基于GTM900远程温湿度遥测系统的设计.doc

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1、 扬州工业职业技术学院2013 2014学年第 一 学期毕业设计 课题名称： 基于GTM900远程温湿度遥测系统的设计设计时间： 2013.10.1 - 2013.11.30 系 部： 电子信息工程系 班 级： 1101电子信息 姓 名： 殷宪虎 指导教师： 徐秋 总目录 第一部分 任务书 第二部分 开题报告 第三部分 毕业设计正文 I 第 一 部 分 任 务 书 II 扬州工业职业技术学院毕业设计任务书III IV 第 二 部 分 开 题 报 告 V 扬州工业职业技术学院 电子信息工程 系14届毕业设计（论文）开题报告书（表1）VI VII VIII 基于GTM900远程温湿度遥测系统的设计

2、殷宪虎1101电子信息 摘要:本课题设计的是一种基于GSM模块利用单片机来检测空气温湿度智能监测系统，实现了对环境温度和湿度的实时检测，使我们可以实时了解野外的温湿度情况。关键词 STC89C52 DHT21 GTM900B AT指令 短信 Design of GTM900 remote telemetry system based ontemperature and humidityXianhu Yin1101 Electronics and InformationAbstract:This topic is the design of a GSM module using single c

3、hip microcomputer detection based on intelligent monitoring system for air temperature and humidity, realizes the real-time detection of the temperature and humidity of the environment, so that we can understand the real situation of the temperature and humidity field. This paper uses STC89C52 micro

4、 controller as the control core, the DHT21 temperature and humidity sensor and 1602 character LCD module acquisition and real-time display system of temperature and humidity, and by setting off the assembly line, to super alarm, using the GSM module to send the data to the mobile phone testing, to a

5、chieve accurate measurement and control of temperature and humidity on the field environment.Key words: STC89C52 DHT21 GTM900B AT command message IX 目 录第一章 绪论. 11.1项目背景与意义. 11.2系统要求及设计所要完成的工作. 1第二章 GSM 网络基础知识简介 . 32.1 GSM网络简介 . 32.2 SMS通信原理. 32.3 AT指令简介 . 42.4 短消息的编码方式. 52.4.1 AT指令的 text mode . 52.4

6、.2 PDU 结构. 62.5 SIM卡 . 72.5.1 SIM卡简介 . 72.5.2 SIM卡电路 . 7第三章 系统总体方案设计. 83.1设计任务. 83.2设计要求. 83.3设计方案的选定. 83.3.1系统方案设计. 83.3.2传感器的选择. 93.3.3显示器选择. 93.3.4 GSM模块的选择 . 103.4设计总体思路. 11第四章 系统硬件电路的设计. 124.1单片机STC89C52最小系统. 124.1.1主要特性说明. 124.1.2引脚功能说明. 134.1.3复位电路设计. 154.1.4晶振电路设计. 164.2 DHT21温湿度传感器电路 . 16 X

7、 4.2.1 DHT21简介 . 164.2.2 DHT21引脚说明 . 164.2.3 DHT21模块电路的设计 . 174.3 LCD1602显示模块设计. 184.3.1 1602字符液晶简介. 184.3.2 1602字符液晶引脚说明. 194.3.3 1602液晶模块电路设计. 214.4报警电路设计. 224.6 GTM900B网络模块电路的设计 . 224.6.1 GTM900B模块简介 . 224.6.2 GTM900B模块引脚说明 . 234.6.3 GTM900B模块电源电路设计 . 244.6.4 GTM900B模块的测试 . 244.6.5 GTM900B模块与单片机连

8、接电路设计 . 274.7 系统整体硬件电路的设计. 27第五章 系统软件电路设计. 295.1编程思想. 295.2系统整体流程图. 295.3模块主要程序代码. 305.3.1 DHT21数字温湿度传感器初始化 . 305.3.2 报警函数. 365.3.3 GTM900初始化 . 365.3.4 主函数. 395.4 芯片的烧写过程. 42第六章 实物焊接与调试. 446.1焊接准备. 446.1.1焊前准备. 446.1.2焊接步骤. 44焊接的基本操作方法：. 44 XI 6.1.3操作后检查. 446.2 实物调试. 456.2.1实物调试过程. 45结束语. 46致谢. 47参考

