远程环境监测系统研究

1、远程环境监测系统研究【摘要】 本文给出了一种基于 LPC2132 的远程环 境监测系统设计。它通过温湿度传感器和烟雾传感器采集数 在微控制器 LPC2132 中处理， 若温湿度超过设定的范围以 及发生火情，则在第一时间通过 TC35i 将现场的警报信息 发送给工作人员。 本系统设计成本低、 可靠性好、 运行稳定。【关键词】 环境监测 GSM 模块 TC35i LPC2132 远 程监控引言 随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视环 境监测的各种参数，如温湿度，有害气体，火警等。许多产 品对温湿度范围要求越来越严格，温湿度的检测和控制是一 个经典的话题，生活中的各个领域里经常需要检测和控

2、制某 一特定环境的温湿度，使之能够稳定在一定的温湿度范围之 内。这就要求系统对温湿度的检测具有足够的精度和实时 性，控制要有足够的精度，并且尽可能较低的成本，这样的 产品才具有实用价值。目前普遍存在的温湿度检测系统大都 是人工守在 PC 机前观察，一旦人离开监控系统现场，就 没有及时的信息传递，不利于工作人员离开现场后系统产生 的报警等实时数据的接收。不利于工业控制者根据温湿度变 化及时做出相应的决定。在这样的形式下，开发一种能够用 手机短信的形式控制和接收温湿度的实时信息，可以及时得 到受控点的温湿度信息及安全情况并做出相应的处理的监 测系统成为一种需要。1. 系统硬件设计 系统由信息采集终

3、端和监控终端组成的。信息采集终端 由烟雾传感器电路、温湿度检测传感器电路、微控制器 LPC2132 和 TC35i 模块组成。传感器电路将检测到的数 据传送到 LPC2132 内部进行 A/D 转换，并处理，如果温 湿度不在设定范围内，则启动中央空调进行温湿度调节；如 果检测到发生火情，则启动自动灭火装置进行迷惑；同时启 动 TC35i 进行远程报警，发至目标手机，实现双重报警， 安全可靠。1.1 主控芯片选择目前，在普遍应用的主要有 8 位、16 位、 32 位三 种类型的单片机。 8 位的单片机出现多年，虽然其技术已 经相当成熟，而且仍然是当前市场的主流机型。在对数据处 理的速度和数据量要

4、求不高的场合，使用 8 位单片机可以 获得很高的性价比。由于本系统对数据的处理能力有较高要 求，所以不选用 8 位单片机。 为了兼顾处理速度和性价比， 系统选用 PHILIPIS 公司的 LQFP64 的 LPC2132 处理器。该微控制器主要特点如下 1 ：（ 1）32 位 ARM7TDMI-S 核，超小 LQFP64 封装， 低功耗。（2） 16KB 的片内静态 RAM 和 64 的片内Flash 程序存储器。（ 3）多个串行接口，包括 2 个 16C550 工业标准 UART 、 2 个高速 I2C 总线（ 400Kb/s ）、 SPI 和具有缓冲 作用和数据长度可变功能的 SSP。（4

5、）向量中断控制器。可配置优先级和向量地址。（5）CPU 操作电压范围：3.0V3.6V , I/O可承受 5V 电压。多达 47 个（可承受 5V 电压）通 用 I/O 口。（6）通过片内 PLL （100us 的设置时间）可实现最大 为 60MHz 的 CPU 操作频率。（ 7 ）低功耗模式：空闲和掉电。1.2 温湿度检测电路本文采用 Sensirion 传感器公司推出的新型集成数字式 温湿度传感器 SHT10 。该传感器采用采用 CMOS 过程微加 工专利技术（ CMOSens technology） ，确保产品具有极高的 可靠性和出色的长期稳定性。该传感器由 1 个电容式聚合 体测湿元件

6、和 1 个能隙式测温元件组成，该产品具有功耗 低、反应快、抗干扰能力强等优点。 SHT10 的供电电压为2.4V5.5V。传感器上电后，要等待 11ms,从“休眠”状态 恢复。在此期间不发送任何指令。 电源引脚（ VDD 和 GND ） 之间可增加 1 个 100nF 的电容器， 用于去耦滤波。 SHT10 的两线串行接口（ bidirectional 2-wire ）在传感器信号读取 和电源功耗方面都做了优化处理。串行时钟输入（ SCK ）引 脚是 MCU 与 SHT10 之问通信的同步时钟，串行数据 （DATA ）引脚是 1 个三态门，用于 MCU 与 SHT10 之 间的数据传输。 DA

