基于GSM的温湿度监测系统设计*

刘 勇，徐娟娟

(滨州学院 信息工程系，山东 滨州 256600)



基于GSM的温湿度监测系统设计*

刘 勇，徐娟娟

(滨州学院 信息工程系，山东 滨州 256600)

设计了基于GSM的温湿度监测系统，该系统可以根据不同环境调节温湿度的阀值。当监测到环境温湿度超过设定的阀值时向目标手机发送短信提醒，并且发出警报声。该系统共分为四大部分：数据采集部分、主控制部分、数据发送部分、人机交互部分。该系统有着稳定性良好，数据传输及时等优点。

单片机；温湿度参数；GSM；无线监测

对于GSM温湿度监测系统的开发，在现代科技生活中，越来越重要。同时，现代农业生产和机械化工业生产的各个发展领域内，对温湿度环境的需求越来越迫切，其中包括对于建筑工程的建造、温室中植物的种植、粮食储备和机械制造等各行各业。因此，近几年来，研究人员逐渐把研究重点转向精确度高且稳定性好的监测系统，温湿度监测系统逐渐发展成为环境监测领域研究中的研究热点，并且具有很大的发展潜能。

本文主要关于GSM温湿度监测系统的工作机理和使用的功能特点，利用DHT11模块收集温湿度，通过单片机对收集到的温湿度进行数模转换，将转换好的数据通过单片机的串口传递到TC35模块，并由GSM发短信到用户手机，用户可以利用短信传送特殊命令控制单片机做出响应。

1 系统的总体框架和功能

GSM温湿度监测系统以STC89C52单片机为控制器，芯片DHT11测量温度和湿度。温湿度传感器采集环境的温度和湿度信息，STC89C52单片机对温湿度信息处理得温湿度的数据。利用串口与GSM模块TC35进行数据传输，系统可通过AT指令来传递数据信息，然后通信数据终端将通过GSM网络收集到的采样数据进行数据信息储存和处理控制。该系统组成结构原理图如图1所示。

图1 系统组成结构原理图

基于GSM温湿度监测系统操作面板如图2所示，采用适配器供电，通过温湿度传感器采集温湿度数据，并通过LCD12864实时显示。正常情况下，LCD12864用来显示实时温湿度，监测系统中的四个LED灯分别表示升温、降温、加湿、除湿。实验通过设置三个按钮来控制系统的温度和湿度的上下限报警值，当温度和湿度高于上限的设置值或者是低于下限的设置值时，单片机就会自动亮起相应的LED灯，同时也会启动系统的蜂鸣器同时进行声光报警，并且会发送报警短信到指定的手机号，短信内容为当前的温湿度和告警内容。

用户在接收到温度警告后，可以通过编辑指定短信“kaifengshan”来控制指定继电器打开风扇，在温度合格时编辑短信“guanfengshan”来控制指定继电器关闭风扇。当用户在接收到湿度警告后，可以通过编辑指定短信“kaijiashi”来控制指定继电器打开喷雾器，在湿度合格时编辑短信“guanjiashi”来控制指定继电器关闭喷雾器。这样以达到远程实时监测温湿度情况并远程加以控制。

单片机首先把收集到的温度数据(SOT)从SHT10中读入，然后应用程序算出它的温度值，再读入湿度数据(SORH)同样通过程序可以计算出其对应的湿度值，这就是系统温湿度数据采集的工作原理。

图2 GSM温湿度监测系统

2 系统设置

2.1 实时时钟电路

时钟电路通过产生一定频率振荡的振荡电路，相当于单片机的心脏。单片机工作需要时钟电路产生的振荡信号，任何操作都需要按照时序进行，时钟电路控制着整个单片机的运行正常。时钟电路一般由一个晶体振荡器和电容构成。

本文设计的系统在设计初期筛选了很多时钟电路DS1302、DS1307、PCF8485，最后选择了DS1302，它的特点是编程简单，振荡电路稳定，具有掉电保护功能。所以根据以上几点选择了该模块。DS1302的SCLK、I/O、RST的三个端口分别跟MCU的P1.5、P1.6、P1.7端口相连，DS1302的全部操作可以用这三个端口控制。时钟电路电路图如图3所示。

图3 时钟电路图

2.2 复位电路

复位电路是一种对MCU的状态进行复位的一种电路，可以通过R-C电路实现复位电路，也能使用MAX809芯片来实现复位电路。该系统使用R-C电路来实现复位电路的，如图4所示。

