GSM远程温度检测系统设计

李飒，贺伟，韩耀飞，王丹豪

（河南城建学院电气与信息工程学院，平顶山 467036）

GSM远程温度检测系统设计

李飒，贺伟，韩耀飞，王丹豪

（河南城建学院电气与信息工程学院，平顶山 467036）

根据实际需要设计的系统，利用手机通过GSM网络对温度实行远程无线检测，以实现工业设备运行的智能化、现代化。温度信号的获取由典型数字温度传感器（DS18B20）对工业设备或所监测的环境温度进行检测采集，并将采集到的数据传输给单片机（MSP430F149）进行分析处理，然后通过控制GSM通信模块（MG323）发送给远程用户。针对异常信号（超出限定温度）自动发送报警信息。

GSM网络；MSP430单片机；远程温度检测；TEXT模式

0 引言

在现代社会生产生活中，温度参数已成为一个不容忽视的重要指标，甚至在工业生产中起到决定性作用。随着科技的发展和自动化水平的提高，温度检测已成为各行各业安全生产和减少损失采取的重要措施之一。传统的温度采集方式周期长，成本高，而且测量员必须亲自到现场进行测量。此外，传统的测温元件（热电偶、热敏电阻）组成的测温电路复杂，具有远程智能化低，易受干扰等缺点，效率很低，不便于管理。

随着计算机智能化程度的不断发展，越来越多的数据需要以数字化方式进行处理，显然传统的温度测量装置不可能完成这项工作。数字化温度传感器解决了温度数字化的问题，且精度高，能自动消除部分干扰，以DS18B20为代表的数字化温度传感器得到了前所未有的发展空间。

1 系统的总体设计

本系统基于GSM的远程无线温度检测系统，以MSP430F149单片机为核心向外扩展。温度传感器将数据传输至单片机，单片机进行简单计算得到实际温度，并在LCD液晶显示屏显示，同时使用串口发送AT指令控制GSM模块发送短消息至远程客户机。当检测的温度超过设定的报警温度时，自动发送短消息给监控方，为实施温度控制或相应其他预案措施提供信息指南。

本系统选用由TI公司研发的MSP430F149单片机和华为公司的MG323通信模块，设计了一款具有短信收发功能的远程温度检测系统，以GSM网络为信息传输平台，实现远程数据的传输。系统结构体如图1所示。

图1 系统结构图

2 硬件电路的设计

2.1 电源设计

该温度检测系统在设计过程中采用MG323模块的供电电压为4.2V，而MSP430F149的电源电压最大为3.6V，所以决定了这两个模块不能共用电源。GSM模块电源中JP2输入电压为220V市电，经过LM2576S稳压得到4.2V电压，用来给MG323模块供电，本电源输出电流不小于2A，可以保证MG323在最大功率工作时，也不会造成拉低电压所造成MG323模块复位或工作异常的情况。单片机的供电电源在本系统中采用HT1033稳压芯片，在VIN引脚中输入4.2V电压，通过HT1033稳压后得到3.3V稳定电压。电路如图2所示。

图2 电源设计

2.2 温度采集电路的设计

在设计过程中，传感器的选择直接关系到系统的最终采集温度的精度。本系统温度的采集选用DS18B20，它采用SPI单总线结构进行数据的采集和传输，DS18B20温度传感器的精度是可编程的，分别有9、10、11和12位，同时以0.5°C、0.25°C、0.125°C和0.0625°C增量递增。DS18B20采用外电源供电，当DS18B20工作距离远于单片机时，如果采用寄生电源供电方式，会产生较大干扰，使转换得到的温度值不精确，所以本电路中采用外部电源直接供电的方式。R3-4.7K的电阻为上拉电阻，能够使DQ在无数据传输时及时返回高电平状态，提高数据传输的可靠性，电路如图3所示。

图3 温度采集电路

2.3 单片机与LCD显示电路的设计

LCD1602是一款能够显示数字、英文、标点符号的显示芯片，它内部有自己的显示表格，能自动查表显示出接收到的数据。利用单片机对其控制相对简单，电路中R5-10K滑动变阻器的作用在于调整LCD1602的背光亮度。电路如图4所示。

