王滿 王鐵權(quán)

1.沈陽(yáng)市電子研究所安全防范技術(shù)工程部 110036 2.東北大學(xué) 110819

基于移動(dòng)通訊模塊的室溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

王滿1王鐵權(quán)2

1.沈陽(yáng)市電子研究所安全防范技術(shù)工程部 110036 2.東北大學(xué) 110819

隨著信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)通信技術(shù)以其成熟性、穩(wěn)定性、及時(shí)性，越來(lái)越多的被應(yīng)用于工程應(yīng)用系統(tǒng)中。本文介紹如何以移動(dòng)通訊模塊為基礎(chǔ)，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于供暖用戶的室內(nèi)溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，把實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)傳送到供暖控制中心，可與熱源、熱網(wǎng)及換熱站控制系統(tǒng)結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)的自動(dòng)按需供熱。

移動(dòng)通訊模塊T C35 i;移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò);溫度傳感器;單片機(jī)控制;短信息

mobile telecommunication module TC35i；mobile telecommunication network；temperature sensor；MCU control；SMS

1、引言

近些年來(lái)，供暖部門(mén)不斷加大對(duì)用戶的服務(wù)保障力度，使供暖用戶的室溫都能達(dá)到一個(gè)很高的標(biāo)準(zhǔn)。但是為了避免不必要的能源浪費(fèi)，這種基于移動(dòng)通訊模塊TC35i的室溫監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它可以通過(guò)前端的溫度傳感器，把供暖用戶的室內(nèi)溫度實(shí)時(shí)、分時(shí)的傳到供暖部門(mén)的控制中心，使其有針對(duì)性的進(jìn)行熱力調(diào)度[1]。

2、系統(tǒng)工作原理及組成結(jié)構(gòu)

2.1 工作原理:

本系統(tǒng)通過(guò)前端溫度傳感器，采集室內(nèi)溫度，然后通過(guò)單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，寫(xiě)入移動(dòng)通訊模塊TC35i中，移動(dòng)通信模塊TC35i再通過(guò)AT 命令和移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的短消息中心以短消息的形式與供暖調(diào)度中心進(jìn)行通信。調(diào)度中心在收到前端用戶的室內(nèi)溫度信息后，進(jìn)行熱力調(diào)配。其中工作模式可為每天自動(dòng)定時(shí)向供暖調(diào)度中心上傳當(dāng)前溫度和歷史溫度，或可由調(diào)度中心隨時(shí)呼叫室內(nèi)溫度采集器進(jìn)行即時(shí)溫度上傳。

2.2 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖:

系統(tǒng)框圖如圖1所示。

通過(guò)前端溫度傳感器DSl8B20采集供暖用戶的室溫，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)編譯，并傳送給通訊模塊TC35i，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。接收端可以通過(guò)TC35i進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，也可直接傳送到調(diào)度人員手機(jī)中。

3、各主要部件及電路設(shè)計(jì)說(shuō)明

3.1 移動(dòng)通訊模塊TC35i

現(xiàn)在，隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊設(shè)備基于移動(dòng)通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始使用的GSM模塊有Wavecome的WM02系列、西門(mén)子的TC35 i系列、CENTEL PIML的2D系列等。其中以西門(mén)子的TC35以其極高的性價(jià)比和穩(wěn)定性，應(yīng)用于許多工程系統(tǒng)中[2]。

本設(shè)計(jì)選用的是西門(mén)子TC35系列的TC35i。這是西門(mén)子推出的最新的無(wú)線模塊，功能上與TC35完全兼容，TC35i與GSM2/2+兼容、雙(GSM900/GSMl800)、RS232數(shù)據(jù)口、符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705，且易于升級(jí)為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)。其外圍設(shè)計(jì)連接電路簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

TC35i模塊工作電壓為3.3～5.5V，可以工作在900MHZ和l800MHZ兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2W(900M)和1W(1800M)。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息。此外，該模塊還具有電話簿功能、多方通話、漫游檢測(cè)等功能。

