1 引言
隨著科技的發(fā)展和自動化水平的提高，溫度的自動監(jiān)測已經(jīng)成為各行各業(yè)進(jìn)行安全生產(chǎn)和減少損失采取的重要措施之一。特定場合下由于監(jiān)測分站比較分散、偏遠(yuǎn)，采用傳統(tǒng)的溫度測量方式周期長、成本高，而且測量員必須到現(xiàn)場進(jìn)行測量，因此工作效率非常低。且不便于管理。本文提出了基于GSM的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測系統(tǒng)，采用美國Dallas公司生產(chǎn)的DSl8820數(shù)字溫度傳感器，通過現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測結(jié)果以短信方式發(fā)送至相應(yīng)的監(jiān)控終端(如手機(jī)、PC機(jī))。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于橋梁混凝土測溫、油氣井場、電力電纜火災(zāi)監(jiān)測、糧倉及物資倉庫溫度監(jiān)測。
2 遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)分為監(jiān)測中心站和遠(yuǎn)程監(jiān)測分站兩部分：監(jiān)測中心站主要由監(jiān)測中心站服務(wù)器、GSM無線通信模塊、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應(yīng)用軟件組成；遠(yuǎn)程監(jiān)測分站主要由AT89C52單片機(jī)及外圍電路、溫度傳感器和GSM無線通信模塊(TC35i)組成。
監(jiān)測中心控制GSM無線通信模塊收發(fā)短消息，接收各監(jiān)測分站采集的溫度數(shù)據(jù),然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理和打印等。遠(yuǎn)程監(jiān)測分站實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示。同時(shí)控制GSM無線通信模塊收發(fā)短消息。監(jiān)測中心站與遠(yuǎn)程監(jiān)測分站之間通過GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程通信。實(shí)現(xiàn)了基于GSM網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.2單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)的MCU采用Atmel公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)。它是一種低電壓、低功耗、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8 kB可反復(fù)擦寫的程序存儲器和256 B的數(shù)據(jù)存儲器。單片機(jī)外圍電路除了包括單片機(jī)正常工作所必須的元件外，還包括鍵盤、LED顯示電路及看門狗電路等，系統(tǒng)硬件電路原理圖如圖2所示。
按鍵用于對終端進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。4位LED顯示器可以顯示現(xiàn)場的溫度數(shù)據(jù)。方便相關(guān)人員現(xiàn)場讀取。為了實(shí)現(xiàn)可靠的復(fù)位信號，并且能在計(jì)算機(jī)受到干擾，程序不能正常運(yùn)行時(shí)自動產(chǎn)生復(fù)位信號。設(shè)計(jì)溫度采集電路時(shí)應(yīng)選用Dallas公司生產(chǎn)的微機(jī)監(jiān)控電路DSl232(看門狗)。其主要功能為：產(chǎn)生上電復(fù)位和手動復(fù)位；監(jiān)視電源電平；監(jiān)視軟件運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)程序運(yùn)行出現(xiàn)飛車時(shí)，產(chǎn)生復(fù)位信號。
2.3溫度檢測電路
溫度檢測電路采用Dallas公司生產(chǎn)的1-Wire接口數(shù)字溫度傳感器DSl8820，它采用3引腳T0-92封裝：溫度測量范圍為-55℃～+125℃．編程設(shè)置9～12位分辨率。現(xiàn)場溫度直接以1-Wire的數(shù)字方式傳輸。大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。多個DSl8820可并聯(lián)至3或2根總線上．CPU只需1根端口線就能與多個DSl8820通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。溫度檢測電路原理圖如圖2所示，主機(jī)控制DSl8820實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換，DSl8820采用外接電源方式，其VDD端采用3 v～5.5 V電源供電。
2.4 TC35i通信模塊
TC35i是西門子最新推出的無線通信模塊，功能與TC35兼容，設(shè)計(jì)緊湊。TC35i與GSM 2/2+兼容，雙頻(GSM900/GSMl800)工作，帶有RS232數(shù)據(jù)口。符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705，且易于升級為GPRS模塊。
該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音和短消息提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計(jì)。TC35i有40個引腳，通過ZIF連接器引出。這些引腳可劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。TC35i外圍電路圖如圖3所示。
1～14引腳為電源部分，其中l(wèi)～5引腳為電源電壓輸入端VBATT+6～10引腳為電源地GND，ll～12引腳為充電端，13引腳為對外輸出電壓(供外部電路使用)，14引腳ACCU/TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻；24～29引腳為SIM卡連接端；33～40引腳為語音接口用來接電話手柄。15、30、31和32引腳為控制部分，15引腳為啟動線IGT(Ignition)。當(dāng)TC35i通電后必須給IGT一個大于100 mV的低電平，模塊才能啟動。30引腳為RTC back up；31引腳為掉電控制；32引腳為SYNC，16～23引腳為數(shù)據(jù)輸入/輸出端。
電源電路分為充電電池和穩(wěn)壓電源模塊兩部分。充電電池為整個系統(tǒng)提供3.6 V 工作電壓．同時(shí)產(chǎn)生MAX232所需要的高電平：三端電源模塊LM7806將外部12 V直流電源轉(zhuǎn)換為6 v．連接至ZIF連接器的11、12引腳。在充電模式下可為TC35i提供6V/500。mA的充電電源。
啟動電路由漏極開路三極管和上電復(fù)位電路組成。模塊上電10ms后(電池電壓須大于3 V)，為使之正常工作，必須在15引腳(IGT)施加低電平信號，至少保持100 ms且該信號下降沿時(shí)間小于1ms，啟動后15引腳應(yīng)保持高電平。
數(shù)據(jù)通信電路主要實(shí)現(xiàn)短消息收發(fā)、與PC機(jī)通信、軟件控制等功能。TC35i的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合RS-232接口電路標(biāo)準(zhǔn)。工作在CMOS電平(2.65 V)。數(shù)據(jù)通信電路以MAX232為核心實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信。
3 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主要的任務(wù)是監(jiān)測被控對象的溫度．然后通過TC35i發(fā)送到監(jiān)測中心。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于單片機(jī)的編程。通過向TC35i寫入不同的AT指令完成多種功能。監(jiān)測分站主程序流程如圖4所示。
監(jiān)測軟件主要包括初始化程序、信號采集處理程序和短消息收發(fā)程序等。初始化程序包括硬件初始化、定時(shí)器和串口初始化：信號采集和處理主要完成外部采集的溫度轉(zhuǎn)換：接收短消息采用查詢方式．一旦短消息到達(dá)，調(diào)用串口接收程序解碼短消息內(nèi)容并做出相應(yīng)處理：發(fā)送溫度信號采用定時(shí)方式，將采集的溫度編碼為短消息。然后調(diào)用發(fā)送指令將短消息發(fā)送到監(jiān)測中心。
4 結(jié)束語
本文對GSM遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。溫度檢測采用DSl8820．非常適用于多點(diǎn)、惡劣環(huán)境下的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。GSM模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，適用于遠(yuǎn)距離監(jiān)測，不受地形條件的限制，有著廣泛的應(yīng)用前景。
