基于GSM的远程温度监控系统设计与实现

The design and implementation of remote temperature monitoring system based on GSM

李亚杰，何　　群ＬＩ　Ｙａ－ｊｉｅ，　Ｈｅ　Ｑｕｎ

（南京工业大学　信息科学与工程学院，南京　２１０００９）

摘　　要：ＧＳＭ通信网络覆盖面积广、可靠性高，能够很好的解决远距离复杂环境下的温度监测和控制

问题。受控终端利用ＡＴ８９Ｓ５２控制温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０采集温度，对其和设备运行状态一起进行ＰＤＵ编码后通过ＴＣ３５ｉ通信模块发送短消息给监控终端。监控终端接收到短消息后并对其解码，从而获取现场温度和设备运行状态，再根据需要发送控制指令给受控终端调节温度，以达到控温的目的。经实验表明，该系统具有良好的人机交互界面，运行稳定可靠，网络覆盖广等优点。

关键词：ＧＳＭ；ＴＣ３５ｉ；单片机；温度采集中图分类号：ＴＰ２７４　　　文献标识码：Ｂ　　　文章编号：１００９－０１３４（２００９）１０－００５８－０３

０　　　引言

ＧＳＭ系统是目前基于时分多址技术的移动通信

中最成熟完善、覆盖面最广、功能最强、用户最多的移动通信系统。随着科技的发展和自动化水平的提高，温度的自动监测已经成为各行各业进行安全生产和减少损失采取的重要措施之一。特定场合下由于监测分站比较分散、偏远，采用传统的温度测量方式测量员必须到现场进行测量，工作效率非常低。基于ＧＳＭ网络的远程温度监控系统具有结构简单、可靠性高、成本低等特点，可广泛应用于油气井场、电力电缆火灾监测、粮仓及物资仓库温度监控领域。

集现场的温度数据，当接收到监控终端发来的读取温度或者对设备操作的指令时，ＡＴ８９Ｓ５２对相应的设备执行操作，并对温度数据和设备工作状态进行ＰＤＵ编码，借助ＧＳＭ网络以发送短消息的方式返回给监控终端，终端对短消息解码，从而获取温度信息和设备的工作状态。系统结构框图如图１所示。

２　　　ＴＣ３５ｉ通信模块

ＴＣ３５ｉ模块是西门子公司推出的一种无线通信模块，并且已经有国内的无线电设备入网证。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的ＡＴ命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、安全可靠的传输。

２．１　　ＴＣ３５ｉ模块主要技术指标

ＴＣ３５ｉ工作在ＧＳＭ９００和ＧＳＭ１８００双频段，电源范围为直流３．３～４．８Ｖ，电流消耗——休眠状态为３．５ｍＡ，空闲状态为２５ｍＡ，发射状态为３００ｍＡ（平均），２．５Ａ峰值；可传输语音和数据信号，　功耗在ＧＳＭ９００和ＧＳＭ１８００分别为２Ｗ和１Ｗ。ＳＩＭ电压为３Ｖ／１．８Ｖ，ＴＣ３５ｉ的数据接口通过ＡＴ命令可双向传输指令和数据，可选波特率为３００ｂｐｓ～１１５ｋｂｐｓ［２］。２．２　　ＴＣ３５ｉ外围电路

ＴＣ３５ｉ模块有４０个引脚，通过一个ＺＩＦ（零阻力插座）连接器引出。这４０个引脚可以划分为５类，

１　　　系统结构框架

采用ＡＴ８９Ｓ５２作为整个系统的控制模块，经过串口与ＴＣ３５ｉ模块通信。温度采集模块ＤＳ１８Ｂ２０采

图１　　系统结构框图

收稿日期：２００９－０２－２６

作者简介：李亚杰（１９８５－），男，河南商丘人，硕士研究生，主要研究方向为嵌入式系统设计与无线通信技术。【５８】

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即电源、数据输入／输出、ＳＩＭ卡、音频接口和控制。外围电路如图２所示。

为ＴＴＬ的串口通讯脚能和单片机直接通信，通过ＭＡＸ２３２经过电平转换后，ＰＣＲＸＤ和ＰＣＴＸＤ可以直接和ＰＣ机的串口通信。２．３　　ＡＴ指令

ＧＳＭ无线模块收发短信息主要分为Ｂｌｏｃｋ模式、Ｔｅｘｔ模式和ＰＤＵ模式三种模式。Ｂｌｏｃｋ模式已逐渐被ＰＤＵ模式取代；Ｔｅｘｔ模式收发短信息原理简单，程序实现比较容易，缺点是只能收发英文信息不能收发中文信息；ＰＤＵ模式则完全可以解决这个问题，通过ＰＤＵ编码的短信息内容既可以是英文信息也可以是中文信息。　　

