基于GSM短消息的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)

1、基于gsm短消息的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)摘要：遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)是可以隨時(shí)隨地接收遠(yuǎn)端現(xiàn)場情況并發(fā)出報(bào)警信息的系統(tǒng)。管理職守人員可以通過收到的信息及時(shí)了解前端現(xiàn)場的情況并進(jìn)行處理從而節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力，提高了安全防范和監(jiān)管的力度和效率。因此研究及應(yīng)用基于gsm短消息的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。gsm短消息的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)由無線收發(fā)模塊、核心控制模塊、顯示模塊、溫度采樣模塊、鍵盤模塊等模塊構(gòu)成。無線收發(fā)模塊采用西門子公司生產(chǎn)tc35i模塊，核心控制模塊采用at89c52單片機(jī)，以數(shù)字溫度傳感器dsl8b20作為的溫度采集芯片，顯示模塊選用lcd1602液晶顯示器

2、。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對遠(yuǎn)端現(xiàn)場溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測和遇到突發(fā)情況的報(bào)警，任務(wù)，此外通過鍵盤模塊和軟件的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警溫度閥值以及報(bào)警號(hào)碼的設(shè)置。經(jīng)過對硬件和程序的不斷改進(jìn)和調(diào)試，在最后的測試過程中系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程溫度報(bào)警系統(tǒng)；gsm模塊；at89c52 ds18b201 設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)主要要求實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)端現(xiàn)場的監(jiān)控和報(bào)警任務(wù)。具體結(jié)構(gòu)和功能要求如下：（1）利用溫度傳感器采集環(huán)境溫度并進(jìn)行顯示。（2）當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)并通過gsm模塊來實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警。（3）報(bào)警溫度和報(bào)警電話號(hào)碼均可設(shè)置。2 總體設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)組成及工作原理本系統(tǒng)使用ds18b20溫度傳感器

3、芯片采集環(huán)境溫度，然后把采集到的原始溫度數(shù)據(jù)發(fā)給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)通過一定的算法計(jì)算處理后送往lcd1602液晶進(jìn)行顯示。期間可以根據(jù)實(shí)際需要用按鍵對報(bào)警溫度在一定范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)置，報(bào)警號(hào)碼也可以靈活設(shè)置。在此過程中tc35模塊一直處于待機(jī)狀態(tài)，一但環(huán)境溫度發(fā)生劇烈變化或者出現(xiàn)險(xiǎn)情使環(huán)境溫度達(dá)到報(bào)警閥值時(shí)，單片機(jī)會(huì)立刻做出反應(yīng)，運(yùn)用at指令對gsm模塊進(jìn)行操作，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行短信報(bào)警工作。圖1 系統(tǒng)組成框圖3 硬件設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心連接鍵盤、液晶、蜂鳴器、led,gsm模塊和ds18b20等6個(gè)部分。3.1 gsm模塊tc35i模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級gsm模塊,工作在egsm900和g

4、sm1800雙頻段,電源范圍為直流3.34.8v ,電流消耗休眠狀態(tài)為3.5ma，空閑狀態(tài)為25ma，發(fā)射狀態(tài)為300ma(平均)，2.5a峰值；可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號(hào), 功耗在egsm900(4類)和gsm1800(1類)分別為2w和1w ,通過接口連接器和天線連接器分別連接sim卡讀卡器和天線。sim電壓為3v/1.8v，tc35i的數(shù)據(jù)接口(cmos電平)通過at命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù),可選波特率為300b/s115kb/s , 自動(dòng)波特率為1.2kb/s115kb/s。它支持text和pdu格式的sms(short message service,短消息),可通過at命令或關(guān)斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)

5、重啟和故障恢復(fù)。圖2為本系統(tǒng)所使用的tc35模塊實(shí)物。由于gsm模塊在待休眠狀態(tài)、空閑狀態(tài)和發(fā)射狀態(tài)需要的電流有很大的差別，因此為了減少電流突變對整個(gè)系統(tǒng)的影響，我們選擇用四節(jié)5號(hào)電池為gsm獨(dú)立供電。圖2 tc35模塊實(shí)物3.3 單片機(jī)控制模塊本系統(tǒng)采用at89c52單片機(jī)作為核心控制芯片。at89c52是一個(gè)低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)。該單片機(jī)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1) 兼容mcs51指令系統(tǒng) 2) 8k可反復(fù)擦寫(大于1000次）flash rom； 3) 32個(gè)雙向i/o口； 4) 256x8bit內(nèi)部ram； 5) 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷； 6) 時(shí)鐘頻率0-24mhz

6、； 7) 2個(gè)串行中斷，可編程uart串行通道； 8) 2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源； 9) 低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；at89c52管腳排列以及在設(shè)計(jì)中的管腳連接如圖3所示。圖3 at89c52連接圖圖3中除了晶振電路、復(fù)位電路以及單片機(jī)組成最小系統(tǒng)外，p0口接了一個(gè)排阻，p1口用做連接lcd1602的數(shù)據(jù)端口，p2口以及p06和p07用作手動(dòng)設(shè)號(hào)的按鍵。rxd,txd則與gsm模塊進(jìn)行通信。外部中斷0和外部中斷1分別作為手動(dòng)設(shè)置高低溫報(bào)警值和手動(dòng)設(shè)置接收短信號(hào)碼。3.4 ds18b20溫度傳感器本系統(tǒng)采用ds18b20可編程分辨率的單總線數(shù)字溫度傳感器作為溫度采集芯片。

