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TC35i在远程温室监测系统中的应用(1)


应用设计

TC35i在远程温室监测系统中的应用
林雪梅

温室应用所带来的效益已经深 深地影响了人们的生活, 温室大棚 作为新的家作物种植技术, 已经突 破了传统农作物受地域、自然环 境、气候等诸因素的限制。对农业 生产有重大的意义, 温室的数据采 集系统是实现其生产自动化、高效 化的关键一环。对于处在远郊及需 要实时监控的温室来讲, 传统的操 作费时费力, 而且收效不高。为此 开发一套基 于 TC35i 模 块 的 远 程 温 室数据采集控制系统, 可以实现更 高的自动、机动性, 并能实现远程 数据的传输; 设定温度报警, 在温 度超过或低于一定阈值时通过短消 息发到用户手机上。

统。保留了与PC的接口, 可以将数 据传至上位机处理; 同时还有串口 的直连接口。 在串口接口上, 保留了两种接 口 方 式 , MCU 和 PC 通 过 RS-232 电 平 转 换 , 而 MCU 与 TC35i 则 是 直 连。 数据采集器 这是系统的核心部分, 包括传 感器、微处理器、显示、键盘及存 储器等, 它主要实现温度、湿度和 光照的采集实时显示以及存储等功 能。 温度采集 根据温室所需要的精度, 选用

Dallas 公 司 的 DS18B20 数 字 温 度 传
感器, 它具有以下的优点: ( 1) 精度高, 12位二进制转换结果, 确 保± 0.5℃ 的 精 度 和 0.0625℃ 的 分 辨 率; ( 2) 全 数 字 化 , 直 接 将 转 化 后的温度以数字信号形式传给

系统总体结构
系统的总体结构图如图1所示。 微系统包括显示器, 具有人机 交互的键盘输入, 以及实时时钟系

CPU, 传输可靠, 避免了模拟方式
的干扰问题和一些标定带来的麻 烦; 把具有温度、湿度、光 照度采集功能的温室数据 采 集 器 和 短 信 GSM 模 块 ( 3) 连线少, 仅有三根连线,

+5V 电 源 、 地 线 和 1 根 数 字 I/O 总
线。如果采用寄生电源方式,

DS18B20 会 从 数 字 I/O 总 线 获 取 寄
生 电 源 , 则 仅 连 接 I/O 线 和 地 线 。 本系统采用的是第一种连接方式。 虽然 DS18B20 有诸多优点, 但
图1 系统结构图

TC35i 通 过 串 口 连 接 组 成 了
远程监测系统, 有效地减 少了人力、物力的投入, 且使用方便。

使用起来并非易事。由于它采用的

50 电子技术

2006. 07

应用设计
单总线数据传输方式, DS18B20的 数据 I/O 均由同一 条 线 来 完 成 , 因 此对读写的操作时序要求严格。一 般情况下用汇编语言来实现其时 序。 相对湿度测量 相对湿度的测量, 传统的方法 是采用干湿球方法, 但是基于设备 的不便和精度的影响, 本系统选取 的是另一种方案, 采用相对湿度传 感 器 HS1101, 它 具 有 如 下 特 点 : ( 1) 全互换性, 在标准环境下不需 要校正; 脱湿; ( 2) 长时间饱和下快速 ( 3) 可以自动化焊接, 包 ( 4) 高可靠性 ( 5) 专利的固 ( 6) 可用 于线性 ( 7) 快速反应

55%RH 时的典型湿度值为 6660Hz,
则频率输出典型参数如表1所列。 光照度测量
RH F 0 7351 10 7224 20 7100 30 6976 40 6853

一 个 GSM 模 块 即 可 实 验 远 程 数 据 的传输和控制。 目 前 , 国 内 应 用 的 GSM 模 块
50 6728 60 6600 70 6468 80 6330 90 6186 100 6033

表1

频率与相对湿度的关系 [f ( 55%RH) =6660Hz]

光 照 度 测 量 采 用 TBQ-6 光 照 度传感器。测量光电传感器的输出 有2种方式: 闭路电流和开路电压。 本系统采用的是闭路电流的测量, 用 OP07 接成 I-V 放大电路, 再接入

有 Falacom 的 A2D 系 列 、 Wavecom 的 WM02 系 列 , 西 门 子 的 TC35 系 列 、 爱 立 信 的 DM10/DM20 系 列 、 中兴的ZXGM18系列等等。这些模 块功能相仿, 用法差别不大。但是 就性价比来讲, TC35i 有着卓越的 优 势。 TC35i 与 GSM2/2+ 兼容 、双 频 ( GSM900/GSM1800) 、 RS-232 数 据 口 、 符 合 ETSI 标 准 的

AD转换输出至MCU, 如图3所示。
这三种传感器构成了数据采集 器的主要框架, 除此之外, 增强电 路还有时钟, 液晶显示, 键盘和存 储器等外围电路, 为人机接口提供 了方便。

括波峰焊或水浸; 与长时间稳定性; 态聚合物结构; 电压或频率输出; 时间。

GSM0707 和 GSM0705, 它 集 射 频
电路和基带于一体, 提供标准的

TC35i及其外围电路
短 消 息 服 务 作 为 GSM 网 络 的 一种基本业务, 已经得到了越来越 多系统运营商和系统开发商的重 视。其承载的信息量大, 能实现远 地数据的传输。 图 4 是 GSM 网 络 的 简 易 框 图 , 描述了基本信道的传输过程。在数 据采集卡和用户手机之间仅仅加了