9、文献. 48附录一 系统总电路图. 49附录二 设计源程序代码. 50 XII第一章 绪论第一章 绪论1.1项目背景与意义在现代社会的各个方面，温度和湿度都是不能忽视的重要因素，甚至起到决定性作用。随着科技的发展和自动化水平的提高，温湿度监测已成为各行各业安全生产和减少损失采取的重要措施之一。尤其是在野外的环境下，传统元器件组成的电路复杂，且温湿度采集周期长，成本高，并且远程智能化低，易受干扰等缺点，造成数据采集困难。此外，随着数字技术的发展，越来越多的数据需要以数字化方式进行处理，显然传统的测量方式难以完成。数字温湿度传感器DHT21解决了这一问题，它具有数字化输出、精度高、响应速度快、卓越

10、的长期稳定性等优点。但是为了能够及时的掌握野外温湿度的变化，于是我们就思考如何在温湿度发生异常的情况下，能自动快速地监测到温湿度的变化，随后快速向监测者汇报，以便采取相应的措施来应对。针对上述的思考，有针对性的提出了本系统的设计方案基于GTM900B网络的远程温度监测系统。本系统不仅有效地解决了传统温湿度监测的缺点和不足，而且采用了远程报警和实时数据采集的设计理念。1.2系统要求及设计所要完成的工作温湿度遥测系统设计主要是基于单片机对数字温湿度传感器DHT21的控制，以及将DHT21所测得的数据用LCD1602液晶显示出来，并且先对野外的温湿度正常范围进行设置，若超出正常范围，则会报警，继而通

11、过GTM900B网络模块将报警信息发到监测手机上。本系统主要包括主控模块、温湿度采集模块、显示模块、报警模块、GSM模块、以及系统软件等部分的设计。温湿度传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确的捕捉与转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来监测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态。1扬州工业职业技术学院毕业设计本设计所要完成的任务：1、LCD1602能显示当前温湿度；2、按键能够调节温湿度的范围；3、超过设定的温湿度范围能够报警；4、能够通过GSM模块发送至监测手

12、机。 2第二章 GSM网络基础知识简介第二章 GSM 网络基础知识简介2.1 GSM网络简介GSM全名为：Global System For Mobile Communications，中文为全球移动通讯系统，俗称"全球通"，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网络。众所周知的GSM，是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。GSM较之它以前的标准最大的

13、不同是他的信令和语音信道都是数字式的，因此GSM被看作是第二代(2G)移动电话系统。GSM系统包括 GSM 900（900MHz）、GSM1800（1800MHz） 及 GSM1900（1900MHz）等几个频段。我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准，此前一直是采用蜂窝模拟移动技术，即第一代GSM技术（2001年12月31日我国关闭了模拟移动网络）。GSM（全球移动通信系统）是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的数字移动电话系统。GSM使用的是时分多址的变体，并且它是目前三种数字无线电话技术（TDMA、GSM和CDMA）中使用最为广泛的一种。GSM将资料数字化，并将数据进行压缩，然后与其

14、它的两个用户数据流一起从信道发送出去，另外的两个用户数据流都有各自的时隙。GSM实际上是欧洲的无线电话标准，据GSM MOU联合委员会报道，GSM在全球有15亿的用户，遍布140多个国家和地区。GSM系统有几项重要特点：防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。其技术最成熟及先进，并且具有可开通的移动通信业务种类多、手机接续速度快、通话质量好、安全保密性能强、抗干扰能力强、网络覆盖面广、可国际自动漫游等诸多优点。2.2 SMS通信原理GSM的短消息业务SMS(Short Message Service)与话音传输及传真一样同为

