...wd......wd......wd...基于GSM模塊的溫度和濕度監(jiān)測系統(tǒng)王旭摘要本文提出了一種無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。當(dāng)傳感器捕捉到異常的溫濕度值或數(shù)據(jù)時，會傳送給手機(jī)用戶，它發(fā)送一個請求到TC35iGSM網(wǎng)絡(luò)模塊。單片機(jī)通過SHT10溫濕度傳感器對收集到的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)展編碼，然后通過TC35iGSM網(wǎng)絡(luò)模塊準(zhǔn)確的發(fā)送給指定手機(jī)用戶，實時的進(jìn)展遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)測。關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)測、GSM模塊、AT89S52單片機(jī)、STH10溫濕度傳感器1簡介在農(nóng)業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程中溫度和濕度的測量和控制在需要溫濕度監(jiān)測的食品儲存和室溫植物栽培中廣泛應(yīng)用。在這種特定的環(huán)境中，溫度值和濕度值通常需要保持在一定的工作范圍內(nèi)。因此，在該領(lǐng)域的范圍內(nèi)你需要調(diào)節(jié)溫度和濕度。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)需要工作人員在現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)來確定溫度和濕度是否在規(guī)定限定的范圍內(nèi)，造成了人力和時間的浪費(fèi)并且?guī)碇T多不便。在本文中，核心控制器AT89S52單片機(jī)與溫濕度傳感器SHT10聯(lián)合用于系統(tǒng)的檢測模塊，通過GSM移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短消息或者打發(fā)送報警信號到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目標(biāo)手機(jī)上。2總體設(shè)計系統(tǒng)硬件局部包括了控制局部和信號檢測處理局部二者組成。信號檢測模塊包括溫濕度檢測模塊〔SHT10〕。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示：顯示模塊顯示模塊處理器模塊鍵盤模塊GSM網(wǎng)絡(luò)模塊電源模塊濕度檢測模塊溫度檢測模塊報警模塊SIM卡手機(jī)終端GSM網(wǎng)絡(luò)GSM網(wǎng)絡(luò)圖1：系統(tǒng)的總體框圖2.1GSM網(wǎng)絡(luò)模塊GSM〔全球移動通信系統(tǒng)〕是一種起源于歐洲的移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為第二代移動通信技術(shù)，其目的是為了讓世界各地的開發(fā)工作者都共同使用同一個移動網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶在世界各地都能使用移動。GSM系統(tǒng)包括GSM900〔900MH〕，GSM1800〔1800MHz〕和GSM1900〔1900MHz〕，和幾個其他的不同頻段。TC35i〔西門子〕是西門子電子產(chǎn)品，他引入了一個高度遺傳模塊與雙波段900MHz/1800MHz的新一代GSM無線通訊。它能夠快速的、可靠的進(jìn)展安全系統(tǒng)的程序數(shù)據(jù)和語音數(shù)據(jù)的傳輸，實現(xiàn)短消息服務(wù)〔短消息服務(wù)〕和的傳輸。TC35i模塊由六局部組成：GSM基帶處理器，GSM射頻模塊，電源模塊〔ASIC〕，閃存，ZIF連接器和天線接口。作為TC35i的核心基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音信號和數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有模擬功能和數(shù)字功能。