070303008张晓杰.docx
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070303008张晓杰
泉州师范学院
毕业论文(设计)
题目基于GSM网络的SMS短信远程温室度采集系统设计
物信学院电子信息科学与技术专业07级1班
学生姓名张晓杰学号070303008
指导教师蔡植善职称副教授
完成日期2011.4
教务处制
基于GSM网络的SMS短信远程温湿度采集系统设计
物信学院电子信息科学与技术070303008张晓杰
指导老师蔡植善副教授
【摘要】本文提出通过GSM短信模块对环境温湿度数据进行远程采集。
系统采用温湿度传感器模块、GSM短信模块、LCD显示模块、51单片机控制模块等系统模块组成。
系统采用GSM网络技术,具有成本低,网络覆盖广等优点。
【关键词】51单片机;GSM短信模块;温湿度传感器;远程采集
目录
摘要…………………………………………………………………………………………………1
引言…………………………………………………………………………………………………3
1总体设计方案
1.1系统设计的基本要求……………………………………………………………………3
1.2系统设计的思路…………………………………………………………………………3
2GSM网络技术
2.1GSM的技术概述…………………………………………………………………………4
2.2TC35模块的选择及其相关说明………………………………………………………4
3系统硬件设计
3.1单片机选择………………………………………………………………………………7
3.2串口电平转换…………………………………………………………………………8
3.3LCD1602显示模块………………………………………………………………………9
3.4温湿度传感器DHT11……………………………………………………………………10
3.5系统整体电路连接图……………………………………………………………………11
4系统软件设计
4.1TC35的参数设置…………………………………………………………………………12
4.2系统程序主流程图………………………………………………………………………13
4.3数据采集、显示流程图…………………………………………………………………14
5系统实际测试
5.1测试使用工具……………………………………………………………………………15
5.2测量步骤说明……………………………………………………………………………15
5.3测试结果与分析…………………………………………………………………………17
6设计总结………………………………………………………………………………………19
致辞……………………………………………………………………………………………19
参考文献………………………………………………………………………………………20
附录1系统PCB图………………………………………………………………………………24
附录2TC35模块PCB图…………………………………………………………………………25
附录3系统程序…………………………………………………………………………………25
引言:
温湿度的测量与控制在工农业生产过程应用中十分广泛,如在粮食储藏、暖房进行植物培育都需要进行温湿度的监控,往往需要温湿度的值保持在一定范围之内。
常规的检测系统需要人员去现场对温湿度值进行测量,方能判断温湿度值是否合适,比较浪费时间和人力【1】。
本系统采用GSM无线网络技术、DHT11温室度传感器作为温湿度检测元件同51单片机连接在一起。
实现远程智能采集。
当检测人员需要了解环境的温湿度值时,通过手机发送握手短信到GSM短信模块。
GSM短信模块收到信息,反馈信息给51单片机。
单片机进行判断、数据处理。
把采集的温湿度值通过无线网络发送至手机。
实现远程采集功能。
1总体设计方案
1.1系统设计基本要求
本系统具备以下功能:
1、实时监测环境周围的温室度值。
2、当终端手机发送握手信号至系统,系统温湿度值发送给终端手机。
当发送的信号不是握手信号不是握手信号。
设定的手机将会收到警告信号。
3、设置按键,读取出工作人员采集数据的时间及号码。
1.2系统设计的思路
系统由数据采集模块、显示模块、GSM短信模块组成。
数据采集模块由单片机控制温湿度传感器进行数据采集并且送到显示模块上进行显示,方便数据的读取及数据误差的处理。
采集系统的数据与手机终端通过无线网络进行通信。
系统方框图如图1所示
图1系统方框图
2GSM网络技术
2.1GSM网络技术的概述
GSM(GlobalSystemMobileCommunication)系统发展到现在,已成为全球最大的移动通信系统,极大的满足了人们对移动通话业务的需求。
很多应用领域的工业用户,也构建了GSM系统,基于搞系统,构建无线数据传输网,从而达到传输用户数据的目的。
GPRS(GeneralPackageRadioService)即通用分组无线业务,是一种采用封包形式传输服务的系统。
由于使用了包交换传输模式,用户之间的通信不需要独占一条通信信道,而且多个用户同时占用一条通信信道,也不会造成网络的堵塞。
由于其不独占信道的特性,不需要按时计费,而是按流量计费。
使用者可以使用单片机通过RS232串口与GSM模块进行通信,使用标准AT指令集来控制GSM模块实现各种无线通信功能。
GSM模块具有发送SMS短信、语音通话、GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。
GPRS模块,是具有GPRS数据传输功能的GSM模块。
集成GSM通信的主要功能于一块电路板上,具有发送短消息、通话、数据传输等功能。
2.2TC35模块的选择及其相关说明【2】
