當(dāng)今現(xiàn)代化建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,，社會(huì)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和生活環(huán)境意識(shí)的要求也越來(lái)越高,。人們的日常生活和周?chē)h(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(chǔ)等領(lǐng)域?qū)貪穸纫灿兄^高的要求。因此,，對(duì)溫濕度的監(jiān)測(cè)和控制已成為生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的技術(shù)。無(wú)線(xiàn)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(xiàn)路,、組網(wǎng)靈活方便、覆蓋面廣等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)使其在無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中越來(lái)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(cè)系統(tǒng)，采用MSP430單片機(jī)及SIM300無(wú)線(xiàn)通信模塊構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端,，能夠連續(xù)實(shí)時(shí)的對(duì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫濕度進(jìn)行監(jiān)控,，監(jiān)控中心的上位機(jī)軟件用C++編程實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)?shù)據(jù)采集終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,。

　　1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體構(gòu)成

　　本方案針對(duì)沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,，或者網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不穩(wěn)定，無(wú)法直接接入Intemet的監(jiān)測(cè)中心,，無(wú)需公網(wǎng)IP地址,，也無(wú)需申請(qǐng)APN專(zhuān)線(xiàn)，采用兩個(gè)GPBS無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)行發(fā)送和接收,，通過(guò)GPRS內(nèi)網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)TCP連接即可完成數(shù)據(jù)通信,。

　　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集終端和監(jiān)測(cè)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(cè)中心服務(wù)端由一個(gè)GPRS無(wú)線(xiàn)模塊作為接收端,，將接收到的數(shù)據(jù)傳給監(jiān)測(cè)中心PC機(jī),，通過(guò)上位機(jī)軟件分析處理，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示,、曲線(xiàn)顯示,、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jì)

　　系統(tǒng)硬件即數(shù)據(jù)采集終端,，以MSP430單片機(jī)為核心，包括一個(gè)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(jī)由I/O口采集數(shù)字溫濕度傳感器AM2303的信號(hào),，經(jīng)分析處理，再通過(guò)RS-232串口將溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送給SIM300無(wú)線(xiàn)模塊由其通過(guò)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(jī)工作電壓為3．3 V,，GPBS無(wú)線(xiàn)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(lái)實(shí)現(xiàn),；對(duì)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,。

　　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(jìn)行十進(jìn)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(xiàn)數(shù)據(jù)格式，一次通信時(shí)間5 ms左右,，主機(jī)(MCU)發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)后,，AM2303從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后,，AM2303發(fā)送響應(yīng)信號(hào),，送出40 bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集,。AM2303通信時(shí)序如圖7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(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器,。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接,。

　　校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中,，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中可隨時(shí)調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。AM2303采用單線(xiàn)制串行接口,，系統(tǒng)集成簡(jiǎn)單,。測(cè)溫與測(cè)濕的范圍分別為-40～125℃和0～99%RH。

　　2.3 GPRS無(wú)線(xiàn)模塊

　　GPRS無(wú)線(xiàn)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(lèi)型多達(dá)10個(gè)。該模塊內(nèi)部還集成了TCP/IP協(xié)議棧,，并且擴(kuò)展了TCP/IP AT指令,，便于用戶(hù)開(kāi)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(jī)通過(guò)發(fā)送AT指令與SIM300進(jìn)行通信,，實(shí)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(jì)

　　系統(tǒng)軟件由下位機(jī)軟件和上位機(jī)軟件兩部分組成,，下位機(jī)軟件即數(shù)據(jù)采集終端的軟件采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，上位機(jī)軟件即監(jiān)測(cè)中心服務(wù)端軟件采用Bodand公司的C++Builder作為開(kāi)發(fā)平臺(tái),。

　　3.1 數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)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(cè)試程序等若干部分,?？傮w程序流程圖如圖5所示。

　　MSP430單片機(jī)通過(guò)RS-232串口以AT指令形式與SIM300無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)行通信,。若單片機(jī)發(fā)送指令正確,，則SIM300模塊將返回“OK”，錯(cuò)誤則返回“ERROR”或者其他格式的指令,，單片機(jī)通過(guò)判斷無(wú)線(xiàn)模塊返回的指令來(lái)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式進(jìn)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(jìn)行本地設(shè)置,，發(fā)起連接,。

　　3.2 監(jiān)測(cè)中心服務(wù)端軟件設(shè)計(jì)

　　本文中監(jiān)測(cè)中心軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用C++Builder進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。在服務(wù)端外接一個(gè)GPRS無(wú)線(xiàn)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(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，同時(shí)可對(duì)回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,、實(shí)時(shí)顯示及圖形化顯示,，還可控制數(shù)據(jù)采集終端的采集時(shí)間間隔，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的,。監(jiān)測(cè)中心軟件還建立了數(shù)據(jù)庫(kù),，可調(diào)用和查看存盤(pán)的數(shù)據(jù)及圖形記錄，并進(jìn)行打印,。軟件界面由實(shí)時(shí)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(cè)中心界面如圖8所示,。

　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

　　使用本系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的溫度源及濕度源進(jìn)行測(cè)量,，測(cè)量結(jié)果如圖9、圖10所示,。

　　從圖中數(shù)據(jù)可以看出,，測(cè)溫誤差不超過(guò)±0．2℃，濕度誤差在25℃的理想條件下不超過(guò)±2%RH,，在低溫環(huán)境下不超過(guò)3%RH,，能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求。同時(shí)通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性試驗(yàn),，長(zhǎng)期采集數(shù)據(jù)穩(wěn)定,，掉線(xiàn)率低，且因?yàn)闆](méi)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(gè)月數(shù)據(jù)流量不超過(guò)45M,。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　本系統(tǒng)主要針對(duì)沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的監(jiān)測(cè)中心,，硬件接入簡(jiǎn)單。通過(guò)對(duì)軟件的修改也可滿(mǎn)足不同GPRS接入方式的應(yīng)用,，擴(kuò)展性能較好,，同時(shí)具備掉線(xiàn)自動(dòng)重連，電池電量監(jiān)測(cè)等功能,，能夠廣泛應(yīng)用于各種溫濕度監(jiān)測(cè)環(huán)境,。