基于GSM溫度檢測系統(tǒng)的設計

摘要  為滿足遠程溫度監(jiān)測的實際需求，提出了一種基于GSM模塊TC35i的溫度檢測系統(tǒng)設計。系統(tǒng)STC89C52為主控芯片，以DS18B20作為溫度采集部分，結合TC35i的特點，實現(xiàn)了對溫度數(shù)據(jù)以短信方式發(fā)送到用戶手機，該系統(tǒng)可代替人工的方法在任意時刻檢測溫度。
關鍵詞  手機；TC35i；自動監(jiān)控；DS18B20；STC單片機

    傳統(tǒng)的溫度檢測方法，是用戶直接在檢測設備上讀取溫度值或通過有線網(wǎng)絡把溫度數(shù)據(jù)傳送到檢測室。但如果被檢測點距離遠、環(huán)境惡劣，而且現(xiàn)場又不能保證實時有人的情況下，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的遠程無線控制是必要的。為解決傳統(tǒng)的系統(tǒng)不能及時了解檢測環(huán)境信息的問題，利用GSM模塊TC35i在原有基礎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)絡的覆蓋面廣，通過GSM公網(wǎng)短信平臺，及時把測控點的溫度信息發(fā)送給用戶。用戶也可以發(fā)送短信來控制加溫或降溫設備。

1 技術概況與特點
    GSM全球通，是由歐洲開發(fā)的數(shù)字移動電話網(wǎng)絡標準，其開發(fā)目的是讓全球各地共同使用一個移動電話網(wǎng)絡標準。TC35i是西門子繼TC35之后開發(fā)的工業(yè)GSM模塊，如圖1所示。它是一個支持中文短信息的工業(yè)級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接負溫度系數(shù)的熱敏電阻，用于鋰電池充電保護控制。15腳是啟動腳IGT，系統(tǒng)加電后為使TC35i進入工作狀態(tài)，必須給IGT加一個<100 ms的低脈沖，電平下降持續(xù)時間不超過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／輸出接口實際是一個串行異步收發(fā)器，符合TTU-TRS232接口標準，它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗位，速率在300 b·s-1～115 kb·s-1之間可選，默認為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，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時自動關機，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)點火信號端IGT(Ignition)開啟的，并且保持低電平>100 ms方可開機。

2 系統(tǒng)硬件設計
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，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，單片機把溫度數(shù)據(jù)處理之后通過液晶顯示出來。當單片機發(fā)生串口中斷時，單片機啟動TC35i模塊讀取短信內(nèi)容和手機號碼，若消息內(nèi)容和預先設定的內(nèi)容相符，就執(zhí)行相應的操作，比如發(fā)送“openl”就打開繼電器1，單片機執(zhí)行成功后，通過GSM網(wǎng)絡反饋短信給用戶。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)字量的轉換時間為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其性價比較高所以本系統(tǒng)選用它作為溫度采集部分。單片機在與18B20連接時要使用上拉電阻，大小為4．7 kΩ，18B20與單片機連接只占用一個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，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有模擬和數(shù)字功能。TC35i的40個引腳通過一個ZIF(Zero Insertion For-ce，零阻力插座)連接器引出。

    TC35i能夠支持標準的AT指令，設計中涉及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，單片機可給15腳一個低電平自動啟動TC35i模塊，TC35i可以和STC89C52串口直接連接，其他單片機可以根據(jù)需要進行電平轉換，TC35i和STC89C52具體連接如圖5所示。在進行通信時，發(fā)送者將設置好的短信內(nèi)容從發(fā)送方的手機發(fā)送出去，通過短消息中心進行轉發(fā)，TC35i接收到短消息后存儲到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。設計中單片機接收TC35i消息采用中斷掃描方式，一旦消息到達TC35i模塊，控制器調用串口接收程序來接收短消息。

2．4 溫度控制部分
    系統(tǒng)可自動進行溫度控制，用戶根據(jù)需要設定溫度，當采集溫度低于設定溫度時，系統(tǒng)打開繼電器1，此時加溫設備工作。當采集溫度高于設定溫度時系統(tǒng)打開繼電器2，此時降溫設備工作。用戶也可以通過手機發(fā)送短信來遠程打開或關閉任意一路繼電器。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)軟件設計
3．1 指令部分
    單片機通過串口發(fā)送AT指令與TC35i通信，常用AT指令如表1所示。每個AT指令以AT開頭，以回車結束，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，首先要把字符轉換為UNICODE碼，經(jīng)轉換“操作成功”的UNICODE碼為64CD 4F5C6210 529F，AT指令是(1)AT+CMGF=0：設置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00，中文字每增加1個字節(jié)數(shù)就要加2。發(fā)送的字節(jié)設置為23個，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，當有信息到達模塊時，TC35i能夠對發(fā)送消息的手機號碼進行讀取，并對內(nèi)容進行分析，如果內(nèi)容符合就執(zhí)行操作，并向此號碼回復1條相應內(nèi)容的消息，否則刪除消息。

3．2．2 信息內(nèi)容處理
    void read_sms()是程序對信息的內(nèi)容的處理部分，若有短信接收，先讀取發(fā)送手機的號碼，然后進行內(nèi)容的比較，處理之后回復提示信息給原手機號碼，如果是錯誤信息就將其刪除。

4 結束語
    由TC35i通信模塊組成的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，優(yōu)點是覆蓋范圍廣、實時性好、可靠性高、價格便宜。以GSM網(wǎng)絡作為無線傳輸網(wǎng)絡，適用于頻繁傳送小數(shù)據(jù)量的應用，還適用于偏遠地區(qū)、架設通信線路困難的地方。且在無人值守地區(qū)或對無人值守系統(tǒng)，應用短消息業(yè)務來傳送數(shù)據(jù)合適，操作人員只需要通過一部手機就可以了解測試點的溫度，并且可以遠程打開加溫和降溫設備，開發(fā)應用前景較好。