基于GSM的智能温湿度监测系统设计

李刚丽

摘要：以AT89C52单片机为微控制器，采用SHT11单片温湿度传感器对环境温湿度数据进行采集、处理和LCD显示器现场显示，同时设置超限报警和通过GSM移动通信模块以短信息的形式将温度数据和湿度数据发送到上位机，实现环境温湿度信息的实时检测及远传的智能温湿度检测系统。

关键词：温湿度检测 AT89C52 GSM移动通信模块

0 引言

GSM（Global system for Mobile Communication）全球移动通信系统是当前发展最成熟、国内覆盖最广、系统可靠性最高、话机持有量最大的数字移动通信系统。本设计研究目的在于提高当前环境因素的控制水平、控制精度以及控制稳定性、实时性。主要研究环境中的温度、湿度的数据采集与分析、监测与控制、数据处理、网络通讯、报警等，并通过人机对话接口实现参数显示和在线参数修改；探讨研究先进控制方法来提高环境因素的控制水平，实现集人-机一体的“人机智能系统”。

1 系统硬件设计方案

下位机中的温湿度检测部分由微控制器模块、温湿度检测模块、通信模块、人机接口模块组成，主要完成环境温湿度数据的采集与处理、通过GSM移动通信网络进行数据传递、现场显示以及超限报警。温室温湿度智能检测系统整体结构如图1所示。

图2为智能温湿度检测系统硬件设计总体结构。以单片机AT89C52作为整个系统的核心，利用单片机现有的接口组织外围硬件模块。为了减小系统面积，降低系统功耗，选择SHT11单片温湿度传感器实现温湿度的测量、低功耗LCD显示模块、采用GSM移动通信模块作为通信接口。

1.1 温湿度检测模块 SHT ll与微处理器的连接相对简单，只需用微处理器的2条通用I/O口线P3.2、P3.3分别作为数据线DATA和时钟线SCK，并在DATA端接入1只4.7k的上拉电阻，同时在VDD及GND端接入1只100pf的去耦电容，通过相应的软件设计，即可完成数据的采集与传输。温湿度检测模块硬件电路原理图如图3所示。

1.2 GSM通信模块 本设计中GSM模块与微处理器的连接采用RS-232串行通信接口方式，硬件原理图如图4所示。RS-232是设计来处理两台设备之间的通信的，在一个连接中不能有超过2台以上的设备。指定的最大数据传输速率是每秒20000位。但是，很多接口芯片可以超过这个数值，尤其是在短程连接上，很长的连接需要一个不同的接口。双向RS-232通信的3个基本信号如下：

TD：将数据从DCE传输到DCE，也被称作TX和TXD。

RD：将数据从DCE传输到DTE，也被称作RX和RXD。

SG：信号地，也被称作GND和SGND。

1.3 微控制器模块 AT89C52单片机芯片内部设有一个反相放大器所构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟可由内部或外部产生。在本设计中，使用了单片机的内部时钟，由石英晶体和电容组成的并联谐振回路，如图5所示。晶振频率选用11.0592MHz，电容为30pf的瓷片电容。单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个初始状态开始工作。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都需要复位。单片机复位的条件是，必须使RST /V pd或RST引脚加上持续两个机器周期的高电平。单片机的复位电路如图6所示。

1.4 人机接口模块 LCD显示模块：LCD模块的硬件原理图如图7所示。LCD工作电压为5V，由VDD供给。

矩阵键盘模块：本设计使用16个按键，排成4*4的阵列，键盘原理图如图8所示。每行和每列各有一根信号线相连，当按下按键时，相应的行和列导通。行线和列线的一端通过上拉电阻接到+5V电源，另一端分别接到微处理器的P1口上，系统通过按键按下后8根信号线的高低电平，再由键盘扫描算法，得到各键的对应键值。

报警模块：蜂鸣器主要用于按键提示和数据超限报警，由软件编程控制，硬件原理图如图9所示。蜂鸣器使用PNP三极管进行驱动控制，当P3.7控制输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器发声；当P3.7控制输出高电平时三极管截止，蜂鸣器停止发声。

1.5 电源模块 图10为电源电路原理，220V的交流电从插头经保险管送到变压器的初级线圈，并从次级线圈感应出经约9V的交流电压送到由4个二极管构成的整流桥。C1、C2起到滤波作用，经C1滤波后的直流电送到三端稳压集成电路LM317T的Vin端（3脚）。LM317T由Vin端给它提供工作电压以后，它便可以保持其+Vout端（2脚）比其ADJ端（1脚）的电压高1.25V。D5的作用是当有意外情况使得LM317T的3脚电压比2脚电压还低的时候防止从C3上有电流倒灌入LM317T引起其损坏。

2 系统软件设计方案

系统的软件主要采用模块化结构，温湿度的整个监测过程及远程监控由主程序、短消息收发子程序、温湿度测量子程序、串行中断程序、定时中断程序、显示子程序、键盘扫描子程序等完成。各功能模块只有一个入口和出口，各模块之间相对独立，避免某功能模块出现异常而导致整个系统瘫痪的故障发生。

2.1 主程序流程 根据设计功能要求，首先需要进行系统的初始化，包括内存空间的初始化、GSM模块初始化、SHT11初始化、LCD初始化等，同时系统开启定时中断和串行中断；在各个设备的初始化完成且正常运行后，单片机通过串口控制GSM模块的联机通信；接下来进行温湿度的检测、处理、显示、分析等工作；若出现温湿度超限，还要进行报警及调用发送报警信息的程序，完成报警和等待中断处理。设计系统软件流程图如图11所示。

2.2 SHT11工作程序流程图 SHT11温湿度传感器的工作过程与大多具有I2C总线的器件一样，工作程序流程图如图12所示。首先需要进行初始化，用一组“启动传输”时序，来完成数据传输的初始化。初始化后才能启动SHT11，接下来就是进行温湿度测量请求，发布一组测量命令（‘00000101表示相对湿度RH，‘00000011表示温度T）后，控制器要等待测量结束。最后将测量到的数据计算后等待微控制器读取温湿度的值。

3 结束语

本设计借助GSM移动网络，以最直观的中文短信息形式，直接把环境温湿度信息反映到指定的手机上。当受监控环境出现温度或者湿度超限时，温湿度传感器马上就能检测到，并且会立即把信号传送到控制中心，经过一系列信号转化后，转换后的信号通过GSM网络传送到相应的手机上，即是先把信息送到SMS服务平台，而后通过基站传送出去。整个传送过程只需几秒钟的时间，能够准确地通知工作人员所检测环境出现异常，并且工作人员可以进行远程操作。

参考文献：

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[5]王宝芹，范长胜，郭艳玲.基于单片机的温室温湿度控制系统设计[J].林业机械与木工设备，2008（3）.