7、ds18b20是dallas公司繼ds1820后推出的一種改進(jìn)型智能數(shù)字溫度傳感器，只需一根線就能直接讀出被測溫度值，并可根據(jù)實(shí)際需求來編程實(shí)現(xiàn)912位數(shù)字值的讀數(shù)方式。ds18b20封裝形式及引腳功能如圖4圖4 ds18b20引腳圖 如圖4所示，ds18b20的外形如一只三極管，引腳名稱及作用如下：gnd：接地端。dq：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，與ttl電平兼容。vdd：可接電源，也可接地。因?yàn)槊恐籨s18b20都可以設(shè)置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。采用數(shù)據(jù)總線供電方式時(shí)vdd接地，可以節(jié)省一根傳輸線，但完成數(shù)據(jù)測量的時(shí)間較長；采用外部供電方式則vdd接+5v，多用一根導(dǎo)線，但

8、測量速度較快。此處用usb供電。1. 下面對ds18b20進(jìn)行簡單地介紹：（1）64位rom。64位rom是由廠家使用激光刻錄的一個(gè)64位二進(jìn)制rom代碼，是該芯片的標(biāo)識(shí)號(hào)，如表2.1所示： （2）溫度傳感器。溫度傳感器是ds18b20的核心部分，該功能部件可完成對溫度的測量通過軟件編程可將-55125范圍內(nèi)的溫度值按9位、10位、11位、12位的分辨率進(jìn)行量化，以上的分辨率都包括一個(gè)符號(hào)位，因此對應(yīng)的溫度量化值分別為0.5、0.25、0.125、0.0625，即最高分辨率為0.0625。（3）高速緩存器。ds18b20內(nèi)部的高速緩存器包括一個(gè)高速暫存器ram和一個(gè)非易失性可電擦除的eepro

9、m。非易失性可點(diǎn)擦除eeprom用來存放高溫觸發(fā)器th、低溫觸發(fā)器tl和配置寄存器中的信息。（4）配置寄存器。配置寄存器的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換率。ds18b20工作是按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值，它是高速緩存器的第5個(gè)字節(jié)如下所示：tmr0r111111tm是測試模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是在測試模式，在ds18b20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)；r1和r0用來設(shè)置分辨率；其余5位均固定為1。ds18b20分辨率的設(shè)置如表1所示.表1 ds18b20分辨率r1r0分辨率最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 /ms009位93.750110位187.51011位37511

10、12位750表2給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。ds18b20測溫范圍-55+125，以0.5遞增。表2 溫度數(shù)據(jù)關(guān)系溫度數(shù)據(jù)輸出（二進(jìn)制）數(shù)據(jù)輸出（十六進(jìn)制）+12500000000 1111101000fa+2500000000 001100100032+0.500000000 000000010001000000000 000000000000-0.511111111 11111111ffff-2511111111 11001110ffce-5511111111 10010010ff922. ds18b20溫度傳感器電路：傳感器只有三個(gè)管腳分別接地、5v電源

11、和單片機(jī)p34。電路圖如圖9圖9 溫度傳感器電路3.5 lcd1602液晶顯示及蜂鳴器、led報(bào)警模塊本系統(tǒng)采用1602液晶做顯示用，1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。1.lcd1602特性1) +5v電壓，對比度可調(diào) (和單片機(jī)一樣用usb供電)；2) 內(nèi)含復(fù)位電路；3) 提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能 ；4) 有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ddram。2.液晶顯示電路：液晶的8個(gè)數(shù)據(jù)端口和52單片機(jī)的p1口相連用于數(shù)據(jù)的傳輸。液晶顯示器的控制端口rs,wr,和en分別與單片機(jī)的p35，p36, p37相連

12、，便于單片機(jī)對液晶的初始化和讀寫操作。顯示電路如圖5所示圖5 lcd1602液晶顯示電路3. 蜂鳴器、led報(bào)警電路:電路由一個(gè)蜂鳴器，一個(gè)led燈，一個(gè)三極管和兩個(gè)電阻組成。三極管的基極和led陽極分別與p04和p02連接。當(dāng)環(huán)境溫度超過報(bào)警閾值時(shí)，通過單片機(jī)給p04和p02不斷的變化的高低電壓，此時(shí)蜂鳴器鳴響，led閃爍。其電路如圖6圖 6 蜂鳴器鳴響led閃爍電路3.5 鍵盤模塊51單片本模塊包括兩種按鍵一種帶鎖存功能，另一種不帶鎖存功能。帶鎖的按鍵用于高低溫報(bào)警溫度的設(shè)置，無鎖的鍵盤用于外部中斷和報(bào)警號(hào)碼的設(shè)置。1.中斷電路：有兩個(gè)彈性按鍵一段接地，另一端分別與單片機(jī)的int0和int

