基于GSM模块的温度和湿度监测系统.docx
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基于GSM模块的温度和湿度监测系统
基于GSM模块的温度和湿度监测系统
基于GSM模块的温度和湿度监测系统
王旭
摘要
本文提出了一种无线温湿度监测系统。
当传感器捕捉到异常的温湿度值或数据时，会传送给手机用户，它发送一个请求到TC35iGSM网络模块。
单片机通过SHT10温湿度传感器对收集到的温湿度数据进行编码，然后通过TC35iGSM网络模块准确的发送给指定手机用户，实时的进行远程温湿度监测。
关键词：
远程监测、GSM模块、AT89S52单片机、STH10温湿度传感器
1简介
在农业工业生产过程中温度和湿度的测量和控制在需要温湿度监测的食品储存和室温植物栽培中广泛应用。
在这种特定的环境中，温度值和湿度值通常需要保持在一定的工作范围内。
因此，在该领域的范围内你需要调节温度和湿度。
传统的监控系统需要工作人员在现场收集数据来确定温度和湿度是否在规定限定的范围内，造成了人力和时间的浪费并且带来诸多不便。
在本文中，核心控制器AT89S52单片机与温湿度传感器SHT10联合用于系统的检测模块，通过GSM移动网络发送短消息或者打电话发送报警信号到远程监控的目标手机上。
2总体设计
系统硬件部分包括了控制部分和信号检测处理部分二者组成。
信号检测模块包括温湿度检测模块（SHT10）。
系统总体框图如图1所示：
显示模块
处理器模块
键盘模块
GSM
网络模块
电源模块
湿度检测模块
温度检测模块
报警模块
SIM卡
手机
终端
GSM
网络
GSM网络
图1：
系统的总体框图
2.1GSM网络模块
GSM（全球移动通信系统）是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，为第二代移动通信技术，其目的是为了让世界各地的开发工作者都共同使用同一个移动电话网络标准，让用户在世界各地都能使用移动电话。
GSM系统包括GSM900（900MH），GSM1800（1800MHz）和GSM1900（1900MHz），和几个其他的不同频段。
TC35i（西门子）是西门子电子产品，他引入了一个高度遗传模块与双波段900MHz/1800MHz的新一代GSM无线通讯。
它能够快速的、可靠的进行安全系统的程序数据和语音数据的传输，实现短消息服务（短消息服务）和传真的传输。
TC35i模块由六部分组成：
GSM基带处理器，GSM射频模块，电源模块（ASIC），闪存，ZIF连接器和天线接口。
作为TC35i的核心基带处理器主要处理GSM终端内的语音信号和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟功能和数字功能。
无需额外的硬件电路去支持RF，HR和ERF语音信道。
编码如图2所示：
西门子GSM模块TC35i
40针ZIF连接器
闪存
GSM基带处理器
电源ASIC
天线插头
GSM射频
部分
天
线
图2：
TC35i（西门子）模块结构图
2.2温度和湿度电路设计
采用SHT10温湿度传感器与微处理器芯片通信的两个串行数字接口，以及硬件接口的设计是非常简单的。
SHT10温湿度传感器采集环境的温度和湿度，其正常工作电压为2.4V-5.5V内，测湿精度±45%RH，测温精度±0.5℃（25℃），采用SMD封装。
SHTl0使用的两个串行数据通信的处理器，和SCK总线负责数据通信处理器并且能够和SHTl0同步。
DATA引脚是1个三态门，用于MCU与SHT10之间的数据交换传输。
DATA的状态在串行时钟SCK的下降沿之后发生改变，在SCK的上升沿有效。
在数据传输期间，当SCK为高电平时，DATA数据线上必须保持稳定状态。
为了避免信号冲突，微处理器应该驱动DATE使其处于低电平状态。
间接电容用于电源的VCC和GND平滑滤波。
图3显示了SHT10与微处理器的连接图：
GNDNC
DATANC
SCKNC
VDDNC
IO1
IO2
VCC
图3：
SHT10与微处理器的硬件连接图
2.3电路设计
在性能方面和价格方面对lCM3310、LCD1602、LCD12864进行比较后，系统决定采用LCD12864作为系统的显示模块。
其最大的特点是能够显示大字符，内容丰富，价格便宜仅18-25元左右。
LCD12864可以同时支持图形显示和图像显示。
LCD12864液晶显示模块如图4所示：
图4:
12864LCD显示模块
12864LCD与AT89S52核心单片机的连接电路图如图5所示：
LCD12864
VSS
VDD
CS
SID
CLK
PSB
K
A
VCC
GND
P23
P24
图5单片机与12864连接图
2.4报警电路的设计