图4 LCD与单片机连接电路图

2.4 MG323指示灯电路

网络指示灯是指示MG323在开机后寻找网络时的工作状态。MG323在不同的工作状态时，网络指示灯以不同的闪烁频率显示闪烁状态。电路如图5所示。

图5 网络状态指示灯电路图

2.5 MG323的SIM卡接口电路

SIM卡电路是MG323与外界通信的ID，在有SIM卡的情况下，MG323才能注册到网络，并进行通信及数据联络。SIM接口电路如图6所示。其中，C4～C7这4个电容是为了保证SIM卡与MG323进行数据传输时信号的稳定性。

图6 MG323的SIM卡接口电路

3 系统软件设计

3.1 系统程序结构

该温度检测系统以MSP430F149单片机为核心。MSP430F149上电后初始化内部时钟、I/O、串口、定时器及开启MG323，检测MG323是否注册上网络等一系列运作。当全部执行完毕后，状态指示灯亮，说明MSP430F149已经准备就绪，开始采集温度并上传数据。MSP430F149向DS18B20发送指令，使DS18B20开始转换温度，MSP430等待800ms后（DS18B20转换温度所用时间），再向DS18B20读数据。MSP430F149读回的DS18B20数据是二进制数，由MSP430F149计算得到十进制数，将计算得到的十进制数通过LCD液晶显示出来MSP430F149与MG323通信，是通过两者自身支持的UART接口进行通信，MSP430F149通过AT指令来控制MG323发短信与读短信等操作。当远程客户通信手机发送短信至该系统时，手机短信息将会由MG323通过GSM网络获得，MG323向MSP430F149发送短信息内容，MSP430F149将短信息内容分析处理后，发送数据给MG323，MG323重新由GSM网络发送短信息给远程客户手机。程序框图如图7所示。

图7 程序流程图

3.2 系统主要编程

（1）MSP430F149执行程序

（2）DS18B20的子程序

（3）MG323的子程序

4 结语

本系统借助于已有的手机应用GSM网络，实现远程无线数据传输，有效地解决了传统温度检测的缺点和不足，而且采用了远程报警和实时数据采集的设计理念。在短消息业务快速发展的背景下，利用短消息来进行数据传输的应用，有着极为重要的现实意义和实际价值。

[1] 谢兴红,林凡强,吴雄英.MSP430单片机基础与实践[M].北京航空航天大学出版社,2008

[2] 那彦.电子及通信专业毕业设计宝典[M].西安电子科技大学出版社,2008

[3] 张靖武,周灵斌.单片机原理、应用与PROTUS仿真[M].电子工业出版社,2008

[4] 韩斌杰,杜新颜.GSM原理及其网络优化[M].机械工业出版社,2009

[5] 中兴通讯VC教育管理中心.GSM移动通信技术原理与应用[M].人民邮电出版社,2009

[6] Texas Instruments.MSP430_Family_Users_Guide,2008

[7] Dallas Semiconductor.datasheet_DS18B20,2000

[8] 华为技术有限公司.HUAWEI_MG323_GSM_M2M_模块_硬件指南,2010

[9] 华为技术有限公司.MG323_AT_Command_Reference（v1.0）,2010

Design of GSM Remote Temperature Detection System

LI Sa,HE Wei,HAN Yao-fei,WANG Dan-hao
(School of Electrical and Information Engineering,Henan University of Urban Construction,Pingdingshan 467036)

The system is based on the actual needs,uses a mobile phone via the GSM network to realize remote wireless temperature testing to achieve intelligent industrial equipment operation and modernization.Typical temperature signal acquisition by the digital temperature sensor(DS18B20)for industrial equipment or environment being monitored for detecting the temperature acquisition,and transfers the collected data to the microcontroller(MSP430F149)for analysis and processing,and by controlling the GSM communication module(MG323) sends to the remote user.For abnormal signal(beyond the limited temperature)automatically sends alarm information.

GSM Network;MSP430 MCU;Remote Temperature Detection;TEXT Mode

1007-1423（2015）04-0058-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.04.016

李飒（1993-），女，河南南阳人，本科在读，电气工程及其自动化专业

贺伟（1984-），男，河南襄县人，助教，研究方向为信号与信息处理

2014-12-16

2015-01-07

河南省教育厅青年骨干教师资助项目（No．2013GGJS-174）

韩耀飞（1980-），男，河南平顶山人，副教授，研究方向为电力电子与电子传动

王丹豪（1992-），男，河南平顶山人，本科在读，电气工程及其自动化