基于gsm模块的远程温度监测系统

基于gsm模块的远程温度监测系统内容摘要：

GSM 系统来构建自 己的通信平台，是非常有使用价值的。 这种系统不需要在组建专用的通信网络，就能实现实时的数据传输功能。 GSM 系统协议提供了非常透明的支持，加上手机的无线 MODEM 模块，就可以构成无线数据的传输系统。 现代的手机都包含一个无线 MODEM 模块，作为无线数据收发的终端，是整个手机能够联网的核心。 这个无线 MODEM模块一般都支持 GSM规定的 AT 指令集，该指令集是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉等厂商共同为 GSM 系统制定的，已由 ETSI(欧洲通信技术委员会 )正式发布，并加入 标准，其中包含对 SMS(短信息服务 )的控 制。 GSM 的短信业务 SMS 利用信令信道传输，这是GSM 通信网特有的。 它不是用事先拨号建立连接，把数据信息和发送的目的地址 通过 GSM 协议编码后，发送到移动供应商的服务中心。 短消息服务中心不直接送给最终的接收端，而是首先存储该信息。 所以当接收方手机没有开机时，发送的信息也不会丢失。 无线 MODEM 有三种 SMS 控制协议，即 BL0CK M0DE 协议、基于 AT 指令的 TEXT MODE 协议、基于 AT 指令的 POU MODE 协议，前两种是较早使用的，而且国内手机不支持， PDU MODE 协议现在应用最广泛。 SMS 的通信指令 TA 指令 本设计是基于 GSM 模块的远程温度控制，而 GSM 模块中的短信息通信业务是我们完成远程控制的手段。 单片机与手机的软件接口，其实是单片机通过与 GSM 短信有关的 AT 指令控制手机的控制技术，实现工作模式、读短信、发短信和短信的删除等功能。 首先单片机发送 AT 指令，等待手机的应答信号，然后对于手机工作模式的设定，可以使用指令 AT+CMGF=N(N=O 为 PDU 模式， N=1 为文本模式 )来完成，一般设置为 PDU 模式。 读短信息数据可以采用两个指令 AT+CMGR=N 读手机短信息数据 (N 为短消息号 )、 AT+CMGL=N 为列出手机中的短消息 (N=0 是未读的短信息、N=l 为已读的短信息、 N=2 未发的短信息 )。 最后删除手机中的短消息可以使用指令AT+CMGD： N， N 为待删除的短信息编号。 发送短信息要使用无线通信模块，所以都需要根据 TC35I 的接口协议编制通信程序 [15]。 TC35I 的串口数据通信支持 和 标准的 AT 指令集。 在短信息模块收到网络发来的短信息时，能够通过串口发送指示信息，数据终端设备可以向 GSM 模块发送各种命令集，是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和 HP 等厂家共同为 GSM 系统研制的，其中包 含了对 SMS 的控制。 天津职业技术师范大学 2020届本科生毕业设计 7 常用与 SMS 相关的 AT 命令主要有以下几条： AT+CMGC：发出一条短消息命令； AT+CMGD：删除 SIM 卡内存的短消息； AT+CMGF：选择短消息信息格式， 0 为 PDU 格式， 1 为 TEXT 格式； AT+CMGL：列出 SIM 卡中的短消息 ； AT+CMGR/CMGS： 读 /发送短消息； AT+CMGW： 向 SIM 内存中写入待发适消息； AT+CMSS： 从 SIM 内存中发送短消息； AT+CNMI： 显示新收到的短消息； AT+CSCA： 短消息中心地址。 目前，发送短消息常用 Text 和 PDU（ Protocol Data Unit，协议数据单元）模式。 使用 Text 模式收发短信息代码简单，实现起来容易，但缺点是不能收发中文短信：而 PDU 模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。 PDU 模式收发短信可使用 3 种编码 :7bit、 8bit 和 UCS2 编码 [16]。 7bit 编码用于发送普通的 ASCII 字符， 8bit 编码通常用于发送数据消息， UCS2 编码用于发送 Unicode 编码字符。 在这三种编码方式下，可发送的最大字符数分别是 160、 1 70。 若发送中文，必须采用 PDU 模式的 Unicode编码方式。 