GSM远程温度控制系统的设计与实现

熊 燕

(重庆三峡学院机械工程学院，重庆万州 404100)

1 系统结构与原理

在农业温室大棚，以及养殖业的恒温孵化箱等应用领域，温度监测与控制是一个关键技术，但由于这一类型的应用往往比较分散、偏远，并且节点较多，采用传统的温度监控方式要求工作人员必须进入现场，因此具有成本高、周期长、工作效率低，且不便于管理等缺点[1].随着技术的发展，温度的远程监测与控制已成为安全生产和提高效率的重要措施之一.本文提出基于GSM技术的远程智能温控系统，基于手机等移动终端设备，通过广泛覆盖的GSM网络，实现温度的远程监测与控制.该系统具有可靠性高、结构简单、成本低等特点，除可用于远程温度控制外，也可应用于粮仓及物资仓库温度监测、桥梁混凝土测温、电力电缆火灾监测等温度监测领域.系统主要由单片机AT89C52、TC35I模块、DS18B20和温控继电器组成温度控制系统，系统总体结构如图1所示.本系统由单片机AT89C52作为控制核心，主要负责三个工作:第一，采集数字温度传感器DS18B20的信号以检测被加热物或环境的温度；第二，控制加热器，以达到预设的温度值；第三，与短信模块TC35I通信，主要接收和发送TC35I的AT信号.本系统设计中，加热系统可以由终端手机设定的方式预设温度值，然后系统自动启动温控系统，当温度达到预设值以后，系统会向终端手机发送信息，以通知用户温度达到用户设定温度值，并且会在系统本身用液晶显示温度值和蜂鸣器声音提示，用户也可发送信息查询实时温度值.

2 系统硬件设计

由图1知，系统主要的硬件电路有以下两个部分:(1)AT89C52单片机系统；(2)GSM模块TC35I系统.此外，还有电源系统及其它辅助电路.

2.1 单片机最小系统

本系统中所用到的单片机最小系统主要包含:晶振和复位电路、液晶显示电路、DS18B20电路和继电器控制电路.晶振电路设计为内部时钟方式，其中所用晶振频率为11.0592MHz，用此频率的原因是为了达到一个串口通信标准的波特率，在本系统中所用波特率为9 600b/s，定时器T1的频率是晶振频率的12分频，为921.6KHz，那么要得到9 600 b/s的波特率只需要将定时器T1的频率96分频即可.本系统中对液晶显示要求不高，仅仅起到提示作用，因而选择使用LCD1602芯片，此液晶不能显示中文字符，只能显示ASCII码字符.系统中液晶的数据口连接到单片机的P0口上，RS、R/W和E分别连接都单片机的P2.0、P2.1和P2.2上面.

选用达拉斯公司生产的单总线式数字温度传感器DS18B20，其温度灵敏度为0.125℃.DS18B20有三个外接端口，端口1为电源引脚，供电电压为5V，端口2为数据引脚，端口三为接地引脚[2].

温控继电器控制电路如图2所示.单片机通过网络标号KD接入继电器控制电路，电路中U2为光电耦合器，其作用是将单片机5V控制电压与继电器控制电压9V分离开，达到保护单片机I/O口的作用，三极管Q1的作用是提高继电器的驱动电流，二极管D1的作用是扼制继电器里面电感线圈的反向电流.

2.2 GSM模块TC35I系统

TC35I短信模块是西门子公司的一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM短信模块，集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，该模块带有RS232数据口，方便用户的应用开发及设计[3].单片机控制TC35I模块可以通过TTL电平和RS232电平两种模式，本系统中采用RS232电平模式.所以在本系统的单片机部分只设计RS232电平转换电路，在此采用MAX232电平转换芯片.

2.3 系统电源电路

在本系统中所用芯片比较多，需要用到+9V、+5V和+3.3V三种直流电源电压，电源电路设计如图3所示.电路中所用三端稳压芯片为7805和ASM 11173.3，7805芯片的输出电压为+5V，额定输出电流为1A，符合系统供电的需要；ASM 11173.3为3.3V稳压芯片，主要提供GSM模块的内核供电电压，电路中的电容为去耦电容，主要消除杂波影响，使直流输出电压稳定.