15、数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，它通过GSM通信网所特有的无线控制信道进行传输，经短消息业务中心完成存储和前转功能，每个短消息的信息量限制为140个八位组(7比特编码为160个字符)。传送短消息业务的控制信道 3扬州工业职业技术学院毕业设计为专用控制信道。它不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发送给最终的用户。这适于把每次采集到的数据随时发送到监控中心。短消息业务可以使网络端知道被叫方是否已经收到短消息，如果传送失败，被叫方没有回答确切消息，网络一侧（短消息服务中心）会保留所传的消息，一旦网络发现被叫方能被叫通时，消息能被重发以确保被叫

16、方能收到。因此短消息业务作为GSM网络的一种主要的电信业务，它的信息传递是可靠的。短消息业务分为两种:一种是点对点短消息，在用户之间传送信息;另一种是小区广播短消息，类似于以前的寻呼，定期在一定的区域4第二章 GSM网络基础知识简介用户能够从命令行输入所需的命令，如在windows7下的“超级终端”中建立一个与串口的连接便可使用AT命令，也可直接用AT命令设置串口属性，通过串口控制调制解调器。AT命令集从TE或DTE向TA或DCE发送的。通过TA或TE发送AT命令来控制MS的功能，与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT命令来进行呼叫、短信、电话本、数据业务、补充业务、传真等方面的控制。GM

17、S模块的通信全部采用AT+XXX的格式完成。常见的AT指令见表2-1。表2-1常见的AT指令。2.4 短消息的编码方式 2.4.1 AT指令的 text modeSMS短信的编码方式主要有三种方式:即block mode(块模式)，text mode(文 5扬州工业职业技术学院毕业设计本模式)和PDU(协议数据单元),模式。Text Mode 是纯文本方式，可使用不同的字符集，从技术上来说也可用于发送中文短信，但国0D 91 68 81525254447F3 0008 A0 4569前序 目的号码长度 国际 目的手机号码（两位一反） 8bit方式 允许时间 短信长度短信内容6第二章 GSM网络

18、基础知识简介2.5 SIM卡2.5.1 SIM卡简介SIM卡是（Subscriber Identity Module 客户识别模块）的缩写，也称为智能卡、用户身份识别卡，GSM数字移动电话机必须装上此卡方能使用。它在一电脑芯片上存储了数字移动电话客户的信息，加密的密钥以及用户的电话簿等SIM卡接口示意图图2-2 所示为SIM座接口电路图，由图可以看出SIM座直接与GTM900模块的连接电路，在需要的地方加了电容进行滤波处理。图2-2为SIM座接口电路。 图2-2 SIM卡座接口电路 7扬州工业职业技术学院毕业设计第三章 系统总体方案设计3.1设计任务基于单片机控制GSM模块GTM900B实现对

19、野外温湿度的监测、显示、报警，以及数据的发送等功能。3.2设计要求1、上电显示温湿度值。能够通过LCD1602显示当前的温湿度，并且能够通过上下限的设置，达到超值报警的目的。2、按键调节。能够通过按键对温湿度进行调节，控制温湿度的最佳范围。3、数据报警发送。能够实现报警时数据发送至检测手机。3.3设计方案的选定3.3.1系统方案设计按照系统设计功能的要求，确定系统有五个模块组成：主控制器、数字温湿度传感器模块、报警电路模块、按键电路模块、显示电路模块、以及GSM发送模块。如图3-1总体电路框图所示： 传送数据超值报警接收显示 触发串口通信设置上下限媒介 图3-1总体电路框图主控制器的功能由单片

20、机来完成，主要负责处理数字温湿度传感器送来数据，并把处理好的数据送向显示模块。数据温湿度传感器主要用来采集周围环境参数，并把所采集的参数送向主控制器。按键电路主要用以调整温湿度上限值。报警电路是用蜂鸣器实现的，同时GSM模块会向监测手机发送短信，用来判断 8第三章 系统整体方案设计周围环境的温度或湿度是否超出设定值。显示电路主要用LCD1602液晶显示。3.3.2传感器的选择传感器是实现测量与控制的首要环节，是监测系统的关键部件。方案一：采用热电阻温度传感器和HOS-201湿敏传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点是精度高、测量