一般的 PDU 编码由 A B C D E F G H I J K L M 十三项组成 ： A：短信息中心地址长度， 2 位十六进制数（ 1 个字） ； B：短信息中心号码类型， 2 位十六进制数 ； C：短信息中心号码， B+C 的长度将由 A 中的数据决定 ； D：文件头字节， 2 位十六进制数 ； E：信息类型， 2 位十六进制数 ； F：被叫号码长度， 2 位十六进制数 ； G：被叫号码类型， 2 位十六进制数，取值同 B； H：被叫号码，长度由 F 中的数据决定 ； I：协议标识， 2 位十六进制数 ； J：数据编码方案， 2 位十六进制数 ； K：有 效期， 2 位十六进制数 ； L：用户数据长度， 2 位十六进制数 ； M：用户数据，起长度由 L 中的数据决定。 J 中设定采用 UCS2 编码，这里是英文的UNICODE 字符。 天津职业技术师范大学 2020届本科生毕业设计 8 TC35I 通信模块 TC35I 是西门子最新推出的无线通信模块，功能与 TC35 兼容，设计紧凑。 TC35I与 GSM2/2+兼容，双频 (GSM900/GSMl800)工作，带有 RS232 数据口。 符合 ETSI 标准 GSM0707 和 GSM0705，且易于升级为 GPRS 模块。 该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的 AT 命令接口，为数据、语音和短 消息提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。 TC35I 有 40 个引脚，通过 ZIF 连接器引出。 这些引脚可划分为 5 类，即电源、数据输入 /输出、 SIM 卡、音频接口和控制 [5]。 TC35i 的管脚图如 21 所示。 VE1VE2VE3VE4VE5GND6GND7GND8GND9GND10POWER11POWER12VDD13ACCU_TEMP14IGT15DSR016RING017RtD018TsD019CTS020RTS021DIR022DCD023CCIN24CCRST25CCI026CCCLK27CCVCC28CCGND29VDDLP30PD31SYNC32EPP233EPN234EPP135EPN136MICN137MICP138MICN239MICP240U1 TC35iVCC1KR11KR21KR3S1D1LED13KR410KR5Q1NPNR0OUTTILNVCCCCGND4CCRST2CCCLK3CCVCC1CCVPP5CCIO6U3SIM_CARD 图 21 TC35i 的管脚图 1～ 14 引脚为电源部分，其中 l～ 5 引脚为电源电压输入端 VBATT+6～ 10 引脚为电源地 GND， 11～ 12 引脚为充电端， 13 引脚为对外输出电压 (供外部电路使用 )， 14引脚 ACCU/TEMP 接负温度系数的热敏电阻； 24～ 29 引脚为 SIM 卡连接端； 33～ 40引脚为语 音接口用来接电话手柄。 1 31 和 32 引脚为控制部分， 15 引脚为启动线 IGT(Ignition)。 当 TC35i 通电后必须给 IGT 一个大于 100mV 的低电平，模块才能启动。 30 引脚为 RTC back up； 31 引脚为掉电控制； 32 引脚为 SYNC， 16～ 23 引脚为数据输入 /输出端 分别为 DSRO、 RINGO、 RXD0、 TXD0、 CTSO、 RTSO、 DTRO天津职业技术师范大学 2020届本科生毕业设计 9 和 DCDO。 单片机和 GSM 之间的电路连接就是把 TC35i 的 相连接。 电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分。 充电电池为整个系统提供 工作 电压。 同时产生 MAX232 所需要的高电平：三端电源模块 LM7806 将外部 12V直流电源转换为 6V， 连接至 ZIF 连接器的 1 12 引脚。 在充电模式下可为 TC35I提供 6V/500mA 的充电电源。 启动电路由漏极开路三极管和上电复位电路组成。 模块上电 10ms 后 (电池电压须大于 3V)，为使之正常工作，必须在 15 引脚 (IGT)施加低电平信号，至少保持 100 ms且该信号下降沿时间小于 1ms，启动后 15 引脚应保持高电平。 数据通信电路主要实现短消息收发、与 PC 机通信、软件控制等功能。 TC35I 的数据接口采用串行异步收 发，符合 RS232 接口电路标准。 工作在 CMOS 电平 ()。 数据通信电路以 MAX232 为核心实现电平转换及串口通信。 