系统采用GSM模块TC35,TC35是Siemeils公司推出的新-代无线通信GSM模块。
自带RS232通讯接口,可以方便地与PC机、单片机连机通讯。
可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(ShortMessageService)和传真。
TC35模块的工作电压为3.3—5.5V,可以工作在900MHz和1800MHz两个频段,所在频段功耗分别为2w(900M)和1w(1800M)。
模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息。
通过独特的40引脚的ZIF连接器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。
通过ZIF连接器及50Ω天线连接器,可分别连接SIM卡支架和天线。
TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。
作为TC35的核心,基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号,并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。
GSM模块TC35主要引脚电路图如图2所示
图2GSM模块TC35主要电路原理图引脚电路图
2.21TC35引脚功能
TC35共有40个引脚,通过一个ZIF(ZeroIn2sertionForce)连接器引出。
这40个引脚可以划分为5类,即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。
第1~14脚为电源部分,其中1~5为电源电压输入端Vbatt+,6~10为电源地GND,11、12充电引脚,13对外输出电压(共外电路使用),14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻;24~29为SIM卡引脚,分别为CCIN、CCRST、CCIO、CC2CLK、CCVCC和CCGND;33~40为语音接口用来接电话手柄;15、30、31和32脚为控制部分,15为点火线IGT(Ignition),当TC35通电后必须给IGT一个大于100ms低电平,模块才启动,30为RTCbackup,31为Powerdown,32为SYNC;16~23位数据输入/输出分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0【3】。
2.22TC35的主要特性与技术指标包括以下几点【3】:
1、频带:
双频EGSM900和GSM1800(GSMPhone2+);
2、支持数据、语音、短消息和传真;
3、高集成度(5415mm×36mm×6185mm);
4、重量:
18g;
5、电源电压:
单一电压3.3~5.5V;
6、波特率:
可选波特率300bps~115kbps,自动波特率418~115kbps;
7、电流消耗:
空闲模式小于315mA,语音模式平均300mA,峰值213A,掉电模式(Powerdown)100μA;
8、温度范围:
正常操作-20~+55℃,存放-30~+85℃;
9、IM电压:
3V/1.8V;
2.23TC35的电流消耗指标【2】:
1、通话模式的峰值电流,1.8A
2、通话模式的典型电流,300mA @900MHz / 270mA @1800MHz
3、空闲模式的消耗电流,10mA
4、休眠模式的消耗电流,3mA
5、关机模式的消耗电流,50µA
2.24TC35模块串口调试界面
TC35模块与PC机之间的通信,通过PC机的串口与TC35模块串口进行连接。
中间通过max232电平转换。
通过串口调试小助手发送AT指令改变TC35模块波特率,使得数据能正常传输。
本系统设计串口波特率为9600;AT指令为:
AT+IPR=9600回车;
通过串口调试界面可以清楚的了解,当开发人员向TC35发送握手信号:
AT回车;TC35模块将通过串口返回OK;向TC35发送网络查询指令AT+CREG?
回车;指令之后,TC35模块返回
+CREG:
0,5说明TC35模块已经网络注册成功,可以正常使用。
TC35模块与PC机调试界面如图3所示
图3TC35模块与PC机调试界面
3系统硬件设计
3.1单片机选择
系统采用STC89C51单片机。
外部框图如图4所示。
是一款性价比较高的高档8位单片机,具有32个I/O数据口,同时具备多功能I/O口。
还具有全双工串行口。
通过MAX232电平转换之后,便可与PC机或其他串行口直接通信,方便、快捷。
同时支持在线调试仿真的功能。
5个中断源,通过设定中断优先级,可以具备两级中断优先级,方便程序的编写,以防中断的冲突。
同时STC系列单片机具有看门狗复位功能。
当系统程序出现死机或未按设定的功能执行时。
可以通过看门狗复位功能进行复位,从而保证程序的正常运行。
图4STC89C51单片机外部框图
3.2串口电平转换
TC35的串行接口电平是0-3.3V,本系统单片机工作电压为5V,串口接口电平为0-5V,因此当单片机控制模块与TC35模块连接通信必须做电平转换。
否则在通信过程中将产生数据传输不稳定的状况。
TC35模块的串口电平转换电路如图5所示
图5TC35模块的串口电平转换电路图
单片机控制电路的串口转换电路如图6所示
图6单片机控制模块的串口电平转化
系统TC35模块采用串口连接,方便与PC机进行调试。
单片机系统采用串口连接,因此可以两个系统模块可以直接连接,方便调试、使用。
3.3LCD1602显示模块
LCD1602硬件电路连接如图7所示
图7LCD602硬件电路连接图
LCD1602是一款性价比比较高的字符型液晶显示器。
