基于GSM溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要  為滿足遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測的實(shí)際需求，提出了一種基于GSM模塊TC35i的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)STC89C52為主控芯片，以DS18B20作為溫度采集部分，結(jié)合TC35i的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對溫度數(shù)據(jù)以短信方式發(fā)送到用戶手機(jī)，該系統(tǒng)可代替人工的方法在任意時(shí)刻檢測溫度。
關(guān)鍵詞  手機(jī)；TC35i；自動(dòng)監(jiān)控；DS18B20；STC單片機(jī)

    傳統(tǒng)的溫度檢測方法，是用戶直接在檢測設(shè)備上讀取溫度值或通過有線網(wǎng)絡(luò)把溫度數(shù)據(jù)傳送到檢測室。但如果被檢測點(diǎn)距離遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣，而且現(xiàn)場又不能保證實(shí)時(shí)有人的情況下，使用傳統(tǒng)的檢測方法顯然不行。因此，監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)的無線傳輸和對檢測點(diǎn)的遠(yuǎn)程無線控制是必要的。為解決傳統(tǒng)的系統(tǒng)不能及時(shí)了解檢測環(huán)境信息的問題，利用GSM模塊TC35i在原有基礎(chǔ)上增加無線控制功能，突破了傳統(tǒng)有線的距離約束，而且GSM網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面廣，通過GSM公網(wǎng)短信平臺(tái)，及時(shí)把測控點(diǎn)的溫度信息發(fā)送給用戶。用戶也可以發(fā)送短信來控制加溫或降溫設(shè)備。

1 技術(shù)概況與特點(diǎn)
    GSM全球通，是由歐洲開發(fā)的數(shù)字移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，其開發(fā)目的是讓全球各地共同使用一個(gè)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。TC35i是西門子繼TC35之后開發(fā)的工業(yè)GSM模塊，如圖1所示。它是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)GSM模塊，可以工作在GSM900和GSM1800雙頻段，TC35i的第1～5引腳是正電源輸入腳，通常推薦值4．2 V，第6～10引腳是電源地。11、12為充電引腳，可以外接鋰電池，13為對外輸出電壓，14為ACCU-TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，用于鋰電池充電保護(hù)控制。15腳是啟動(dòng)腳IGT，系統(tǒng)加電后為使TC35i進(jìn)入工作狀態(tài)，必須給IGT加一個(gè)<100 ms的低脈沖，電平下降持續(xù)時(shí)間不超過1 ms。16～23為數(shù)據(jù)輸入／輸出，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。TC35i的數(shù)據(jù)輸入／輸出接口實(shí)際是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合TTU-TRS232接口標(biāo)準(zhǔn)，它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗(yàn)位，速率在300 b·s-1～115 kb·s-1之間可選，默認(rèn)為9 600 b·s-1。電源范圍為直流3．3～4．8 V，電流消耗為休眠狀態(tài)3．5 mA、空閑狀態(tài)25 mA、發(fā)射狀態(tài)300 mA?？蓚鬏斦Z音和數(shù)據(jù)信號(hào)，EGSM900(類)GSM1800(1類)的功率分別為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3 V／1．8 V，TC35i的數(shù)據(jù)接(CMOS電平)通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選速率為300 b·s-1～115 k b·s-1，自動(dòng)速率為1．2 kb·s-1～115 kb·s-1。它支持text和pdu格式的SMS。TC35i模塊多電源的要求較高，工作電壓3．5 V，電壓低于0．4 V時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)，通話模式的峰值電流為1．8 A，最大電流為2 A。TC35i是通過第15管腳觸發(fā)點(diǎn)火信號(hào)端IGT(Ignition)開啟的，并且保持低電平>100 ms方可開機(jī)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)的功能模塊
    系統(tǒng)主要有1602液晶顯示模塊，TC35IGSM模塊，STC89C52單片機(jī)，溫度傳感器18B20，繼電器部分以及電源，系統(tǒng)框圖如圖2所示。STC8 9C52作為該系統(tǒng)處理器，內(nèi)含8 kB的Flash內(nèi)存。18B20作為系統(tǒng)的溫度采集部分，把溫度數(shù)據(jù)以9位數(shù)字量傳送給單片機(jī)，單片機(jī)把溫度數(shù)據(jù)處理之后通過液晶顯示出來。當(dāng)單片機(jī)發(fā)生串口中斷時(shí)，單片機(jī)啟動(dòng)TC35i模塊讀取短信內(nèi)容和手機(jī)號(hào)碼，若消息內(nèi)容和預(yù)先設(shè)定的內(nèi)容相符，就執(zhí)行相應(yīng)的操作，比如發(fā)送“openl”就打開繼電器1，單片機(jī)執(zhí)行成功后，通過GSM網(wǎng)絡(luò)反饋短信給用戶。若信息內(nèi)容不符就將其刪除。

2．2 溫度采集模塊
    溫度采集部分用DS18B20，它是單總線數(shù)字溫度傳感器，溫度測量范圍是-55～125℃，在-10～+85℃度之間的精度為0．5℃，溫度以9為的數(shù)值量讀出，溫度數(shù)字量的轉(zhuǎn)換時(shí)間為200 ms，DS18B20是“一線總線”的傳輸方式，提高了抗干擾能力，適合于惡劣的環(huán)境。由于DS18B 20其性價(jià)比較高所以本系統(tǒng)選用它作為溫度采集部分。單片機(jī)在與18B20連接時(shí)要使用上拉電阻，大小為4．7 kΩ，18B20與單片機(jī)連接只占用一個(gè)I／O接口，如圖3所示。