13、1相連，當(dāng)按下時(shí)觸發(fā)中斷進(jìn)入相應(yīng)的中斷程序。電路如圖7所示。圖 7 中斷電路2.報(bào)警溫度設(shè)置鍵盤電路：此模塊中有兩個(gè)按鍵和兩個(gè)紅色的led燈，led用來指示按鍵閉合和斷開的狀態(tài)，led亮?xí)r說明按鍵閉合，不亮說明斷開。兩個(gè)開關(guān)共有四種狀態(tài)：1） 當(dāng)sjiang和hl均斷開狀態(tài)時(shí)，通過中斷可以提高高溫報(bào)警溫度；2） 當(dāng)sjiang和hl均處于閉合狀態(tài)時(shí)，通過中斷可以降低低溫報(bào)警溫度；3） 當(dāng)sjiang斷開且hl處于閉合狀態(tài)時(shí)，通過中斷可以提高低溫報(bào)警溫度；4） 當(dāng)sjiang閉合且hl處于斷開狀態(tài)時(shí)，通過中斷可以降低高溫報(bào)警溫度；報(bào)警溫度設(shè)置電路圖如圖8所示。圖 8 報(bào)警溫度設(shè)置電路2. 接收報(bào)

14、警短信號(hào)碼設(shè)置鍵盤電路：由10個(gè)彈性按鍵構(gòu)成，分別接至單片機(jī)的p2和p06, p06端口，每個(gè)按鍵代表一個(gè)數(shù)字（09）。在設(shè)號(hào)中斷過程中每按下一個(gè)按鍵就會(huì)通過單片機(jī)錄入一位手機(jī)號(hào)，當(dāng)11位全部輸入后，號(hào)碼設(shè)置成功，電路如圖9所示。 圖 9 手機(jī)號(hào)碼設(shè)置電路4軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件總體設(shè)計(jì)本程序主要是實(shí)時(shí)監(jiān)控ds1820數(shù)字溫度傳感器的采樣溫度，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度超過事先設(shè)置好的閾值溫度時(shí)，51單片機(jī)給gsm模塊發(fā)送at命令，控制其向默認(rèn)手機(jī)發(fā)送溫度報(bào)警短信。當(dāng)溫度回落安全溫度時(shí)，單片機(jī)控制gsm模塊發(fā)送一條安全短信。另外可以通過外部中斷分別設(shè)置閾值溫度以及報(bào)警短信接收的手機(jī)號(hào)碼也可通過短信遠(yuǎn)程設(shè)置報(bào)警溫

15、度和手機(jī)號(hào)碼。因此需要設(shè)計(jì)采樣函數(shù)，顯示函數(shù)，發(fā)送函數(shù)，報(bào)警函數(shù)，收發(fā)短信函數(shù)，刪除短信函數(shù)，號(hào)碼和溫度的設(shè)置函數(shù)。4.2 主程序設(shè)計(jì) 程序全局變量是程序read_temp（）的返回值，現(xiàn)定義變量ta，程序不斷掃描ta值與溫度閾值hh和ll的大小關(guān)系。通過ds1820disp（uint xianshi），調(diào)用lcd1602的wr_dat()子程序?qū)崟r(shí)顯示溫度并同時(shí)判決ta是否超出閾值。主程序流程圖如圖10所示。圖10 主程序流程圖5 調(diào)試及結(jié)果調(diào)試方案及結(jié)果：1.首先在系統(tǒng)默認(rèn)的報(bào)警溫度和報(bào)警號(hào)碼的條件下進(jìn)行測試。步驟如下：1）首先打開gsm模塊的電源開關(guān)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)指示燈大約每三秒中亮一次時(shí)說明

16、網(wǎng)絡(luò)注冊成功。然后接通單片機(jī)和顯示部分的電源，使lcd1602進(jìn)入顯示工作狀態(tài)，此刻顯示報(bào)警溫度和實(shí)時(shí)溫度值。2）此時(shí)給溫度傳感器一個(gè)較高的溫度，測試能否發(fā)送遠(yuǎn)程報(bào)警短信。測試結(jié)果：以上兩步測試均正確，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2.用鍵盤改變報(bào)警溫度值，并改變報(bào)警號(hào)碼其余操作同上。測試結(jié)果：以上兩步測試均正確，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3.測試遠(yuǎn)程短信對報(bào)警溫度和號(hào)碼進(jìn)行設(shè)置. 在系統(tǒng)初始化完成后，lcd1602液晶顯示無誤后，用手機(jī)向gsm模塊中的sim卡發(fā)送如下信息：set313 125意思是接受短信手機(jī)溫報(bào)警溫度設(shè)置為31.3c，低溫設(shè)置為12.5c。如圖11所示。圖11 遠(yuǎn)程設(shè)置短信發(fā)送圖此時(shí)液晶會(huì)顯示設(shè)置后的