ad opted  in  this pap er.  VP  stand s for va lid time of sh ort messa ge  as well as  UDL for the le ngth of data and UD for t h e   conte n t of sp ecific  sho r t messag e [11].         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046       Rem o te Moni toring System  for Com m unication Ba se  Based o n  Sh ort Messa ge (Xiaoro ng Zha o 465 4. Implementation and  Re sults   The re alizatio ns of propo s ed syste m  function s rely on mobile  co mmuni cation  betwe en  comp uter a n d  micro c o n troll e r ba sed o n  GSM. T he system co mpri ses a co ntrol  center comp osed  of a server,  a GSM mod u le and a da tabase sy ste m , and moni toring termi n al comp osed  o f   microcontroll ers, se nsor s,  a MF  RC50 0 an d a  GS M mod u le in   the ba se  stat ion. The  valu e of  para m eters i s  me asure d   at every ba se station,  i n cluding  air te mperature,  a i r humi d ity, the  informatio n of entran c e gu ard et c. The sen s o r a nd  MFRC50 0 are combi ned t o  colle ct the real- time environ ment pa ram e ter data  an d  han d ove r  t hese d a ta to  micro c ontroll er p r o c e s sor for   handli ng  an d stora ge.Th e microcontroll er  dete r min e s  whethe r the  data are no rmal or n o t. O n ce   the abn orm a l  para m eter d a ta app ear, p r ocesso w ill  arrang e the a bnormal me ssag e an d initi a te   the data tran smissio n  and  send it out to  control ce nte r . The flow di agra m  of the monitor te rmi nal  is sh own in Figure 8.           Figure 8. Flow diag ram of  monitor termi nal software       5. Conclusio n   This  pap er p r opo se a re mote monito ring sy stem b a se  on SM.  The mo st  sig n ificant   feature s  of th e sy stem a r appli c ation s  o f  RF a nd GS M tech nolo g y. The results  sho w  that it  can   meet the ba sic re quireme nts of  se nsor accuracy, communi catio n  and  so on.  In addition,  the  system   ha s g ood extensi b i lity  and com p atibility.  The  operation  an d impl ementa t ion cost  of t h e   system  ha been  re du ce d by the  u s e  of SMS. Be si de s, it i s   e a sy to  install  and  up grad e. For  example, wh en the numb e r of monitoring inform ation increa se s,  the commu n i cation mo de  of  system  can  b e  de sig ned  b a se d o n  GP RS.  Becau s e  the  GR47 m odule  can  su pport  G R PS, the   hard w a r e  of  system d o e s  n o t nee d to  ch ange.  The r are  wid e  a ppl ication  prosp e cts be ca use  of  limitlessne ss  of terrain a n d  being suitabl e for rem o te monitor.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        ISSN: 2302-4046           TELKOM NIKA  Vol. 12, No . 1, Janua ry 2014:  459 – 4 6 7   466 Ackn o w l e dg ment    This work was finan cially  suppo rted  by  National  Natural Scie nce Fo und ation (No.  6114 2007 ) a nd the Key L aboratory of  Clou d Comp uting & Intelli gent Inform ation Pro c e s sin g  of   Cha n g z hou  City under Gra n t No.CM2 01 2300 4. T he suppo rts a r e g r atefully ackn owle dged.       Referen ces   [1]  N Cel andr on i, E Ferro, A Go tta, et al. A surve y   of archit ectures an d s c enar ios in st atellit e-bas e d   w i rel e ss s enso r  net w o rks: s ystem des ign  a s pects.  Intern a t iona l Jo urn a of Satel lite  Co mmu n icati o n s   and N e tw orkin g . 2013; 3 1 (1): 1-38.   [2]  W u  Yifeng, W ang, Ho ngc ha o. A pplic atio n of GPRS and  Gis in boil e r remote mon i to ring s y stem.   T E LKOMNIKA Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri n g .  2012; 1 0 (8): 2 159- 216 8.   [3]  Li Yon g j un,  Xu  Xi aoro ng, Jia ng Pin g g e , T i an  Yafan g . Des i gn a nd im pl e m entatio n of H i gh-Pr ecisi o n   Multi-functi on T i me  Calibrato r.  Advances in  Intelli gent Systems a nd C o mp uting . 20 13; 18 1: 61-67.   [4]  Arslan  Mun i ra , Ann  Gordo n -Ross a , Sus an  L y seck y,  Roma n L y s e c k y . A  li ght w e i ght d y n a m i c   optimiz ation m e thod ol og y an d app lic ati on  metrics estima tion mod e l for   w i r e less se ns or net w o rks.   Sustain abl e Co mp utin g: Informatics a nd Sys t ems . 20 13; 3( 2): 94-10 8.  [5]  C Jaso n. MF  RC500  Hi ghl y Inte grate d  ISO1444 3A  Rea der IC  Desig n  D a taShe e t.  IEEE   Co mmun icati o ns Letters . 200 9.   [6]  M Sub habr ata, R Vi neet K u m a r, S T apas.  D e sig n   a nd dev elo p m ent of  a han d-he ld RF ID  rea der  f o r   recordi ng atte nda nce . 5th In ternatio nal  Co nferenc e on C o m puters a nd  Devices for C o mmunic a tio n   (CODEC). Kolk ata. 201 2: 1-4.   [7]  Edgar  Ho lle is.  Smart Embe dd ed A ppl ianc es  Net w orks  – S e curit y  Co nsi der ations.  E m bed ded  Syste m s   for Smart App l i ances a nd En e r gy Mana ge me nt . 2013; 3: 67- 85.   [8]  Simorangkir,  Roy  BVB, M u nir Ac hmad.   Mumerica des ign of  ultra- w i deband pr inted antenna for   surface p e n e trating r a d a r a p p licati on.  T E L K OMNIKA Indones ian  Jour n a l of  El ectrica l  Engi ne erin g 201 1; 9(2): 341 -350.   [9]  Xi a W e ia, Ya n Xiju na, W e i  Xi ao don g. D e sig n  of W i rel e ss Sens or N e t w o r ks for M onitor i ng  at   Constructi on Si tes.  Intellige n t Auto matio n  & Soft Computin g.  2012; 1 8 (6): 635- 646.   [10]  Sony  Ericsson Mobile Comm unications.  GR4 7 /GR48 des ig n  guid e li nes . 20 04.   [11]  W u  F e i-qing, Li  Lin-go ng, Ma  xi u-sh ui et al. Devel opm ent o f  W i reless Monitor S y stem on  Greenh ous e   Enviro nment B a sed o n  GSM.  F u ture Contro l and Auto matio n 2012; 1 72: 3 71-3 79.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.