摘要：提出了基于GPRS的環(huán)境溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案,。針對對溫度濕度有要求的環(huán)境，通過帶有高精度溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)采集終端采集環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù),，后經(jīng)由GPRS無線模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控室電腦實時顯示,。采用TCP點對點入網(wǎng)連接方式，主要針對沒有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的監(jiān)控中心,，客戶無需申請公網(wǎng)IP地址或開通專用APN,，只需在監(jiān)控端接上一個接收模塊，即可方便地實現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。整個數(shù)據(jù)采集終端由MSP-430單片機進行控制,，不用改動硬件,，只通過對軟件的修改調(diào)整，即可滿足不同GPRS入網(wǎng)方式下的通信,，擁有良好的擴展性能。實驗測試表明,，該系統(tǒng)精度高,，運行穩(wěn)定，滿足系統(tǒng)設(shè)計要求,。
關(guān)鍵詞：溫濕度監(jiān)測,；GPRS；SIM300,；430單片機
當(dāng)今現(xiàn)代化建設(shè)和國民經(jīng)濟發(fā)展迅速,，社會對生產(chǎn)環(huán)境和生活環(huán)境意識的要求也越來越高。人們的日常生活和周圍環(huán)境的溫濕度息息相關(guān),，石油,、化工、航天,、制藥,、檔案保管、糧食存儲等領(lǐng)域?qū)貪穸纫灿兄^高的要求,。因此,，對溫濕度的監(jiān)測和控制已成為生產(chǎn)過程中非常重要的技術(shù)。無線網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展使得遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)玫綇V泛的應(yīng)用,，GPRS通信技術(shù)以其不需要架設(shè)通信線路,、組網(wǎng)靈活方便、覆蓋面廣等獨特的優(yōu)勢使其在無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中越來越被重視,。
為此,，本文提出了一種基于GPRS的環(huán)境溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，采用MSP430單片機及SIM300無線通信模塊構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端,，能夠連續(xù)實時的對監(jiān)測現(xiàn)場的環(huán)境溫濕度進行監(jiān)控,，監(jiān)控中心的上位機軟件用C++編程實現(xiàn)，能夠?qū)?shù)據(jù)采集終端進行遠(yuǎn)程控制,。
1 監(jiān)測系統(tǒng)總體構(gòu)成
本方案針對沒有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,，或者網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不穩(wěn)定，無法直接接入Intemet的監(jiān)測中心,，無需公網(wǎng)IP地址,，也無需申請APN專線，采用兩個GPBS無線模塊進行發(fā)送和接收,，通過GPRS內(nèi)網(wǎng)的點對點TCP連接即可完成數(shù)據(jù)通信,。
監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集終端和監(jiān)測中心服務(wù)端兩部分構(gòu)成,。數(shù)據(jù)采集終端負(fù)責(zé)溫濕度數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。監(jiān)測中心服務(wù)端由一個GPRS無線模塊作為接收端,，將接收到的數(shù)據(jù)傳給監(jiān)測中心PC機,，通過上位機軟件分析處理，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實時顯示,、曲線顯示,、數(shù)據(jù)存儲等功能。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
系統(tǒng)硬件即數(shù)據(jù)采集終端,，以MSP430單片機為核心，包括一個高精度的溫濕度傳感器AM2303,，電源模塊,，串口模塊，GPRS通信模塊SIM-300等,。MSP430單片機由I／O口采集數(shù)字溫濕度傳感器AM2303的信號,，經(jīng)分析處理，再通過RS-232串口將溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送給SIM300無線模塊由其通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心服務(wù)端,。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,。
2．1 電源模塊
系統(tǒng)外部輸入電壓為5 V，由于溫濕度傳感器AM2303供電電壓為3．3～6V,，MSP430單片機工作電壓為3．3 V,，GPBS無線模塊SIM300工作電壓為4．2 V，因此本系統(tǒng)需要提供3．3 V和4．2 V電壓,。溫濕度傳感器AM2303直接采用5 V輸入電壓：3．3 V電源部分采用SM公司的SM1117芯片來實現(xiàn),；對于SIM300模塊采用的4．2 V供電，由于該電源部分的輸出電流必須達(dá)到2 A,，因此采用MICREL公司的MIC29302芯片,。具體電路圖分別如圖3、圖4所示,。