报警电路的设计只考虑用商业上可用的压电蜂鸣器一只，通过对单片机接口线驱动然后发出哔哔声。
压电蜂鸣器的驱动电流是在10mA电流驱动晶体管供应。
如图6，P1.3输入端是控制晶体管的基础。
当根据P1.3输出高电平“0”时，晶体管是打开的，在压电蜂鸣器两端约+5V电压低鸣叫；当根据P1.3输出“1”，关闭了晶体管，压电蜂鸣器停止。
图6中所示的是一个语音报警电路。
报警电路和发光二极管电路在图7所示。
当温度和湿度超过极限阈值报警时，LED灯则会一直保持亮着状态。
图6：
声音报警蜂鸣器驱动电路的晶体管
图7：
LED灯报警电路
本设计是设定一个较低限制的温度阈值和湿度阈值，对于测量指定环境温度和湿度值超越警戒值时根据AT89S52单片机P1.3接口控制各部分。
3系统软件设计
3.1温度和湿度测量程序
SHT10温湿度传感器的程序分为两个部分：
数据读取程序，温度和湿度的读取程序。
数据读取程序只能采集读取温湿度检测数据。
温度和湿度读取程序包括发送启动信号，数据读取和数据校验和，和需要判断在SDH10上的响应。
如果校验检查是成功的，它只是读取温度值和湿度值。
温度和湿度值测量子程序流程图如图8所示：
Y
开始
传输开始
测量温湿度命令的输出
等待读取值
低温湿度读取
高温湿度读取
重置
结束
N
图8：
温度和湿度测量流程图
3.2单片机的编程发送指令
发送短消息如下：
（1）短信中心号码，其他号码，以及短信内容编码成PDU格式；
（2）计算出短消息的长度，发送AT+CMGS=,代表和传输编码的0x0dASCII码：
（3）等待TC35i模块返回ASCII字符“>”PDU数据可以进入。
PDU数据Ctrl+Z端（发送0x1a）作为一个终结者。
图9为发送消息流图显示：
Y
开始
初始化变量
短消息是否
在编码
发送：
AT+CMGS=长度
如果接收“>”
发送一个文本信息
结束
电话编码程序
N
Y
N
图9：
短信程序流程图
3.3短消息单片机编程读取
使用一个定时器周期序列的查询来接收短消息。
短消息到达后，计算机可以接收指令+CMTI“:
SM”，INDEX（短消息存储位置）。
PDU数据在AT+CMGR=INDEX读取命令,并执行命令模块返回刚刚收到PDU格式短信内容。
在PDU格式接收短消息后，短消息进行解码的解码消息包括发送方的电话号码，短信的发送时间，和一个短消息内容。
接收短消息的流程图如图10所示:
开始
初始化程序
定时器溢出？
关闭定时器
缓冲区是空的
读取文本信息
短信息编码
缓冲区空余
打开定时器
结束
Y
N
Y
N
图10：
短信接收程序流程图
4系统测试
4.1系统测试环境和要求
试验用的串口为串行通信调试助手V2.2工具。
系统测试硬件之前插入一张SIM卡，如图11所示。
系统最终将能够以短消息的形式实现对指定场景的实时温度和湿度监测同时反馈给控制中心。
由于控制器的数据存储空间的限制，系统控制命令使用GSM网络模块识别号识别监测中心。
当确定一个控制中心模块和指定的电话号码，它会自动把现场采集到的温度和湿度值通过中文短信发送给手机。
该系统温度限制在30摄氏度，和80%的相对湿度湿度上限。
当系统的温度和湿度达到接近限制的时候，它会自动发声、光报警，并以短消息形式发送信息或打电话给指定的移动电话用户。
中文短消息系统自动发送的形式：
目前的系统是XX，X度的温度，湿度XX%。
图11：
GSM模块实物图
4.2系统分析测试结果
接通电源后，GSM模块和LED会分别在在600ms和600ms后工作和亮起，TC35i网络模块正在进行网络登录。
LED在3秒后熄灭，指示TC35i登录网络在待机模式。
通过发送区串口通信接口，发送AT指令，并回车，然后发送和接收缓冲区返回OK，如图12所示，该模块工作正常。
ATE可以关闭使用echo命令，如图13所示。
图12：
模块启动
图13：
Echo界面
正常的测试显示温度值在图14和图15所示。
图14：
显示温度值和湿度值
当检测到的温度或湿度超过设定上限值时，警告消息被发送到所指定的移动电话上，报警信息显示如图15和图16所示。
图15：
温度警报图图16：
湿度报警图
5结论
在本文中，设计了以AT89S52单片机为核心控制并基于GSM网络的温湿度远程监控系统的现场监测终端以采集实时的温度和湿度，实现发送短消息和人机界面功能。
TC35iGSM网络模块通过监测中心站的实时信息通过接受AT指令和上传，实现对现场中心实时监测温度和湿度的远程监控。
实验结果表明，这个系统的结构及作用，它不仅仅具有优越良好的市场前景和极低错误率和可靠的通信性，而且还提供了高效率的实现远程监测的一种新方法。
参考文献
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