基于GSM短消息的温室环境监测系统

2011-06-08 19:59:30来源: 互联网

1 引言
    温室环境的各项参数是否符合规定要求需进行检测得知,而科技的发展为温室环境的监测自动化、高效化提供了重要条件。GSM短信息以其覆盖区域广、快捷、高效、准确、费用低廉、受环境影响小等特点.逐步应用于工业控制、移动作业环境、远程数据采集和监控中。可随时随地通过GSM模块以短消息方式发送和接收现场采集到的数据,具有实时性强、精度高的优点,便于数据信息的集中管理和远程控制。采用 MSP430F149" target=_blank>MSP430F149单片机和TC35i作为核心器件,系统实现了对环境中温度、湿度、光照强度、CO2浓度等参数的实时监测。并将测得数据定时以GSM 短消息的方式发送到手机、远程监控中心,也可设置标准环境参数。当环境参数不符合环境要求时向手机发送警报。因此,该系统是一种低成本、体积小、可移动、方便操作的新型环境监测仪。

2 系统结构和工作原理
    该系统主要由两大部分组成:环境数据采集部分和数据监测终端。环境数据采集部分主要由环境数据采集传感器、单片机MSP430F149和GSM无线收发模块等组成。其中环境数据采集传感器包括温湿度传感器、光照传感器、CO2浓度传感器,主要完成环境信息的采集。MSP430F149是一款超低功耗单片机,能够在1.8~3.6V电压、1 MHz的时钟下运行,具有5种节电模式;具有强大的处理能力和丰富的片内外设,主要控制环境数据采集传感器和GSM无线收发模块两者有序工作,它是数据采集系统的核心部分,一方面进行用户鉴权,另一方面将获得的数据转换成GSM短信模式,并控制TC35i收发模块发送数据。GSM无线收发模块即 TC35i,负责发送和接收短信,它可以向用户监测终端发送检测到的实时环境数据,同时也接收用户监测终端发来的命令短信。数据监测终端可以是手机终端或计算机监控中心。
    图1为系统整体框图,整个电路采用MSP430F149结合外同电路实现对温湿度、光照强度和CO2浓度的数据采集和监控。系统循环监控环境,若出现问题,单机片立即通过AT命令RS232异步串行接口与GSM收发模块进行通信,并利用该模块向手机终端或计算机监控中心发送短信息。监测者可用短信命令设置智能模块,或发送短消息查询命令查询其监控情况,从实现到无线监测。该方式无需拨号,短信收发模块直接把传输的内容和终端号码传送给SMSC,再由 SMSC发送给接收终端。如果发送失败,网络保留消息重新发送。

3 系统硬件设计
3.1 GSM收发模块TC35i
    TC35i是一款工业级GSM模块,集成有射频单元和基带处理器,可工作于900 MHz和1 800 MHz两个频段,支持数据、语音、短消息和传真功能。TC35i模块的正常运行需要相应外围电路的配合。TC35i共有40个引脚,通过零阻插座ZIF (Zero Insertion Force)连接器分别与电源、启动与关机、数据通信、语音通信、SIM卡、指示灯等电路连接。启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。TC35i上电1Oms后(电池电压须大于3V),为使之正常工作,必须在引脚IGT加时长至少为100 ms的低电平信号,且该信号下降沿的时间小于1 ms。启动后,该引脚信号应保持高电平。TC35i的数据接口采用串行异步收发,符合ITU2T,RS232接口电路标准,工作在CMO电平(2165 V],数据接口配置为8位数据位、1位停止位、无校验位,可以在300 b/s~115 Kb/s的波特率下运行。支持的自动波特率为418~115 Kb/s。TC35i模块还支持RTSO/CTSO的硬件握手和Xon/Xoff的软件流控制,串口RS232通信采用MAX3238器件实现电平转换。
3.2 数据采集传感器
    数据采集传感器是整个监测系统的重要组成部分,采集处理环境参数,将环境中的温湿度、光照强度、CO2浓度信号转化为电信号。系统将采集到的数据存人存储器,系统对采集的数据带有有线传输方式,通过RS232对数据现场采集与调试。

3.2.1 光照强度传感器
    选用TSL230B测量周围环境的光线强度。该器件采用先进的LinCMOSTM 工艺,由多晶硅光电二极管和单片CMOS电流频率集成转换器构成。它无需外接元件即可完成高分辨率的光照度/频率转换,把一定光谱的光转换成电流。再由电流/频率转换器转换成相应脉冲频率。输出方波或三角波的频率完全由光照幅度决定,分辨率极高,可直接与微控制器相连,如图2所示。S0、S1为灵敏度控制端,实际是通过改变其上方的感光面积来改变灵敏度;S2、S3为满量程选择端;OUT为频率信号输出端,进入单片机的捕获输入,通过计算两次捕获时间内计数器的数值差,便可以计算出输出频率值,最后根据TSL230B的频率一能量关系曲线图对照得到光线强度。