常用的工作模式由省電模式、IDLE、TALK等模式。TC35i主要由GSM基帶處理器、GSM無(wú)線模塊、電源模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口6部分組成，共有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)ZIF (Zero Insertion Force)連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入／輸出、SIM卡、音頻接口和控制。第1～14腳為電源部分，其中1～5為電源電壓輸入端Vbatt+，6～10為電源地GND，11、12充電引腳，13對(duì)外輸出電壓(供外電路使用)，14為ACCU—TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻；24～29分別為CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND 為SIM 卡引腳；33～40為語(yǔ)音接口用來(lái)接電話手柄；15、30、31和32腳為控制部分；15為點(diǎn)火線IGT；16～23位數(shù)據(jù)輸入／輸出[3]。

3.2 單線數(shù)字溫度傳感器 DSl8B20

DSl8B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO-92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范為55℃～+125℃?？删幊虨?位～12位A／D轉(zhuǎn)換精度，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；溫度檢測(cè)電路原理圖見(jiàn)圖2所示， DSl8B20采用外接電源方式，其VDD端采用3 V～5.5 V電源供電。

3.3 可編程只讀存儲(chǔ)器AT24C01A

AT24C01提供電可擦除的串行1024位存儲(chǔ)或可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)128字(8位/字)。AT24C01的封裝為8腳PDIP，通過(guò)2線制串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，雙向數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。4字頁(yè)寫(xiě)方式，寫(xiě)同步時(shí)鐘(最大10ms)。工作電壓為2.7V至5.5V。

3.4 時(shí)鐘芯片DS1302

DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2.5～5.5V。采用三線接口與CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302 是DS1202 的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202 兼容，但增加了主電源／后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。

3.5 大電流低壓差穩(wěn)壓器MIC29302BU

由于通訊模塊工作電壓典型值為3.8 V，而單片機(jī)工作電壓典型值為5 V，兩個(gè)芯片工作電壓不一致，因此需要將5 V電源電壓轉(zhuǎn)換為3.8 V。在本電路設(shè)計(jì)中，選用MICREL公司的MIC29302BU芯片。此芯片具有高電流、高精度、快速的瞬態(tài)響應(yīng)等特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)過(guò)流、輸入極反向、反插引腳、高溫狀態(tài)具有保護(hù)功能。

3.6 單片機(jī)SM89516A及外圍電路設(shè)計(jì)說(shuō)明

SM89516A一款內(nèi)嵌64K字節(jié)閃存和1K字節(jié)片上RAM的8位單片微控制器。它是80C51微控制器家族的派生產(chǎn)品。SM89516A的PDIP封裝具有32個(gè)I/O口PLCC/QFP 封裝則具有多達(dá)36個(gè)I/O口，而且片上多達(dá)64K字節(jié)的閃存，既可以當(dāng)作程序空間，又可以當(dāng)作數(shù)據(jù)空間，或者數(shù)據(jù)和程序混合空間。由于這些硬件特征和強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，使得它成為一種性價(jià)比很高的控制器。片上閃存可以使用商用編程器通過(guò)并口進(jìn)行編程。

本系統(tǒng)以SM89516A為控制主體，首先通過(guò)溫度傳感器DS18B20采集到前端用戶的實(shí)時(shí)溫度，傳給單片機(jī)I/O口P1.4一個(gè)數(shù)字溫度信號(hào)。然后所有的溫度信息通過(guò)外部存儲(chǔ)器AT24C01A進(jìn)行存儲(chǔ)。SM89516A的I/O口P1.5給TC35i15腳IGT一個(gè)大于100 ms的低電平,使模塊啟動(dòng)。當(dāng)調(diào)度中心向SIM卡電路發(fā)來(lái)短信信息時(shí)，TC35i通過(guò)17管腳RINGO向SM89516A的P3.3/#INT1口發(fā)送一個(gè)外部中斷信號(hào)。此時(shí)，SM89516A通過(guò)P3.0/RXD口和P3.1/TXD口與TC35i的18腳RXDO和19腳TXDO進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，最后通過(guò)TC35i向調(diào)度中心發(fā)送當(dāng)前前端用戶的實(shí)時(shí)溫度[4]。