AT指令接口, 方便设计及应用。 TC35i 的 主 要 技 术 指 标 如 下 :
( 1) 频 段 为 双 频 GSM900MHz 和

电容的测量不像电阻电流那么 方便, 要想使它和电压成线性关 系, 必须要加上复杂的线性化电 路, 在此采用和电容相关的另一种 测量方法: 测量频率。将电容搭配 上合适的电阻和施密特触发器接成 多谐振荡电路, 输出的频率和电容 呈一定关系, 示意电路如图2所示。

GSM1800MHz

( phase 2/2+) ; ( 2)

支持数据、 语音、 短消息和传真; ( 3) 电源电压为单一电压 3.3 ̄4.8V; ( 4) 可选波特率300bit/s ̄115kbit/s, 动波 特 率 4.8 ̄115kbit/s; ( 5) 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; ( 6) 温度范围—— —正 常 操 作 -20℃ ̄ +55℃ , 存 放 -30℃

 ̄+85℃; ( 7) SIM电压为3V/1.8V。 TC35i 有 40 个引脚, 通过一个
图3 光量子测量

ZIF ( Zero Insertion Force, 零 阻

图2

频率输出电路

此为频率输出电路, 理论上输 出的周期与电容的关系为:

T=RCln

Vdd- VT- Vt+ Vdd- Vt- Vt+ T+ t- ? Vdd- Vt+ Vt- T+ Vdd- Vt+ Vt- T-
图4

用 MCU 的一个计数器口对 RH 计数即可测得频率值。调整R 值使
GS M网络
07 51 电子技术 2006.

应用设计
力插座) 连接器引出。这40个脚主 要分为 5类: 电源、数据、SIM 卡、 音 频 和 控 制 。 其 中 第 1 ̄14 为 电 源 部 分 , 1 ̄5 为 Vbatt+, 6 ̄10 为 GND, 注意, 电源的输出功率必须要有最 大电流 2A 的驱动能力 , 否 则 GSM 模 块 不 能 启 动 。 24 ̄29 为 SIM 卡 引 脚 , 分 别 为 CCIN,

CCRST,
图5

CCIO,

CCCLK,

CCVCC 和

TC35i外围电路

CCGND。 33 ̄40 为 语 音 接 口 。 15、 30 ̄32 为 控 制 接 口 : 15 为 点 火 线 IGT, 当 TC35i 通 电 后 必 须 给 IGT 一
个大于 100ms的低电平模块方能启 动 ; 32 为 SYNC, 可用来指示

SMS相关的AT指令如表2所列。
外围硬件电路设计 外围硬件电路设计主要是电源 部 分 。为 了 保 证 输 出 2A 的 额 定 功 率, 并且电源纹波不能太大, 这里 采用 LM2941 电源模块来实现。启 动 信 号 IGT 既 可 由 单 片 机 来 控 制 , 也可手动启动。当启动后, 15脚信 号应保持高电平, 这也可以看作是 模块启动的一个信号。SIM卡连接 时最好将1脚和6脚连接起来, 因为 只有 CCIN 为高电平时, 系 统 方 进 入工作状态。
图6 主程序流程图

TC35i模块的工作状态。
与SMS相关的GSM AT指令

GSM 引 擎 模 块 提 供 的 命 令 接
口 符 合 GSM07.05 和 GSM07.07 规 范。GSM07.07 中定义的 AT 指令接 口提供了一种移动平台与数据终端 设 备 之 间 的 通 用 接 口 ; GSM07.05 对短消息作了详细的规定。在短消 息模块收到消息时, 能够通过串口 发送指示消息, 数据终端设备也可 以 向 GSM 模 块 发 送 各 种 命 令 。 与
AT 指令 AT+CMGC AT+CMGD AT+CMGF AT+CMGL AT+CMGR AT+CMGS AT+CMGW AT+CMGS AT+CNMI AT+CPMS AT+CSCA AT+CSMP
功能 发出一条短消息命令 删除 SIM卡内存的短消息

TC35i 的 SYNC 引 脚 可 以 指 示
当前工作状态。 LED熄灭时, 表明 当

为 600ms 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75ms亮、 熄时, 表 3s 明 TC35i 已登录进网络, 处于持 机 状态。电路框图如图5所示。 基于AT指令的程序设计 系统程序流程软件设计的重点 在于单片机的编程。通过向 TC35i 写入不同的 AT 指令 , 能 完 成 多 种 功能, 如网络登录、读取 SIM 卡短 消 息 、发 送 / 接 收 SMS 消 息 等 。 其 主程序流程如图 6 所示。其中, 初 始化的工作包括设置串口速率、开 中断。设定温度和湿度的报警范围 后, 用户就可以远程监视温室了。 使用 TC35i 的 GSM 模块进行温 室的远程监测系统, 大大减少了人 力、物力, 数据采集卡和 TC35i 完 全可以分离使用, 其连接仅仅是串 口的TX/RX, 通信方便。

TC35i处于关闭或睡眠状态; 当LED

选择短消息信息格式: 0-PDU; 1- 文本 列出 SIM卡中的短消 息。信 息格式 PDU/text:0/"REC UNREAD" 为未 读, 1/"REC READ" 为已读, 2/"STOU NSENT" 为待发, 3/"STO SENT" 为已 发, 4/"ALL" 为全部 读短消息 发送短消息 向 SIM内存中写入待发的短消息 从 SIM内存中发送短消息 显示新收到的短消息 选择短消息内存 短消息中心地址 设置短消息文本模式参数

表2

与S MS 相关的GS M AT指令

52 电子技术

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