21、范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业监测中高精密测量和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受磁场影响大。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ1KHz，测量范围为0100%RH，工作温度范围为050，阻抗在75%RH（25）时为1M。这种传感器原是用于开关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而，这种传感器只限于一定范围内使用时才具有良好

22、的线性，从而有效的利用其线性特性，而且它还不具备在本设计系统中对温度-3050的要求。方案二：采用DHT21温湿度传感器。DHT21数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接，因此，该产品具有品质卓越，超快响应，抗干扰能力强、性价比高等优点。综上所述，我们选择方案二作为本系统的温湿度传感器。3.3.3显示器选择显示器主要用来显示温度和湿度。方案一：采用LED数码管。系统采用动态显示方式驱动8个数码管工作，其中4

23、个数码管用来显示温度值，4个用来显示湿度值。用两片74LS573锁存器分别控制段码和位码。通过数码管动态扫描，起到实时显示功能。LED数码管亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定，从而得到了广泛的应用。9扬州工业职业技术学院毕业设计方案二：采用1602液晶屏。液晶屏显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形、液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在手提电脑、数字摄像机、PDA移动通信等众多领域。相对而言，液晶显示器显示质量高、体积小、功耗低等特点，而且其电路设计

24、简单，操作更加方便。因此，我们选择方案二。3.3.4 GSM模块的选择GSM模块主要是用来发送温湿度监测的数据。方案一：采用西门子公司生产的TC35i TC35i是德国SIEMENS（西门子）公司的一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块。新版西门子工业GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.34.8V ，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EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2W和1W ，通过接口连接器和天线

25、连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，TC35i的数据接口(CMOS电平)通过AT命令可双向传输指令和数据,可选波特率为300b/s115kb/s , 自动波特率为1.2kb/s115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息),可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复.方案二：采用华为公司生产的GTM900BGTM900-B是华为公司的一款双频EGSM900/GSM1800双频的GSM模块，品质卓越的通信模块。接收灵敏度<-106dbm，正常工作温度-2070，电源工作电压3.3V4.8V（推荐值3.8V

26、），兼容GSM/GPRS Phase2/2+支持华为GT800协议，支持GSM标准AT指令，以及华为扩展的命令V2.5 AT命令。40PIN FPC连接器UART 接口（最大串口速率可达115200bit/s）UART接口。标准SIM 卡接口（1.8或3V）两路模拟音频接口电源接口GSC射频天线连接器，支持FR、EFR、HR 和AMR 的语音编码支持免提通话，提供回声抑制功能，短消息业务，支持MO 和MT 点对点和小区广播短消息模式支持TEXT 和PDU。GPRS 数据业务，GPRS CLASS 10 编码方式CS1，CS2，CS3，CS4 最高速率可达 10第三章 系统整体方案设计85.6K

27、bit/s ，支持PBCCH 内嵌TCP/IP 协议，提供大容量缓存电路型数据业务，支持来电显示、呼叫转移、呼叫保持、呼叫等待、三方通话等集群功能。根据本设计要求，就是将数据发送至检测手机，两种GSM模块都支持文本模式和中文模式，相比较而言，GTM900灵敏度比较高，同时价格较TC35I便宜，因此本设计选择方案二的GTM900模块。3.4设计总体思路设计的总体思路：温湿度的采集温湿度的处理温湿度的显示温湿度超值报警数据的发送。主要采用单片机模块来控制数字温湿度传感器DHT21采集数据，通过液晶显示器显示数据，同时用按键可以设计温湿度上下限，若超值将会报警，同时会将数据发送至监测手机。 11扬州工业职业技术学院毕业设计第四章 系统硬件电路的设计系统硬件电路设计总思路：单片机控制住温湿度的采集、温湿度的处理、温湿度的显示以及温湿度超值报警，通过串口用GSM模块将报警数据发送。主要采用数字温湿度传感器DHT21采集数据，通过液晶显示器显示数据，同时用按键可以设计温湿度上下限，若超值将会报警，同时会触发GSM模块将数据发送至监测手机。4.1单片机STC89C52最小系统STC89C52是一种高性能、低