圖1 系統(tǒng)控制方框圖

圖2 外圍電路簡(jiǎn)圖

圖3 程序設(shè)計(jì)流程圖

SM89516A的P0.2和P0.3口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線，與AT24C01A的SCL和S D A腳進(jìn)行數(shù)據(jù)及程序的存儲(chǔ)；SM89516A的P0.2和P0.3口與DS1302的SCLK、I/O、CE腳進(jìn)行串口通信，組成實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路，提供秒、分、時(shí)、日、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作。

4、程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的功能主要有系統(tǒng)的初始化、用戶溫室環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)采集和溫室環(huán)境信息的SMS消息發(fā)送，用戶SMS消息的接收及刪除。其流程如圖3所示。

系統(tǒng)的初始化工作包括定時(shí)器的設(shè)置、波特率的設(shè)置、TC35i模塊的初始化等。TC35i模塊的初始化包括模塊的開(kāi)啟，SIM卡PIN碼的檢測(cè)，短消息發(fā)送和接收的方式。

室溫參數(shù)實(shí)時(shí)采集內(nèi)容包括:正常狀態(tài)下，單片機(jī)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)采集環(huán)境信息并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；一旦發(fā)生串口中斷時(shí)，單片機(jī)讀取TC35i中的短信息內(nèi)容，對(duì)其進(jìn)行解碼，采集相關(guān)的信息。

溫室環(huán)境信息的SMS消息發(fā)送和用戶SMS消息的接收及刪除:只要正確設(shè)置，系統(tǒng)就能接收用戶的指令。一旦接收到短信息時(shí)，TC35i就會(huì)給單片機(jī)一個(gè)中斷，程序會(huì)讀取SIM卡內(nèi)存中0～19位置的短消息，讀取短消息的AT指令就是AT+CMGR=，index值為0～19，成功讀取到消息后，判斷短信中是否包含指定的字符，如果沒(méi)有包含指定字符，程序?qū)⑼顺鲋袛喾?wù)。如果程序包含指定信息，則提取出短消息發(fā)送者的號(hào)碼，用AT指令A(yù)T+CMGS=139××××××××進(jìn)行發(fā)送號(hào)碼設(shè)置，用于發(fā)送短消息。由于是使用Text模式發(fā)送短消息，所以直接將采集到的環(huán)境信息發(fā)送給串口就可以了。發(fā)送短消息后，要將包含指定字符的那條短消息刪除，避免下一次循環(huán)檢測(cè)中被檢測(cè)到，造成誤發(fā)[5]。刪除短消息的AT指令是AT+CMGR:，index值為0～19。

5、結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)使用移動(dòng)通訊網(wǎng)路作為遠(yuǎn)程通信的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，降低了架設(shè)通信線路的高額成本，具有運(yùn)行費(fèi)用低廉，性價(jià)比高的特點(diǎn)。并可結(jié)合不同的控制系統(tǒng)創(chuàng)造出更智能的應(yīng)用。該模塊及文中提出的外圍電路設(shè)計(jì)已經(jīng)在供暖系統(tǒng)中得到了實(shí)際的應(yīng)用，取得了非常好的效果,真正實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)的自動(dòng)按需供熱。

[1]潘斌，郭紅霞.短信收發(fā)模塊T C35 i的外圍電路設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用.2004(7)36-37.

[2]李棟梁，馬洪連，李文成.基于S M S的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].儀器儀表學(xué)報(bào).2006(z1)55-56.

[3]S ie m e n s T C35技術(shù)手冊(cè).

[4]戴梅萼.微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用（第二版）[M].清華大學(xué)出版社.

[5]林凌,李剛,丁茹等.新型單片機(jī)接口器件與技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社.2005.

Study On The Indoor Temperature Monitor System Based On Mobile Telecommunication Module

WANG Man1WANG Tie-quan2
1. Security and protection system engineering department of Shenyang electronic research institute, Shenyang 110036, Liaoning, China
2. Northeastern University, Shenyang 110819, Liaoning, China

With the rapid development of the information technology , the mobile telecommunication technology is widely applied in engineering projects for its maturity , stability and timeliness. The article introduces how to carry out supervisory control to the consumer’s indoor temperature based on mobile telecommunication module. Real time temperature data is collected, transferred to the control centre and compared with the heat source data. Realizing to supply heat according with indoor temperature.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.18.048