基于GPRS的远程温度监测系统设计

摘　要：本文介绍一种基于GPRS技术的电网参数远程监测解决方案。将温度采集模块和GPRS通信模块相结合，实现对温度的远程监测、分析、记录。系统采用AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器实现温度数据的采集和处理，再通过GPRS模块实现远程的数据传输和接收，结构简单、性价比高，可广泛应用于养殖场、粮库、电力机房等场合。

关键词：GPRS；远程监测；温度传感器
引言　　　　　　　　　　　　　　 
　　随着通信技术的发展和自动化水平的提高，温度的远程监测已经成为许多跟温度有关的行业进行安全生产和减少损失采取的重要措施之一。在实际场合中由于监测点分散、偏远以及时间限制等原因，采用传统的温度测量方式周期长、成本高，而且测量员必须到现场进行测量，因此工作效率非常低。且不便于管理。本文提出了一种基于GPRS技术的远程温度监测系统方案，采用AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器实现现场温度数据的采集和处理，再通过GPRS模块TC39i实现远程的数据传输和接收。目前，虽然3G技术已经开始推广，但并没有普及，同时由于受到硬件成本和运营商通信资费的约束，GPRS技术在相当长时间内还是进行无线数据传输的首选。
1  系统总体设计
　　系统的总体设计思路是将温度采集模块采集到的数据通过GPRS模块发送到监控计算机上。温度传感器把监测现场的温度处理发送给AT89C51单片机，温度数据通过单片机处理，再由GPRS发送模块发送出去。GPRS接收模块接收发送模块发送过来的数据，通过RS232通信接口连接GPRS模块实现与上位机通信，将数据上传至上位机，实现在上位机中对监测现场温度的远程分析、管理。系统总体框图如图1所示。
　　
　　图1 系统总体框图
2  系统硬件设计
　　现场温度采集模块是一个现场实时监测设备，可以独立稳定运行，对监测的温度数据进行运算处理、状态分析和实时显示。GPRS通信模块的功能则是将数据实时传送到监控计算机。
2.1  单片机外围电路设计
　　该系统采用Atmel公司的AT89C51单片机，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。单片机的外围电路主要包括晶振电路、复位电路、采集电路。单片机的外围电路如图2所示。

图 2 单片机外围电路
2.2 温度采集电路设计
　  温度传感器采用国DALLAS公司生产的DS18B20数字温度传感器。它采用3引脚T0-92封装，无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V，无需备用电源。测量温度范围为-55 ° C至+125 ℃。该温度传感器可编程的分辨率为9~12位温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，用户可定义的非易失性温度报警设置。
　本设计中，DS18B20的1脚接地，2脚为数据输入端，3脚接VCC，2脚与3脚间接上一个4.7K的电阻，形成上拉电阻。温度采集电路如图3所示。

图3  温度采集电路
2.3 GPRS通信模块设计
　TC39i 的供电电源为3.3～4.8V ，典型值为4.2V。当电压低于3.3V 时，模块可自动关机，同时模块在不同工作模式时电流不同，在发射脉冲时电流峰值高达2 A ，在此电流峰值时，电源电压下降值不能超过0.4 V ，所以对电源的要求很高。本设计中稳压电源部分由LM2576S将外部+5V的直流电压转换成为4.2V ，为整个系统提供供电电压同时产生MAX323 所需的高电平。
　TC39i 的启动电路由AT89C51来实现。模块上电10ms后,为保证整个系统正常启动，IGT信号必须在保持大于100ms 的低电平再阶跃到高电平，且下降沿时间要小于1ms。启动后，IGT信号应保持高电平。
　 TC39i 的基带处理器集成了一个与ISO7816- 3ICCard标准兼容的SIM卡接口。为了适应外部的SIM卡接口，该接口连接到ZIF引脚。TC39iZIF 连接器为SIM卡接口预留了6个引脚，SIMPRES 引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡，该引脚置为高电平时，系统方可进入正常的工作状态。GPRS通信模块电路如图4所示。

图4  GPRS通信模块电路
3  系统软件设计
　　系统的软件设计主要包括监测对象温度的采集程序和GPRS通信程序。系统软件设计的重点在于单片机的编程。通过向TC39i写入不同的AT指令完成多种功能。
3.1 软件的总体设计
　　在总体程序流程图中，系统软件的重点在于对单片机的编程。包括向AT89C51对TC39i的初始化以及对串行口通信速率、短消息模式、短消息中心号码的初始化。这些初始化指令是通过AT指令写入的，因此在编程时将这些常用到的AT指令编成表格，存放在AT89C51的程序存储器内，以便使用。流程图如图5所示。其中A、B中断子程序只是发送数据内容不一致，对应的流程一致。

图5  系统软件总体流程图
3.2 温度采集程序设计
　　先复位DS18B20，然后单片机等待DS18B20的应答脉冲。一旦单片机检测到应答脉冲，便发起跳过ROM匹配操作命令。成功执行了ROM操作命令后，就可以使用内存操作命令，启动温度转换，延时一段时间后，等待温度转换完成。再发起跳过ROM匹配操作命令，然后读暂存器，将转换结果读出，并转为显示码，送到液晶显示。温度采集程序流程图如图6所示。

图6  温度采集程序流程图

3.3 GPRS通信程序设计
　　GPRS通信程序是实现采集到的现场温度数据远程无线传输的关键。单片机要将温度数据通过GPRS模块传输前，必须先对GPRS模块初始化，然后读取温度传感器送来的温度数据，然后向GPRS模块发送指令，完成温度数据的远程无线传输。GPRS通信程序的流程图如图7所示。

图7  GPRS通信程序流程图
4  结论
　　本文采用AT89C51单片机、DS18B20数字温度传感器和TC39i无线传输模块实现了温度的远程监控。系统结构简单、性价比高，可应用于养殖场、粮库、电力机房等测温和控制领域，有着广泛的应用前景。
参考文献:
[1]陈忠平，曹巧媛等.单片机原理与接口[M]，清华大学出版社，2007.
[2]韩斌杰等.GPRS原理及其网络优化[M].北京：机械工业出版社，2003.
[3]李志伟.基于AT指令的串行通信程序的设计[J].微计算机信息，2007.9.
[4]王毅，白泽生.智能温度传感器DS18B20U在花棚温度监测中的应用[J].现代电子技术，2007.10.
[5]宣彩平.利用GSM无线模块发送短消息[J] .计算机应用，2004. 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/jisuanjiyingyong/241990.html