基于TC35模块的温湿度检测系统的开发

陈 杰

（盐城纺织职业技术学院 机电系，江苏 盐城 224005）

0 引言

在我国当前的农业生产中，先进的智能温室在农业示范项目、花卉、育苗等领域具有良好的经济效益与社会效应项目中，GSM 技术得到了广泛应用[1～4]。在城市菜篮子工程中，考虑到经济效益，简易大棚的设施栽培比较广泛。而农户实际的大棚生产经营过程中，许多农户从住宅到大棚距离比较远。对于设施内的温湿度环境的实时了解，是具有很重要的现实意义的，它可以帮助农户比较科学合理地进行操作决策，提高管理效率。针对这种情况，笔者设计了一种基于TC35 模块的便携式的温湿度远程发送系统。

1 硬件系统设计

本系统采用STC89C52 单片机为核心控制元件，温度和湿度传感器采集到的数据通过调理电路送给单片机后，单片机再通过串口的方法将温湿度环境和用户手机号码信息发动到TC35 模块上，从而实现用户远程温湿度环境数据的接收。为解决田间设施大棚内电源不方便的问题，系统采用了太阳能电池板供电。系统结构图如图1。

图1 系统结构图Fig.1 System diagram

1.1 太阳能电池板ICO-SPC-10W

太阳能电池板选用ECO－WORTHY 品牌的ICOSPC-10W 型号，规格为标准测试条件下10W/18V（温度25℃，AM1.5，1000W/m2下测试；12V 系统使用时功耗 9～10W）， 尺寸为（335×205×17）mm（铝合金边框， 4 个安装孔），峰值电压为17.9V，峰值电流为0.56A，开路电压为22.41V，短路电流为0.62A。

1.2 温度传感器DS18B20

电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条单口线即可实现单片机与DS18B20的双向通讯；温度测量范围为-55℃～+125℃，分辨率为9～12位， 对应的温度分别为 0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；9位分辨率时最多在93.75ms 内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms 内将温度值转换为数字，速度更快；测量结果直接输出数字温度信号，以 “一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

1.3 湿度传感器HIH-4000

HIH-4000 系列湿度传感器是专为大量生产的原始设备制造厂（OEM）用户而设计的。利用这传感器的线性电压输出可直接输入到控制器或其他装置。一般仅需取出200μA 电流，HIH-4000 系列的湿度传感器可用于低引出、电池供电系统。传感器良好的互换性减少了OEM的生产校验成本。可以提供单个传感器校准数据。HIH-4000 系列湿度传感器是一个低成本、可软焊的单个直插式组件，可提供仪表测量质量的相对湿度传感性能。相对湿度传感器是一个热固塑料型电容传感元件，芯片内部具有良好的信号处理功能。该传感器的多层结构针对应用环境的不利因素，诸如潮湿、灰尘、污垢、油类和环境中常见的化学品具有最佳的抗力。电压输出（一次拟合曲线）：V=V[0.0062（传感器 RH）+0.16],25℃环境条件下，温度补偿：真实相对湿度 =（传感器相对湿度）/（1.0546-0.00216 T），T 单位为℃，5V，50%RH 下的输出电压温度系数为-4mV/℃，工作温度范围是-40～85℃；工作湿度范围是0～100%RH。

1.4 TC35 模块

TC35 是新一代无线通信GSM 模块。自带RS232 通讯接口，可以方便的与PC 机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠的实现系统方案中的数据、语音传输、 短消息服务（Short Message service）和传真。TC35 模块的工作电压为 3.3～5.5V， 可以工作在 900MHZ 和1800MHZ 两个频段所以在频段功耗分别为2W（900M）和1W（1800M）。

1.5 单片机STC89C52

STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器， 具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。STC89C52 使用经典的MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有8k 字节Flash，512 字节RAM，32位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3个16位 定时器/计数器，4个外部中断， 一个7 向量4级中断结构（兼容传统51的5 向量2级中断结构），全双工串行口。