3.2.2 温度湿度传感器
    温度湿度的测量采用SHT11型智能化湿度/温度传感器,它采用CMOSens (Ce-mo-Sens)专利技术(CMOS和传感器技术的融合),体积小。SHT11主要包括相对湿度传感器、温度传感器、放大器、A/D转换器、校准存储器(E2PROM)、随机存取存储器(RAM)、状态寄存器、加热器、低电压检测电路等部分,可给出全校准相对湿度及温度值输出,具有露点值计算输出功能;湿度值输出分辨率为14位,温度值输出分辨率为12位,并可编程为12位和8位;具有数据传输校验功能。SHT11是采用I2C总线接口的传感器,接口电路非常简单,具有数字式输出,免调试,免标定,一致性好,具有超快响应、抗干扰能力强、极高的性价比等优点,图2为其连接电路图。
3.2.3 CO2浓度传感器
    CO2的监测采用6004型CO2浓度传感器,该传感器采用红外线吸收散射式NDIR技术,灵敏度高,可重复性好,响应时间快,预热时间短,长期使用稳定性能好。红外CO2传感器6004的测量范围较宽。分别为0~2 000 pom,0~10 000 ppm,0~50 000 ppm,采用+5 V供电,平均电源损耗45 mA,最小电源损耗15 mA。工作环境为0~50°C,输出电压是在0~4 V变化的直流信号,系统对6004的输出信号进行采样后,送到A/D转换器处理。A/D转换器采用带有I2C总线的ADS1100,它具有分辨率、接口简单、比例放大、功耗低、体积小等优点。ADS1100采用电源电压为基准电压,可按比例进行MD转换。同时带有差分输入且具有高达16位的分辨率,片内可编程增益放大器(PGA)能提供高达8倍的增益,允许对小信号进行测量。该传感器使用寿命长(约10年),对温度和湿度依赖性比较小,可以明显降低温度的漂移所带来的误差。
3.3 存储器模块
    存储器部分采用SST25VF040。它以SuperFlash技术为基础,适用于外扩存储器,其存储容量为4 MB,采用3.3 V单电源供电,无需额外高电压,可通过一些特殊的命令字序列实现对各个子模块的读写和擦除。该器件功耗低,工作电流为7 mA,等待电流为3μA;时钟频率高达33 MHz,可快速编程、擦除、读取,可重复10万次以上,采用8引脚SOIC封装及超薄型WSON封装,可减少电路板空间、耗能及成本。提供最新自动地址增值(AAI)资料写入模式,相较于单一字节资料写入模式,该模式将整个闪存的资料写入时间减少50%。
    对采集的数据通过SPI串行通信存储到SST25VF040,也可通过SPI串行通信读取存储器中的数据,从而便于查询、分析、处理采集的数据。存储电路连接如图3所示。通过上拉电阻将CE、SO引脚的初始状态置为高电平,写保护始终为高电平。相应的输入输出端、时钟信号端和使能端分别和单片机接口相连。

3.4 时钟模块
    系统采用DS1302器件作为时钟电路。该器件低功耗,可通过串行方式与单片机传送数据,能够向单片机提供包括秒、分、时、日、月、年等在内的实时时间信息,并且具有月末日期、闰年的补偿功能;还有用于主电源和备份电源的双电源引脚,在主电源关闭时,也能保持时钟的连续运行。DS1302与单片机系统的数据传送依靠CE、I/O、SCLK 3根端线即可完成。其工作过程为:首先CE引脚驱动至高电平,然后再作用于SCLK时钟脉冲,通过I/O引脚向DS1302输入地址/命令字节,随后再在 SCLK时钟脉冲的配合下,从I/O引脚写入或读出相应数据字节。因此,DS1302与单片机之间的数据传送是十分容易实现的。如图3所示。

4 系统软件设计
    系统软件程序采用C语言编写。主要分为两大部分:一是对监测数据进行判别、检查和存储,包含采集中断、时钟读取子程序、存储程序、短信收发、串行通信中断等程序组成;二是对采集的数据进行处理、分析。系统除接收正常的测量数据.还对采集数据进行判别,监控者也可随时查询所监测的各项参数,短信收发模块对接收到查询指令的用户进行鉴权。如果是非法用户则不处理该指令,同时也可检查各监测数据的时钟和日历设置、各采集终端,分析数字化采集状态的信号装置,并随时校正。定时向检测者发送监测数据,到系统设定时间时,将自动发送最新的监测数据。

    单片机和TC35i模块之间采用AT指令通信。TC35i提供的命令接口符合GSM 07.05和GSM 07.07规范。GSM07.07中定义的AT命令提供一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口,数据终端设备通过标准的AT命令与GSM网络引擎相互通信、交换数据。对SMS的控制主要采用3种模式:Block、基于AT指令的Text和基于AT指令的PDU。该监测系统采用PDU模式接收和发送短消息。系统软件采用模块化方式设计,主要有主程序和温度湿度、光照强度、CO7浓度等数据采集子程序,主程序开始后,先初始化单片机、GSM短信收发模块驱动、A/D转换驱动等,其流程如图4所示。


5 结束语
    基于TC35i短信收发模块的环境监测系统结构简单,成本低廉,实时性强。采用一种成熟可靠、便捷的数据传输采集方式。进一步开发该系统可实现基于普通手机的远程操作,可逐步替代移动性不强的PC机,使远程控制更加便捷。该系统作为一种便捷的数据采集监测装置,具有较好的可移植性,只要加入其他所需的传感系统。则可实现其他数据的传输与采集。

关键字:系统

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0608/article_6464.html
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