基于GSM技术的气压和温度监控系统研究

王家伟，施瑞瑞，李素文，李淮江，李文胜

（1.淮北师范大学 物理与电子信息学院，安徽 淮北 235000；2.淮北思苑科技有限公司，安徽 淮北 235000）

基于GSM技术的气压和温度监控系统研究

王家伟1，施瑞瑞1，李素文1，李淮江1，李文胜2

（1.淮北师范大学 物理与电子信息学院，安徽 淮北 235000；2.淮北思苑科技有限公司，安徽 淮北 235000）

为解决高精尖设备生产和其运行过程中对恒温恒压的严苛要求，研发一种基于GSM技术稳定高效的气压和温度变化监控系统.该系统采用单片机STC89C52作为系统处理核心，用气压传感器BMP180采集温度和气压值，将采集结果通过LCD1602显示.利用独立按键设定温度和气压上下限值，当室内温度、气压值不在设定范围时，基于GSM技术，通过A7模块向监控终端发送短消息来完成远程预警.该设计将气压传感器与GSM技术紧密结合，采用低成本配件实现其智能化功能.该监控系统经过一段时间的实验以及使用，其性能稳定且报警及时，能够对室内气压和温度进行有效的监控.

GSM技术；气压；温度；智能化；监控系统

0 引言

现如今，越来越多的大型医疗设备室、实验室、测试室、精密电子仪器生产车间对环境温度和大气压力等各项指标都有很严苛的要求.对于单纯采集温度气压的装置来说，无法使人们获知环境中温度气压的变化情况.为了对室内工作环境进行有效的监控，需要一种能够测量环境温度和气压且成本低、精确度高的系统，当室内温度和气压发生改变时能够及时将数据传输到监控终端，使我们获知.GSM（全球移动通信系统）技术是目前发展最成熟的移动通信技术［1-2］.本系统使用气压传感器BMP180采集室内温度和气压，借助STC89C52单片机和GSM技术，通过GSM模块向监控终端发送短消息来完成远程预警，从而实现实时在线监控功能.该智能报警系统由硬件电路设计和软件设计两个模块组成，软件设计部分采用C语言编写程序.

1 系统硬件设计

1.1 系统总体设计

该系统以STC89C52单片机和GSM短信模块为核心［3-4］，主要由温度气压采集模块、蜂鸣器报警模块、LCD1602液晶显示模块和GSM短信模块几个部分组成.系统整体框架如图1所示.

图1 系统整体框架

1.2 温度气压采集模块

温度及气压的采集过程是通过气压传感器BMP180来实现的.BMP180传感器普遍用于GPS精准导航、室内室外导航、体育和医疗等检测、天气预报、垂直速度（上升/下降速度）指示、风扇功率控制等方面，具有特别高的使用价值.BMP180传感器采用无铅陶瓷载体封装（LCC），它的压力范围在300到1 100 hPa（相当于海拔9 000 m到-500 m）之间.BMP180体积小，精确度高，价格低廉，使用起来特别方便.STC89C52单片机是一种高功能CMOS8位微控制器，它具有抗干扰性能强、速度快、功耗低和指令代码完全兼容8051单片机等特点［5-6］.它的P2.1口与BMP180的SCL相连，P2.0口与SDA相连.BMP180电路原理图如图2所示.

图2 BMP180电路原理图

1.3 LCD1602液晶显示模块

本设计中将LCD1602液晶显示模块与STC89C52单片机相连接，从而显示采集到的温度气压值.其中，P0口与DB0-DB7数据线相连，P2.6口与RS相连，P2.5口与R/W相连，P2.7口与E相连.硬件原理如图3所示.

图3 硬件原理图

1.4 GSM短信模块

GSM模块主要由GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件这几部分组成［7］.A7中的GSM模块支持Text和PDU两种格式的短信，其数据接口（CMOS电平）通过AT命令可双向传输指令和数据［8］.其中AT指令是以“AT”为前缀，以回车符＜CR＞为后缀（即ASCII字符 ，对某些模块的操作序可以只用 为后缀）的ASCII指令序列.在PC机上进行调试时，将单片机串口P3.0（RXD）与A7模块的TXD相连，串口P3.1（TXD）与A7模块的RXD相连，GND与GND相连.发送AT指令调试过程如图4所示，STC89C52单片机程序控制过程如图5所示.

图4 发送AT指令调试过程

图5 STC89C52单片机程序控制过程

2 系统软件设计

本系统是用C语言来编写的.此设计首先通过BMP180气压传感器采集室内温度气压，然后将采集到的数据保存在单片机的存储单元中.STC89C52单片机串口与A7模块端口相连来实现与主控端的无线通信.系统采用AT命令来传输指令，并且由于Text模式收发短信代码简单，因此采用Text模式的短信，实现起来相对容易.这里使用命令“AT+CMGF=1”来选择Text模式，用命令“AT+CMGS=”选择发送的手机号码，然后用HEX格式发送 1A把短信发送出去，当温度气压值超过之前预定设置值后，事先编写的短信内容“Warning”将会传输到指定的手机号上，使接收者获知当前环境的异样，从而及时做出反应.程序设计流程图如图6所示，短信发送流程图如图7所示.发送短信时，串口调试助手显示发送的AT指令如表1所示.