1.6 液晶显示模块1602

该液晶显示模块采用3.3V 或5V 工作电压，对比度可调，内含复位电路，提供各种控制命令，具有清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能，有80 字节显示数据存储器DDRAM，内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM，8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。

2 软件系统设计

2.1 短信的发送与接收

TC35 模块的通讯的AT 指令全部采用AT+xxx 完成。有一般指令、呼叫控制指令、网络服务相关指令、电话本指令、短消息指令、自定义指令等几种形式，用户可以通过AT 命令进行呼叫短信电话本数据业务补充业务传真等方面的控制。在执行一条AT 指令时，指令的执行过程需要单片机与手机交互应答完成，每次发送或接收的字节数都有严格的规定，二者必须依据规定实现数据交换，否则，通信就失败。

在GSM 协议中，AT 指令都是以ASCII 编码形式发送出去的。比如字母 “A”的ASCII 编码为41H，字母“T”的ASCII 编码为54H， 单片机就可以发送 “41H 54H 0DH”。单片机在向手机发送完字母指令的对应的ASCII 编码后，又多发了一个0DH 符号。因为每个AT指令必须以回车符作为结束，又多发了一个结束符号0DH。如没有这个回车符，那么手机就不能识别这条指令。

本系统设计中主要使用到短消息主要指令如下，AT+CMGF=1 表示选择消息为PDU 格式，AT+CMGR=1表示采用TEXT 方式读取消息，AT+CMGS=＜length＞表示用PDU 格式发送消息。

指令AT+CMGF=n（n=0为PDU 模式，n=1为文本模式）来完成。一般设定为PDU 模式即可，在PDU 模式下，能传送或接收任何字符或汉字数据。

读短信息数据可以采用两个指令AT+CMGR=n为读手机短消息数据（n为短消息号）、AT+CMGL=n为列出手机中的短消息（n=0 是未读的短消息、n=1为已读的短消息、n=2为未发送的短消息、n=3为已发送的短消息、n=4为所有短消息）。

删除短信可以使用指令AT+CMGD=n，其中n为待删除的短信编号。

当接收到一条正确的AT 指令后，手机中的GSM 模块先把刚才接收到的AT 指令的ASCII 编码序列向发送方返回，进行指令确认。然后发送一个回车符和一个换行符ASCII 编码，即0DH 和0AH。

当读取手机中存储的PDU 短信数据时，读回的数据是ASCII 表示的16 进制数，一个字节的16 进制数用2个字节的ASCII 码来表示。而在PDU 数据包中， 描述数据字节长度的字段仍然指明信息的实际字符长度，不是ASCII 码的字节长度。数据长度需要妥善处理，否则，接收的数据很可能就不完整，从而导到致乱码的信息。 设X为接收的ASCII 码，y为转换后的16 进制数，在单片机中这种算法如下：如果x＜39H，则y=x-30H；如果x＞39H，则y=x-30H-07H，最后把前后两个数合并一个字节。

2.2 系统程序设计

系统流程图和中断服务程序流程图如图2、图3所示。

图2 系统流程图Fig.2 Flow chart of the system

图3 中断服务程序流程图Fig.3 Flow chart of the interrupt service part

3 结束语

本文基于GSM 技术搭建了一个适用于我国目前农业生产实际的温湿度远程采集系统，农户可以实现在家中实时了解大棚内温度和湿度情况，从而提高设施环境管理的效率。该系统独立性较好，配置了太阳能电板，方便当前的农业大棚内使用。根据不同作物的管理经验和生理特性，还可以在进一步研究的基础上设计出相应的作物生长模型，为生产管理提供指导。

[1]李光林，李晓东，曾庆欣.基于太阳能的柑桔园自动灌溉与土壤含水率监测系统研制[J].农业工程学报，2012，12.

[2]汪金营，刘雁征，等.基于手机短信的日光温室控制系统设计[J].中国农机化，2012，4.

[3]邱恒浪，等.基于LPC2132 和GSM的智能温室远程控制系统的研究[J].农机化研究，2012，3.

[4]毕宁强，朱瑞祥.基于TC35i的GSM 土壤信息远程监测系统[J].农机化研究，2012，3.