2．2 溫濕度傳感器模塊
AM2303數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器,。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接,。
校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中,，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中可隨時調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。AM2303采用單線制串行接口,，系統(tǒng)集成簡單,。測溫與測濕的范圍分別為-40～125℃和0～99％RH。
2．3 GPRS無線模塊
GPRS無線模塊采用SIMCOM公司的SIM300模塊，SIM300是一款三頻段GSM／GPBS模塊,，能夠提供GPRS多信道類型多達(dá)10個,。該模塊內(nèi)部還集成了TCP／IP協(xié)議棧，并且擴展了TCP／IP AT指令,，便于用戶開發(fā)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備,。系統(tǒng)采用ZIF連接器外接SIM卡，單片機通過發(fā)送AT指令與SIM300進行通信,，實現(xiàn)連接網(wǎng)絡(luò),、數(shù)據(jù)發(fā)送等功能。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件由下位機軟件和上位機軟件兩部分組成,，下位機軟件即數(shù)據(jù)采集終端的軟件采用C語言編寫,，上位機軟件即監(jiān)測中心服務(wù)端軟件采用Bodand公司的C++Builder作為開發(fā)平臺,。
3．1 數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計
整個數(shù)據(jù)采集終端軟件部分包括初始化程序,、數(shù)字溫濕度傳感器采集程序、串口程序,、網(wǎng)絡(luò)連接命令收發(fā)程序,、測試程序等若干部分?？傮w程序流程圖如圖5所示,。
MSP430單片機通過RS-232串口以AT指令形式與SIM300無線模塊進行通信。若單片機發(fā)送指令正確,，則SIM300模塊將返回“OK”,，錯誤則返回“ERROR”或者其他格式的指令，單片機通過判斷無線模塊返回的指令來決定下一步執(zhí)行的程序,，直到成功連接上GPRS網(wǎng)絡(luò),。網(wǎng)絡(luò)連接程序流程圖如圖6所示。
本系統(tǒng)采用TCP點對點連接方式進行GPRS連接,，數(shù)據(jù)采集終端需要先獲得服務(wù)端的IP地址,，所以服務(wù)端以短信形式發(fā)送本地IP給數(shù)據(jù)采集終端，數(shù)據(jù)采集終端提取IP地址后再進行本地設(shè)置,，發(fā)起連接,。
數(shù)據(jù)采集程序部分由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換兩部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集從傳感器獲得40 bit溫濕度數(shù)據(jù),，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換主要進行十進制轉(zhuǎn)換,，ASCII編碼和正負(fù)溫度判定。溫濕度傳感器AM2303采用單總線數(shù)據(jù)格式,，一次通信時間5 ms左右,，主機(MCU)發(fā)送一次開始信號后，AM2303從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機開始信號結(jié)束后,，AM2303發(fā)送響應(yīng)信號,，送出40 bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集,。AM2303通信時序如圖7所示,。
3．2 監(jiān)測中心服務(wù)端軟件設(shè)計
本文中監(jiān)測中心軟件開發(fā)平臺采用C++Builder進行編程設(shè)計。在服務(wù)端外接一個GPRS無線模塊作為接收端,，使用C++Bulkler中的MSCOMM串口控件完成串口通信,，進行數(shù)據(jù)讀取，同時可對回傳數(shù)據(jù)進行分析,、實時顯示及圖形化顯示,，還可控制數(shù)據(jù)采集終端的采集時間間隔，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的,。監(jiān)測中心軟件還建立了數(shù)據(jù)庫,，可調(diào)用和查看存盤的數(shù)據(jù)及圖形記錄，并進行打印,。軟件界面由實時監(jiān)控單元,、歷史數(shù)據(jù)單元和GPRS連接單元3部分組成。監(jiān)測中心界面如圖8所示,。
4 實驗結(jié)果與分析
使用本系統(tǒng)對標(biāo)準(zhǔn)的溫度源及濕度源進行測量,，測量結(jié)果如圖9、圖10所示,。
從圖中數(shù)據(jù)可以看出,，測溫誤差不超過±0．2℃，濕度誤差在25℃的理想條件下不超過±2％RH,，在低溫環(huán)境下不超過3％RH,，能滿足實際應(yīng)用的需求。同時通過長時間穩(wěn)定性試驗,，長期采集數(shù)據(jù)穩(wěn)定,，掉線率低，且因為沒有直接接入Internet,，流量少,，若每隔一分鐘采集一次數(shù)據(jù)，連續(xù)采集一個月數(shù)據(jù)流量不超過45M,。
5 結(jié)束語
本系統(tǒng)主要針對沒有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的監(jiān)測中心,，硬件接入簡單。通過對軟件的修改也可滿足不同GPRS接入方式的應(yīng)用,，擴展性能較好,，同時具備掉線自動重連,，電池電量監(jiān)測等功能，能夠廣泛應(yīng)用于各種溫濕度監(jiān)測環(huán)境,。