無需額外的硬件電路去支持RF，HR和ERF語音信道。編碼如圖2所示：西門子GSM模塊TC35i西門子GSM模塊TC35i40針ZIF連接器閃存GSM基帶處理器電源ASIC天線插頭GSM射頻局部天線圖2：TC35i〔西門子〕模塊構(gòu)造圖2.2溫度和濕度電路設(shè)計采用SHT10溫濕度傳感器與微處理器芯片通信的兩個串行數(shù)字接口，以及硬件接口的設(shè)計是非常簡單的。SHT10溫濕度傳感器采集環(huán)境的溫度和濕度，其正常工作電壓為2.4V-5.5V內(nèi)，測濕精度±45%RH，測溫精度±0.5℃〔25℃〕，采用SMD封裝。SHTl0使用的兩個串行數(shù)據(jù)通信的處理器，和SCK總線負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信處理器并且能夠和SHTl0同步。DATA引腳是1個三態(tài)門，用于MCU與SHT10之間的數(shù)據(jù)交換傳輸。DATA的狀態(tài)在串行時鐘SCK的下降沿之后發(fā)生改變，在SCK的上升沿有效。在數(shù)據(jù)傳輸期間，當(dāng)SCK為高電平時，DATA數(shù)據(jù)線上必須保持穩(wěn)定狀態(tài)。為了防止信號沖突，微處理器應(yīng)該驅(qū)動DATE使其處于低電平狀態(tài)。間接電容用于電源的VCC和GND平滑濾波。圖3顯示了SHT10與微處理器的連接圖：GNDNCGNDNCDATANCSCKNCVDDNCIO1IO2VCC圖3：SHT10與微處理器的硬件連接圖2.3電路設(shè)計在性能方面和價格方面對lCM3310、LCD1602、LCD12864進(jìn)展比較后，系統(tǒng)決定采用LCD12864作為系統(tǒng)的顯示模塊。其最大的特點是能夠顯示大字符，內(nèi)容豐富，價格廉價僅18-25元左右。LCD12864可以同時支持圖形顯示和圖像顯示。LCD12864液晶顯示模塊如圖4所示：圖4:12864LCD顯示模塊12864LCD與AT89S52核心單片機(jī)的連接電路圖如圖5所示：LCD12864LCD12864VSSVDDCSSIDCLKPSBKAVCCGNDP23P24圖5單片機(jī)與12864連接圖2.4報警電路的設(shè)計報警電路的設(shè)計只考慮用商業(yè)上可用的壓電蜂鳴器一只，通過對單片機(jī)接口線驅(qū)動然后發(fā)出嗶嗶聲。壓電蜂鳴器的驅(qū)動電流是在10mA電流驅(qū)動晶體管供應(yīng)。如圖6，P1.3輸入端是控制晶體管的根基。當(dāng)根據(jù)P1.3輸出高電平“0〞時，晶體管是翻開的，在壓電蜂鳴器兩端約+5V電壓低鳴叫；當(dāng)根據(jù)P1.3輸出“1〞，關(guān)閉了晶體管，壓電蜂鳴器停頓。圖6中所示的是一個語音報警電路。報警電路和發(fā)光二極管電路在圖7所示。當(dāng)溫度和濕度超過極限閾值報警時，LED燈那么會一直保持亮著狀態(tài)。圖6：聲音報警蜂鳴器驅(qū)動電路的晶體管圖7：LED燈報警電路本設(shè)計是設(shè)定一個較低限制的溫度閾值和濕度閾值，對于測量指定環(huán)境溫度和濕度值超越戒備值時根據(jù)AT89S52單片機(jī)P1.3接口控制各局部。3系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1溫度和濕度測量程序SHT10溫濕度傳感器的程序分為兩個局部：數(shù)據(jù)讀取程序，溫度和濕度的讀取程序。數(shù)據(jù)讀取程序只能采集讀取溫濕度檢測數(shù)據(jù)。溫度和濕度讀取程序包括發(fā)送啟動信號，數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)校驗和，和需要判斷在SDH10上的響應(yīng)。如果校驗檢查是成功的，它只是讀取溫度值和濕度值。溫度和濕度值測量子程序流程圖如圖8所示：YY開場傳輸開場測量溫濕度命令的輸出等待讀取值低溫濕度讀取高溫濕度讀取重置完畢N圖8：溫度和濕度測量流程圖3.2單片機(jī)的編程發(fā)送指令發(fā)送短消息如下：〔1〕短信中心號碼，其他號碼，以及短信內(nèi)容編碼成PDU格式；〔2〕計算出短消息的長度，發(fā)送AT+CMGS=<long><CR>,<CR>代表和傳輸編碼的0x0dASCII碼：〔3〕等待TC35i模塊返回ASCII字符“>〞PDU數(shù)據(jù)可以進(jìn)入。