它分为背光和不背光两种。
3.31LCD1602主要性能参数
显示容量:
2*16字符
芯片工作电压:
4.5V~5.5V
工作电流:
2.0A
3.32引脚功能
1脚:
接地
2脚:
接电源
3脚:
液晶显示对比度调整
4脚:
数据/指令寄存器选择
5脚:
读写信号线选择
6脚:
工作使能端
7脚~14脚:
双向数据借口
15脚:
背光源正极
16脚:
背光源负极
3.33系统采用LCD1602液晶显示器主要有以下几点
1、与单片机的接口都是数字式,硬件上比较稳定,操作方便。
2、系统显示界面功能不需要很强大,只是单纯的显示数字跟字符。
选用LCD1602比较实用。
3、功耗比较低。
因为TC35模块对于电源的要求比较高。
因此整个系统中其他模块的功耗比较低对于整个系统的稳定性会更好。
3.4温湿度传感器DHT11
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。
它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。
传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。
因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。
校准系数以程序的形式储存在OTP内存中,传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。
单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷。
超小的体积、极低的功耗,信号传输距离可达20米以上【4】。
3.41传感性主要性能【4】
1、相对湿度和温度测量
2、全部校准,数字输出
3、卓越的长期稳定性
4、无需额外部件
5、超长的信号传输距离
6、超低能耗
7、4引脚安装
8、完全互换
3.43传感器性能说明【4】
参数
条件
Min
Typ
Max
单位
湿度
分辨率
1
1
1
%RH
8
Bit
重复性
±1
%RH
精度
25℃
±4
%RH
0-50℃
±5
%RH
互换性
可完全互换
量程范围
0℃
30
90
%RH
25℃
20
90
%RH
50℃
20
80
%RH
响应时间
1/e(63%)25℃,1m/s空气
6
10
15
S
迟滞
±1
%RH
长期稳定性
典型值
±1
%RH/yr
温度
分辨率
1
1
1
℃
8
8
8
Bit
重复性
±1
℃
精度
±1
±2
℃
量程范围
0
50
℃
响应时间
1/e(63%)
6
30
S
3.44DHT11电路连接图如图8所示
图8DHT11电路连接图
3.5系统整体电路连接图
系统整体电路连接图如图9所示
图9系统整体电路连接图
4软件设计
4.1TC35模块参数设置
AT指令集的使用
AT:
握手信号
AT+CMGF=1:
设置短信模式为文本模式
AT+CSCA=XXX:
设置所在地区短信中心号码
AT+CMGS=XXX:
设置短信接收号码
ATD:
拨打手机号码
AT&F:
格式化
AT+CMGR=XXX:
读取第几条短信
AT+CMGD=XXX:
删除第几条短信
AT+CNMI=1,1,2;:
短消息提醒
4.2系统程序主流程图
否
是
否
是
图9系统程序主流程图
系统初始化包括:
LCD1602显示初始化、温湿度传感器DHT11初始化、TC35模块初始化、串口初始化、定时器0初始化。
TC35模块初始化:
在TC35初始化中发送AT+CNMI=1,1,2;短消息提醒指令,因此当有手机向TC35模块中发送短信时,会触发单片机串口中断接收TC35模块向单片机返回的信息。
通过单片机系统分析、处理。
从而判断出接收到的短信是否是系统设置的跟手机之间的握手信号。
是握手信号,单片机则提取温湿度的数值。
通过串口发送给TC35模块,并通过天线发送到指定手机,否则,单片机则把警告信号传输给TC35模块并且通过天线发送到指定手机。
TC35模块接收到短信时,向串口输出的信息为十六进制ASCII码字符串:
1310436777847358323483773444491310
下划线字符根据SIM卡的存储位置不同而改变,其他都是固定字符。
当单片机向TC35模块发送提取短信时,TC35模块向单片机输出十六进制ASCII字符串为:
65844367777182614913131043677771825832348269673285788269656834443443565449534953575553514855503444443449494748514748524750485848565851514351503413104950511310131079751310
蓝色下划线内容根单片机向TC35模块发送提取短信:
AT+CMGR=N;中的N相同;粉红色下划线内容表示短信是否已被读取过;绿色下划线内容表示接受的手机号码;黑色下划线内容表示接收短信的具体时间。
红色下划线内容表示TC35模块接收字符的十六进制ASCII码。
接收到的短信内容不一样,ASCII码长度也不一样。
4.21数据采集、显示流程图
DHT11通信时序流程图如图10【4】
图10DHT11通信时序流程图
DHT11与单片机通信,一次完整的数据传输为40位,高位先出。
数据格式:
8位湿度整数据;位湿度小数数据;8位温度整数数据;8位温度小数数据;8位校验和;数据传送正确时校验和数据等于“8位湿度整数数据+8位湿度小数数据+8位温度整数数据+8位温度小数数据”所得结果的末8位。
在系统程序中通过定时采样DHT11温湿度传感器的数值,在程序中通过8位检验和的值与前面36位的值进行比较,核对正确,才进行采样,否则放弃掉数值,重新采样。
由于DHT11自身功能的限制,需要每隔至少1S,方能进行下一次的测量。