图4 复位电路图

2.3 串口通信寄存器设置

STC89C52可以使用异步通信方式(UART)，与串行传送信息的终端达成连接，或者使用同步方式也可以，使用TTL或CMOS移位寄存器来扩充I/O口。

STC89C52单片机通过RXD和TXD两个引脚传输数据。一个只能被CPU读出数据，一个只能被CPU写入数据。

2.4 波特率设置

波特率指的是两个系统之间相互进行数据传输的速率。STC89C52在不同工作方式下有着不同波特率的规定。在这不同工作方式中可以改变工作方式1的波特率。GSM温湿度监测系统所用单片机晶振频率为11.059 2 MHz，设置波特率为9 600 bps可以提高数据传输时的准确度。

3 系统软件设计

3.1 无线控制程序设计

无线模块TC35i与MCU采用串行异步通信方式进行数据传输。利用TC35i模块的串口，终端发送不同的AT指令以不同的命令控制单片机响应，就能实现发送短消息的功能。在进行无线程序控制的编程时主要的操作流程为，首先需要进行初始化操作，重置模块的一些设置；其次就是编写发送AT指令，通过想要控制的方式找到对应的指令发送；最后就是对接收到的指令进行处理得出相应的数据。系统的温湿度数据采集流程图如图5所示。

图5 温湿度数据采集流程图

3.2 GSM通信控制程序

TC35i模块上电后，需要观察SYNC线的指示灯变化，观察指示灯的闪烁情况，如果是灭的时间短亮的时间长说明已经连接进网络，可以对模块进行操作。模块没有接入网络中时，则需要重置模块。模块启动后，需要对串口初始化，设置一些初始参数。

模块准备工作做完后，单片机发送短信需要进行以下操作完成。首先需要判断模块连接是否正常，发送指令确定。确定连接后就需要以AT指令设置发送的方式，有两种发送方式，分别为PDU和TEXT方式。再然后就是需要SIM卡的短信中心地址，通过AT+CSCA来确定该地址。以上三条指令需要接收的返回值为OK才能进行下一步的命令操作，如果接收的返回值为ERROR，则需要重新发送指令控制模块。发送指令AT+CMGS用于设置接收的目的地址，当模块的返回值为>时，表示目的地址设置成功，可以发送温湿度数据，实现了数据的无线传输。

整个程序按顺序执行，每一步都需要经过返回值函数的判断，返回值正确后才能完成AT命令的发送。本文软件编写了Check_Return()函数用于判断返回值，当接收寄存器内的值为OK或>时，Check_Return()=1，表示模块已经接收命令；当返回值为ERROR时，Check_Return()=0。

3.3 DHT11温湿度监测软件设计

DHT11是数字信号输出端，包括了两个传感器。它使用了一种特殊的温度和湿度传感器技术和精确的数字采集技术，以确保系统的长期稳定性。

DHT11器件采用简化的单总线通信。单总线通信技术只能同时支持一种接收数据方式，要么是接收数据要么是发送数据，所以进行数据传输时需要遵守规定的时序图来进行数据的传输。如果不遵守规定的时序来设置，就会出现数据传输错误，不能与外部进行数据的交换。

4 系统测试

打开电源键，敲击复位按钮重置系统。测试结果如图6所示，温度为29.2 ℃湿度为31.1%。

图6 测试结果

打开电源键，按下复位按钮，等待GSM模块注册网络，按下按钮调节阀值。打开手机，利用吹风机给温湿度传感器加热，当温度超过阀值，单片机控制GSM模块向目标手机发送短信，内容是当前温湿度的值。

[1] 张丽娜.51单片机系统开发与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社,2013:40-50.

[2] 范红刚.51单片机自学笔记[M].第2版.北京：北京航空航天大学出版社,2010:66-84.

[3] 程昱.Propel DXP电路设计[M].北京：清华大学出版社,2003:10-40.

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Design of Temperature and Humidity Monitoring System Based on GSM

Liu Yong,Xu Juanjuan

(Dept.ofInformationEngineering,BinzhouCollege,BinzhouShandong256600,China)

The paper introduces a design of the temperature and humidity monitoring system based on GSM.According to the different environment,the system can adjust the valve of temperature and humidity.As the environment temperature and humidity exceed the threshold,the system sends the text messages to the target cell phone and issues an alarm.The system is divided into four parts of data acquisition part,main control part,data sending part and human-computer interaction.The system has the advantages of good stability and data transmission in a timely manner.

microcontroller; temperature and humidity parameters; GSM; wireless monitor

2016-06-22

2016-07-04

滨州学院国家级大学生创新训练计划项目(201510449007)

刘 勇(1995-)，男，本科在读，通信工程专业。

1674-4578(2016)05-0017-02

TP 29

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