图1 系统结构图

图2 温控继电器电路图

图3 系统电源电路图

3 系统软件设计

系统的总体程序设计思路是时分复用单片机资源，其中由定时器T1构成与TC35I模块通信的波特率发生器，定时器T0则构成时分复用时序控制，在主程序设计中通过T0分时控制DS18B20、TC35I和继电器.图4为程序整体流程图.

图4 系统整体程序流程图

除主程序外，还包含三个子程序:(1)DS18B20实时温度采集子程序；(2)TC35I短信模块驱动控制子程序；(3)大功率加热器控制子程序.为了提高程序的可移植性和可读性，子程序均采用头文件形式编写.由于DS18B20为单总线接口，所以对其操作时采用严格的串行时序.TC35I的控制接口采用RS232串口电平模式，所以在程序设计中主要是对于串口的操作，本设计中TC35I短信模块工作在TEXT模式中.大功率加热器控制子程序主要负责从短信数据中提取出的用户温度设置信息和DS18B20温度传感器的实时温度信息进行比较，然后控制加热器使环境或被控对象达到用户设定的温度.此子程序实际上是一个闭环操作，用户设定温度值的更新在89C52单片机中用中断的形式实现.

4 系统测试与分析

系统测试遵循从局部功能测试到整体测试的原则，局部功能测试中短信的接收功能和数据判断是关键点，整体测试中除了调用各子功能程序测试以外，测试实时数据的处理能力也是重要环节.系统整体时序分配由定时器T0完成，定时器T0定时触发周期50ms，每20次触发执行1次子功能程序，除了TC35I接收短信实时扫描以外，其他程序的执行周期均为1s，这样设计可减小CPU的负荷.

图5为整体调试成功以后功能测试的图片.图5(a)为系统初始化后液晶显示的内容，LCD1602第一行显示“27.2C”为当前温度值，第二行显示“Set:00.0C”为用户未设定温度时的显示，说明用户还未设定，此时温度加热系统未工作.图5(b)为用户设定温度后液晶的显示内容，LCD1602第一行显示“27.4C”为当前温度值，第二行显示“Set:32.3C”为用户设定温度值，此时系统将处于加热阶段.图5(c)反映加热系统达到用户设定的温度值以后通过GSM网络给用户反馈的信息，提示用户温度已达到用户设定要求.系统整体测试表明能够达到设计要求.在系统调试过程中发现手机发送的控制温度SMS信息有5%不能被TC35I接收，分析发现是因TC35I模块处于移动信号不好的地方时，SMS信息接收电流消耗很大，超过1 000mA，超过设计最大电流，解决方案为在电源上并联一个3 300uF大电容，以提供接收信息时需要的大电流.

图5 LCD与手机屏显示效果图

5 结束语

本文所设计的远程智能温度控制系统，利用GSM网络的短消息服务功能(SMS)来实现数据的传输.GSM网络通信具有通信范围广、传输数据可靠性高、短消息业务经济实惠等明显优势.同时，该系统利用成熟的单片机技术，具有可靠性高、成本低、适用范围广、用户使用便捷等优点.

本系统所提出的技术，可以很容易地扩展到其他远程控制领域，温度数据采集系统可以更换为其他数据采集系统，如采用煤矿信息采集系统，即可作为煤矿安全生产的报警系统；如采用车辆视频检测系统，即可实现交通流量信息远程控制系统.随着移动通信网络技术的升级换代，传输速率的不断提高，在远程大数据传输方面的优势将越来越明显，其远程控制方面的前景将会更加广阔.

[1]袁立，田亮，等.基于GSM网络的远程温度监测系统设计[J].仪器仪表用户，2010(4).

[2]张清小，曾建潮.基于TC35I的汽车空调温控系统的设计[J].微型机与应用，2011(9).

[3]彭仁明，贺春林.GSM无线接入终端的设计[J].重庆师范大学学报:自然科学版，2010(4).