３　　　下位机受控终端设计

数据采集终端主要有ＴＣ３５ｉ通信模块、ＡＴ８９Ｓ５２控制模块、温度采集ＤＳ１８Ｂ２０、控制加热和制冷设备的继电器组成［４］。电路图如图３所示。３．１　　温度传感器

温度检测电路采用Ｄａｌｌａｓ公司生产的１－Ｗｉｒｅ接口数字温度传感器ＤＳｌ８Ｂ２０，温度测量范围为－５５℃～＋１２５℃，编程设置９～１２位分辨率。现场温度直接以１－Ｗｉｒｅ的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。也可多个ＤＳｌ８Ｂ２０并联至３或２根总线上，只需一根端口线就能与多个ＤＳｌ８Ｂ２０通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路［５］。

图２　　ＴＣ３５ｉ外围电路

系统加电后为使ＴＣ３５ｉ进入工作状态，必须给启动脚ＩＧＴ加一个大于１００ｍｓ的低脉冲，电平下降持续时间不可超过１ｍｓ。ＴＣ３５ｉ使用外接式ＳＩＭ卡，ＳＩＭ上的ＣＣＩＮ、ＣＣＲＳＴ、ＣＣＩＯ、ＣＣＣＬＫ、ＣＣＶＣＣ和ＣＣＧＮＤ通过ＳＩＭ卡引脚与ＴＣ３５ｉ的同名端直接相连，ＺＩＦ连接座的ＣＣＩＮ引脚用来检测ＳＩＭ卡是否插好，如果连接正确，则ＣＣＩＮ引脚输出高电平，否则为低电平。ＳＹＮＣ引脚有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示ＴＣ３５ｉ的工作状态，可用ＡＴ命令ＡＴ＋ＳＹＮＣ进行切换，本模块使用的是后一种。当ＬＥＤ熄灭时，表明ＴＣ３５ｉ处于关闭或睡眠状态；当ＬＥＤ为６００　ｍｓ亮／６００ｍｓ熄时，表明ＳＩＭ卡没有插入或ＴＣ３５ｉ正在进行网络登录；当ＬＥＤ为７５　ｍｓ亮／３ｓ熄时，表明ＴＣ３５ｉ已登录进网络，处于待机状态［３］。

ＴＣ３５ｉ模块的数据输入／输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ＩＴＵ－Ｔ　ＲＳ２３２接口标准。它有固定的参数：８位数据位和１位停止位，无校验位，波特率在３００ｂｐｓ～１１５ｋｂｐｓ之间可选。ＴＣ３５ｉＲＸＤ和ＴＣ３５ｉＴＸＤ

图３　　数据采集终端电路图

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ＭＣＵ的Ｐ０．１直接与ＤＳｌ８Ｂ２０的ＤＱ相连实现温度转换，ＤＳｌ８Ｂ２０采用外接电源方式，其ＶＤＤ端采用３ｖ～５．５ｖ电源供电。３．２　　设备控制

ＡＴ８９Ｓ５２是一个弱电器件，一般工作在５Ｖ甚至更低的电压下。要想控制大功率的制冷和加热设备工作，就要使用承压大于２２０Ｖ的继电器。ＡＴ８９Ｓ５２端口的输出的驱动电流在毫安级以下，不足以驱动继电器工作，所以在ＡＴ８９Ｓ５２的Ｐ０．７和Ｐ２．１端口与继电器Ｋ１和Ｋ２之间加上三极管８５５０来增大通过继电器的驱动电流，当对应端口输出高电平的时候，继电器接通制冷或者加热设备电源让其工作，反之则停止其工作［６］。３．３　　单片机软件设计

单片机ＡＴ８９Ｓ５２的主要任务是采集受控对象的温度和设备运行状态，然后对其进行ＰＤＵ编码，通过ＴＣ３５ｉ通信模块发送到监测中心；同时接收来自监控中心的指令短消息，对其解码后执行相应的操作。流程图如图４所示。

数据通信主要通过短消息的收发完成。工作在Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下的ＰＣ机串口与ＴＣ３５ｉ的串口连接进行通信，监控终端的软件采用ＶＣ＋＋６．０编写控制界面，通过向模块发送各种ＡＴ指令，实现对ＴＣ３５ｉ模块的控制，完成短信息收发功能。将接收到的短消息解码分析，用来获取现场的温度和设备工作状态数据，以便必要时向下位机受控端发送相应的控制指令对现场设备进行操作，从而达到测温和控温的目的［７］。监控终端界面如图５所示。

图５　　监控终端界面

４　　　结论

利用覆盖广的ＧＳＭ网络，通过ＴＣ３５ｉ通信模块进行数据的传输，设计了远程温度监控系统。经实验表明，该系统具有良好的人机交互界面、运行稳定可靠，成本较低，网络覆盖面积广不受地形条件的，非常适用于远距离复杂环境下的温度监控。参考文献：

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图４　　温度监控终端

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