单片机采集完数值、并进行处理之后,送到LCD1602显示器上实时显示。
5系统实际测试
5.1测试使用工具
1.PC机
2.GSM模块TC35
3.USB转串数据线
4.单片机控制系统
5.2测量步骤说明
1.TC35模块电源供电,TC35模块工作。
通过USB转串数据线连接TC35模块与PC机。
打开电脑串口小助手。
对TC35模块进行调试,保证TC35模块能正常工作。
方便程序的编写、方便调试。
2、单片机系统模块与TC35模块的连接,通过观察TC35模块的LED变化,从而判断出TC35是否正常工作。
观察LCD1602显示器上温湿度是否变化及显示,判断程序的功能是否正常执行。
通过手机对软件编程的手机号码进行发送短信,看手机能否收到相应的短信,从而判断出整个系统功能是否实现。
5.3测试结果与分析
表1实际调试结果
手机发送设定得握手信号
手机能否收到单片机发送的温湿度值
调试场所
手机发送设定得握手信号
收到
实验室
手机发送设定得握手信号
收到
实验室
手机发送设定得握手信号
收到
实验室
手机发送设定得握手信号
收到
实验室
手机发送设定得握手信号
收到
实验室
手机发送设定得握手信号
收到
实验室
手机发送设定得握手信号
收到
实验室
手机发送设定得握手信号
收到
实验室
手机发送设定得握手信号
收到
实验室
手机发送信息不是设定的握手信号
手机能否收到设定的警告信号
调试场所
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
实验室
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
实验室
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
实验室
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
实验室
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
实验室
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
实验室
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
实验室
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
实验室
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
实验室
表二实际调试结果
手机发送设定得握手信号
手机能否收到单片机发送的温湿度值
调试场所
手机发送设定得握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送设定得握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送设定得握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送设定得握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送设定得握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送设定得握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送设定得握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送设定得握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送设定得握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送信息不是设定的握手信号
手机能否收到设定的警告信号
调试场所
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
学生宿舍区
手机发送信息不是设定的握手信号
收到
学生宿舍区
通过表1、表2实际调试结果说明系统在手机信号良好的场所,手机能稳定收到单片机发送的温湿度数值,数据传输过程具有一定得稳定性及可靠性。
6设计总结
通过温湿度传感器、单片机系统、GSM模块等组合而成的系统。
初步实现了单片机通过控制GSM模块TC35实现远程采集的系统设计,在移动信号良好的情况下,可以实现对远程的温湿度值进行测控,实现智能化的控制。
系统具有一定得稳定性及可靠性。
当然也有良好的发展前景。
本系统设计主要的两个难点:
1、温湿度传感器采集数据的稳定性及单片机系统处理采集数据。
2、GSM短信模块及手机之间数据传输的可靠性。
经过反复的调试及不断改善,基于GSM网络的SMS短信远程温室度采集系统设计的基本功能已基本实现,测试结果也达到初步的要求。
由于能力及时间的限制,系统的设计还存在着一定得缺陷,主要是系统还不能PC机进行连接控制,缺少上位机的智能采集、控制。
单片机采集到的数据还不能进行数据库处理,以更加强系统设计的稳定性及实用性。
致谢
在此次毕业设计过程中,衷心感谢我的指导教师蔡植善老师的指导及支持,在我的毕业设计过程中提出了宝贵意见并提供实验场所及调试器材。
毕业论文也给予了悉心的指导,使我的毕业设计得以完成。
参考文献
[1]孙宁等.基于GSM模块的远程温湿度监控系统[J].世界科技发展与研究,2008,30(6):
754-757.
[2]TC35调试笔记.XX文库.
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