PDU數(shù)據(jù)Ctrl+Z端〔發(fā)送0x1a〕作為一個終結(jié)者。圖9為發(fā)送消息流圖顯示：YY開場初始化變量短消息是否在編碼發(fā)送：AT+CMGS=長度如果接收“>〞發(fā)送一個文本信息完畢編碼程序NYN圖9：短信程序流程圖3.3短消息單片機(jī)編程讀取使用一個定時器周期序列的查詢來接收短消息。短消息到達(dá)后，計算機(jī)可以接收指令<CRLF>+CMTI“:SM〞，INDEX〔短消息存儲位置〕<CRLF>。PDU數(shù)據(jù)在AT+CMGR=INDEX<CRLF>讀取命令,并執(zhí)行命令模塊返回剛剛收到PDU格式短信內(nèi)容。在PDU格式接收短消息后，短消息進(jìn)展解碼的解碼消息包括發(fā)送方的號碼，短信的發(fā)送時間，和一個短消息內(nèi)容。接收短消息的流程圖如圖10所示:開場開場初始化程序定時器溢出關(guān)閉定時器緩沖區(qū)是空的讀取文本信息短信息編碼緩沖區(qū)空余翻開定時器完畢YNNYYNN圖10：短信接收程序流程圖4系統(tǒng)測試4.1系統(tǒng)測試環(huán)境和要求試驗用的串口為串行通信調(diào)試助手V2.2工具。系統(tǒng)測試硬件之前插入一張SIM卡，如圖11所示。系統(tǒng)最終將能夠以短消息的形式實現(xiàn)對指定場景的實時溫度和濕度監(jiān)測同時反響給控制中心。由于控制器的數(shù)據(jù)存儲空間的限制，系統(tǒng)控制命令使用GSM網(wǎng)絡(luò)模塊識別號識別監(jiān)測中心。當(dāng)確定一個控制中心模塊和指定的號碼，它會自動把現(xiàn)場采集到的溫度和濕度值通過中文短信發(fā)送給手機(jī)。該系統(tǒng)溫度限制在30攝氏度，和80%的相對濕度濕度上限。當(dāng)系統(tǒng)的溫度和濕度到達(dá)接近限制的時候，它會自動發(fā)聲、光報警，并以短消息形式發(fā)送信息或打給指定的移動用戶。中文短消息系統(tǒng)自動發(fā)送的形式：目前的系統(tǒng)是XX，X度的溫度，濕度XX%。圖11：GSM模塊實物圖4.2系統(tǒng)分析測試結(jié)果接通電源后，GSM模塊和LED會分別在在600ms和600ms后工作和亮起，TC35i網(wǎng)絡(luò)模塊正在進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)登錄。LED在3秒后熄滅，指示TC35i登錄網(wǎng)絡(luò)在待機(jī)模式。通過發(fā)送區(qū)串口通信接口，發(fā)送AT指令，并回車，然后發(fā)送和接收緩沖區(qū)返回OK，如圖12所示，該模塊工作正常。ATE可以關(guān)閉使用echo命令，如圖13所示。圖12：模塊啟動圖13：Echo界面正常的測試顯示溫度值在圖14和圖15所示。圖14：顯示溫度值和濕度值當(dāng)檢測到的溫度或濕度超過設(shè)定上限值時，警告消息被發(fā)送到所指定的移動上，報警信息顯示如圖15和圖16所示。圖15：溫度警報圖圖16：濕度報警圖5結(jié)論在本文中，設(shè)計了以AT89S52單片機(jī)為核心控制并基于GSM網(wǎng)絡(luò)的溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)測終端以采集實時的溫度和濕度，實現(xiàn)發(fā)送短消息和人機(jī)界面功能。TC35iGSM網(wǎng)絡(luò)模塊通過監(jiān)測中心站的實時信息通過承受AT指令和上傳，實現(xiàn)對現(xiàn)場中心實時監(jiān)測溫度和濕度的遠(yuǎn)程監(jiān)控。實驗結(jié)果說明，這個系統(tǒng)的構(gòu)造及作用，它不僅僅具有優(yōu)越良好的市場前景和極低錯誤率和可靠的通信性，而且還提供了高效率的實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測的一種新方法。參考文獻(xiàn)[1]朱江。GSM射頻信號分析及基于數(shù)字低中頻技術(shù)的硬件設(shè)計。湖南大