天津职业技术师范大学 2020届本科生毕业设计 10 3 系统硬件电路的设计 系统总体硬件结构设计 整个远程温度监测系统由远程温度监控报警系统结构可分为 3 部分：监控中心、GSM 短信息 (SMS)服务中心和现场监控系统。 系统中的温度采集部分由 DS18B20 单线数字温度传感器负责实时采集现场温度信号，并把温度信号直接以数字形式传送给AT89S52 单片机。 AT89S52 单片机取得相应的数值后经主程序分析与设定值比较，根据实际情况输出 信号控制输出电路各端 El 的电平，以驱动外围的控制电路工作， 实现对被控制对象的控制；同时判断各监测值是否满足发送信息条件，若满足条件即通过通信模块 TC35 向监控中心或值班人员的手机发送信息。 另外， AT89S52 单片机也通过 TC35 模块接收发自监控中心或手机的短信息指令，对收到的短信息进行解释并执行，实现对被控制对象的管理和控制。 监控中心主要功能是实时监控现场各测量设备状态，并对安装在现场的监控系统实时上传的各种信息、数据进行分析及处理。 若接收到异常状态数据，服务器提供报警显示，管理维护人员可在服务器端向监测 现场发送控制短信息，通过单片机改变现场工作状态。 由于 GSM 是目前我国主要使用的蜂窝数字移动通信系统，技术成熟，覆盖面广，传输距离基本不受限制，而且直接面向用户手机，是良好的无线传输平台。 用户手机为远程监控终端，当有安全事故发生时，手机就会接收到一条来自智能监控器的报警短信。 在设计开发过程中 GSM 网络和用户手机均为现有设备，可以直接引入系统。 GSM 通讯网络和手机用户终端都是已有的，所以重点是智能温度监控器的设计与实现。 智能温度监控器由西门子的 TC35I 模块、 AT89S52 模块、温度传感器采集模块(DS18B20)和一些外围器件（液晶显示，按键，报警等模块）构成。 图 31 为 此 系统的硬件结构框图。 天津职业技术师范大学 2020届本科生毕业设计 11 DS 18 B 20温度传感器控制核心AT 89 S 52GAM 模块 TC 35 I手机键盘 液晶显示报警模块 图 31 系统结构框图 AT89S52 及其外围电路 在此设计中采用 单片机 AT89S52，它 的主要任务是采集受控对象的温度状态，然后对其进行 TEXT 编码，通过 TC35i 通信模块发送到监测中心；同时接收来自监控中心的指令短消息，对其解码后执行相应的操作。 还有就是对键盘，液晶和现场报警电路进行控制。 AT89S52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含4KB 的可反复擦写的程序存储 器和 128Bit 的随机存取数据存取数据存储器（ RAM），器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准的 MCS52 指令系统，片内配置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域 [6]。 AT89S52 的极限参数： ( 1 ) 工作温度： 55℃ ~ 125℃ ； ( 2 ) 储藏温度： 65℃ ~ +15℃ ； ( 3 ) 任一引脚对地电压： ~ +； ( 4 ) 最高工作电压： ； ( 5 ) 直流输出电流 ：。 AT89S52 单片机有 40 引脚，其各引脚都有各自的功能，其大致可以分为以下 3类。 天津职业技术师范大学 2020届本科生毕业设计 12 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1 接外部晶体的一个引脚。 在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。 当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 XTAL2 接外部晶体的另一个引脚。 在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。 采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。 RESET、 ALE/PROG、 /PSEN 和 /EA/VPP RESET 复位输入端。 当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE//PROG 当访问外部存储器时， ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。 即使不访问外部存储器， ALE 端仍以。