图6 程序设计流程图

图7 短信发送流程图

表1 AT指令

3 系统调试

完成电路设计、程序编写、电路板焊接、烧录程序等一系列过程之后，对各模块进行联调测试.在接通电源后，LCD1602显示屏可以正常显示室内温度和气压值，用独立按键设定温度和气压的上下限值，用透明的塑料袋包裹气压传感器BMP180后再用力下压塑料袋来改变气压值，当高于或者低于阈值时，蜂鸣器能够发出报警声，同时发光二极管也不断闪烁.同样，通过空调改变外界温度值时也会产生相应的现象.这说明温度气压采集和显示模块功能均正常.再将装有SIM卡的GSM模块通电，接入到STC89C52单片机系统中，此时外界环境温度气压值高于或者低于设定值时，程序中设定的手机号会收到显示“Warning”的短信，电脑上的串口调试助手会显示如流程图7中所示的一系列AT指令，这说明该系统短信通知功能正常.最终把该系统安装在我校分析测试中心试验，监控精密测试设备工作环境温度和气压变化.以10月8号上午9点测试的数据为例，室内环境中的温度为23℃，气压为101.5 kPa，系统采集到的温度气压值如图8所示.其中9点测得的温度为23.2℃，气压为101.54 kPa；10点测得的温度为23.4℃，气压为101.53 kPa.

图8 系统采集到的温度、气压数据

反复分析测得的数据，得知该系统温度值上下0.1°C浮动，气压值上下0.02 kPa浮动.数据精确度较高，与环境中的温度气压值相差甚少.实验结果表明系统性能稳定，报警及时有效.

4 结语

本设计是由手机通过短信编辑的方式来显示数据的传送，具有通用性.该系统借助体积小、重量轻的气压传感器BMP180作为前端，采集外界环境的温度气压值效果好，可以很好地用来监测那些对空气的温度、大气压力各项指标都有很高要求的实验室、精密电子仪器生产车间.同时，稳定高效的GSM移动网络让该报警系统更具智能化和集成化，也使报警方式更显直观性和及时性.总之，该系统将STC89C52单片机和GSM模块紧密结合，系统成本低并且稳定，功能理想，具有一定的应用价值.同时此系统设计思想也为其他相关报警系统的开发提供参考价值.

［1］SINGH J，SINGHAL H，SINGH J，et al.Wireless electronic notice board using GSM module［J］.Imperial Journal of Inter⁃disciplinary Research，2017，3（4）：1061-1063.

［2］Seelam Vasavi Sai Viswanada Prabhu Deva Kumar，Akashe S.Implementation of GSM based security system with IOT ap⁃plications［J］.International Journal of Computer Network&Information Security，2017，9（6）：13-20.

［3］江杰，宋宏龙.基于GSM短信的烟雾传感报警系统［J］.测控技术，2014，33（1）：1-2.

［4］孙立香.基于STC89C52单片机的无线温度控制系统［J］.无线互联科技，2014（4）：81.

［5］毛静.基于单片机的智能家用报警系统设计［J］.电子设计工程，2014，23（15）：113-114.

［6］郑争兵，赵峰.基于GSM的远程心率监控系统设计［J］.计算机应用，2012，32（7）：2083-2084.

［7］宋维，崔晓坤.基于STM32的GSM模块综合应用［J］.电脑知识与技术，2012，8（18）：4536-4537.

［8］蔡植善.基于通用分组无线业务短信控制的LED点阵屏设计［J］.计算机应用，2011，31（12）：3451-3452.

Research on Air Pressure and Temperature Monitoring System Based on GSM Technology

WANG Jiawei1，SHI Ruirui1，LI Suwen1，LI Huaijiang1，LI Wensheng2
（1.School of Physics and Electronic Information，Huaibei Normal University，235000，Huaibei，Anhui，China；2.Huaibei Siyuan Technology Co.，Ltd，235000，Huaibei，Anhui，China）

A stable and efficient monitoring system has been developed based on GSM technology in order to solve the production of sophisticated equipment and its operation in the process of constant temperature and constant pressure requirements.This system uses single-chip STC89C52 as the system processing core，with the pressure sensor BMP180 to collect temperature and pressure values，and the acquisition result is dis⁃played on the LCD1602.The use of independent keys to set the temperature and pressure upper and lower limits，when the indoor temperature or air pressure is not set in the range，through the A7 module to send a short message to the monitoring terminal to complete the remote warning based on GSM technology.This de⁃sign combines air pressure sensor with GSM technology to realize its intelligent function with low cost parts.The monitoring system is stable and alarm timely and it can monitor the indoor air pressure and temperature effectively after a period of use and experiment.

GSM technology；air pressure；temperature；intelligent；monitoring system

TP 368

A

2095-0691（2017）04-0020-05

2017-09-01

国家自然科学基金项目（41475017，41705012）；淮北师范大学研究生创新基金项目（2017yjscx12）

王家伟（1995- ），男，安徽全椒人，硕士生，研究方向：物联网传感技术及其应用.通信作者：李素文（1968- ），女，安徽濉溪人，博士，教授，研究方向：监测系统研发及其应用.