2．3 TC35i模塊
    TC35i模塊由ZIF連接器、Flash、天線接口、發(fā)射模塊和基帶處理模塊5部分組成，模塊框圖如圖4?；鶐幚砥髯鳛門C35i的核心，它主要處理GSM終端內(nèi)的語音和數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有模擬和數(shù)字功能。TC35i的40個(gè)引腳通過一個(gè)ZIF(Zero Insertion For-ce，零阻力插座)連接器引出。

    TC35i能夠支持標(biāo)準(zhǔn)的AT指令，設(shè)計(jì)中涉及TC35i的18腳(RXD0)、19腳(TXD0)和15腳(IGT)其它管腳功能沒有被使用，18、19管腳作為串口通信使用，15連接P1，0，單片機(jī)可給15腳一個(gè)低電平自動(dòng)啟動(dòng)TC35i模塊，TC35i可以和STC89C52串口直接連接，其他單片機(jī)可以根據(jù)需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，TC35i和STC89C52具體連接如圖5所示。在進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)送者將設(shè)置好的短信內(nèi)容從發(fā)送方的手機(jī)發(fā)送出去，通過短消息中心進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，TC35i接收到短消息后存儲(chǔ)到SIM卡上，模塊的控制器89C51讀取短消息后根據(jù)需要取出有用的信息，最后后將SIM卡上的信息刪除，這樣就完成一次單向的數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計(jì)中單片機(jī)接收TC35i消息采用中斷掃描方式，一旦消息到達(dá)TC35i模塊，控制器調(diào)用串口接收程序來接收短消息。

2．4 溫度控制部分
    系統(tǒng)可自動(dòng)進(jìn)行溫度控制，用戶根據(jù)需要設(shè)定溫度，當(dāng)采集溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)打開繼電器1，此時(shí)加溫設(shè)備工作。當(dāng)采集溫度高于設(shè)定溫度時(shí)系統(tǒng)打開繼電器2，此時(shí)降溫設(shè)備工作。用戶也可以通過手機(jī)發(fā)送短信來遠(yuǎn)程打開或關(guān)閉任意一路繼電器。本系統(tǒng)采用了大功率繼電器，因而可以用于220 V市電的電器設(shè)備。為增加安全性，采用光電耦合器起到了高低壓的隔離作用，連接電路如圖6所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3．1 指令部分
    單片機(jī)通過串口發(fā)送AT指令與TC35i通信，常用AT指令如表1所示。每個(gè)AT指令以AT開頭，以回車結(jié)束，對SMS的控制主要有3種途徑：Block Mode、基于AT指令的Text Mode和基于AT指令的PDU Mode，本系統(tǒng)采用PDU Mode發(fā)送和接受消息。

    例如要發(fā)送“操作成功”到13488097615(3184087916F5)中，首先要把字符轉(zhuǎn)換為UNICODE碼，經(jīng)轉(zhuǎn)換“操作成功”的UNICODE碼為64CD 4F5C6210 529F，AT指令是(1)AT+CMGF=0：設(shè)置TC35i為PDU格式。AT+CMGS=023??：為發(fā)送短消息指令，其中023代表數(shù)據(jù)內(nèi)容的字節(jié)數(shù)，但不包括第1個(gè)00，中文字每增加1個(gè)字節(jié)數(shù)就要加2。發(fā)送的字節(jié)設(shè)置為23個(gè)，內(nèi)容為0011000D91(81)3184087916F50008010864CD4F5C6210529F，代碼意義如表2。

3．2 程序部分
3．2．1 主程序
    主程序流程圖如圖7所示，開機(jī)后便初始TC35i模塊檢測SIM卡是否裝好，初始化成功后就可已接收PDU格式的消息，當(dāng)有信息到達(dá)模塊時(shí)，TC35i能夠?qū)Πl(fā)送消息的手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行讀取，并對內(nèi)容進(jìn)行分析，如果內(nèi)容符合就執(zhí)行操作，并向此號(hào)碼回復(fù)1條相應(yīng)內(nèi)容的消息，否則刪除消息。

3．2．2 信息內(nèi)容處理
    void read_sms()是程序?qū)π畔⒌膬?nèi)容的處理部分，若有短信接收，先讀取發(fā)送手機(jī)的號(hào)碼，然后進(jìn)行內(nèi)容的比較，處理之后回復(fù)提示信息給原手機(jī)號(hào)碼，如果是錯(cuò)誤信息就將其刪除。

4 結(jié)束語
    由TC35i通信模塊組成的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是覆蓋范圍廣、實(shí)時(shí)性好、可靠性高、價(jià)格便宜。以GSM網(wǎng)絡(luò)作為無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，適用于頻繁傳送小數(shù)據(jù)量的應(yīng)用，還適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)、架設(shè)通信線路困難的地方。且在無人值守地區(qū)或?qū)o人值守系統(tǒng)，應(yīng)用短消息業(yè)務(wù)來傳送數(shù)據(jù)合適，操作人員只需要通過一部手機(jī)就可以了解測試點(diǎn)的溫度，并且可以遠(yuǎn)程打開加溫和降溫設(shè)備，開發(fā)應(yīng)用前景較好。