7、TA 的状态在串行时钟 SCK 的下降沿 之后发生改变，在 SCK 的上升沿有效。在数据传输期间， 当 SCK 为高电平时， DATA 数据线上必须保持稳定状态。 在设计中为避免数据发生冲突， MCU 驱动 DATA 使其处于 低电平状态， 而在外部接 1 个上拉电阻将信号拉至高电平。1.3 烟雾探测器电路 烟雾探测器，也被称为感烟式火灾探测器。本设计采用 的探测器是 MC145018P， MC145018P 是一款用于离子型 烟雾报警器它的工作原理是在电离室内含有少量放射性物 质，可使电离室内空气成为导体，允许一定电流在两个电极 之间的空气中通过，射线使局部空气成电离状态，经电压作 用形成离

8、子流，这就给电离室一个有效的导电性。当烟粒子 进入电离化区域时，它们由于与离子相接合而降低了空气的 导电性，形成离子移动的减弱。当导电性低于预定值时，探 测器发出警报。 MC145018P 的特点是：只需简单外围电路 的配合即可使用。6V12V 宽工作电压范围，低功耗。最 大电源电流： 8uA。工作温度范围：1060C。可通过 I/O 脚与最多 40 个报警单元互连以实现共同报警 2 。各 引脚都具有 ESD 和 LatchUp 保护功能。1.4 GSM 模块 TC35i 应用电路本设计采用的 TC35i 是西门子公司推出的新一代无线 通信 GSM 模块， 支持短信的接收与发送。 工作在 GS

9、M900 和 GSM1800 双频段，电源范围为直流 3.3 4.8V ， 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 GSM900 和 GSM1800 分别为 2W 和 1W 。 SIM 电 压为 3V/1.8V ， TC35i 的数据接口，通过 AT 命令可双向传 输指令和数据，可选波特率为300115kbps，自动波特率为1.2 115 kbps。 TTC35i 模块有 40 个引脚， 这 40 个引 脚可以划分为 5 类，即电源、数据输入 /输出、 SIM 卡、 音频接口和控制 3 。系

10、统加电后为使 TC35i 进入工作状态， 必须给启动脚 IGT 加一个大于 100ms 的低脉冲，电平下 降持续时间不可超过 1ms。 TC35i 使用外接式 SIM 卡， SIM 上的 CCIN 、CCRST、CCIO 、 CCCLK 、CCVCC 和 CCGND 通过 SIM 卡引脚与 TC35i 的同名端直接相连， ZIF 连接座的 CCIN 引脚用来检测 SIM 卡是否插好， 如 果连接正确，则 CCIN 引脚输出高电平，否则为低电平。 SYNC 引脚有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示 TC35i 的工作状态，可用 AT 命令 AT+SYNC 行切换 4

11、，本模块使用的是后一种。 当 LED 熄灭时，表明 TC35i 处于关闭或睡眠状态； 当 LED 为 600 ms 亮 /600ms 熄时，表明 SIM 卡没有插入或 TC35i 正 在行网络登录；当 LED 为 75 ms 亮， 3s 熄时，表明 TC35i 已登录进网络，处于待机状态。 TC35i 模块的数据 输入 /输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合 ITU-TRS232 接口标准。它有固定的参数： 8 位数据位和 1 位停止位，无校验位，波特率在300bps115kbps 之间可选5。TC35iRXD 和TC35iTXD 为TTL 的串口通讯 脚能和微处理器直接通信。2. 软件设

12、计系统主要的任务是实时监测被控对象的温湿度以及是 否有险情发生，然后通过 TC35i 发送到监测中心。系统软件 设计的重点在于微处理器的编程。通过向 TC35i 写入不同 的 AT 指令完成多种功能。2.1 AT 指令GSM AT 指令集， 是由诺基亚、 爱立信和摩托罗等公 司共同为 GSM 系统研制的，其中包含了对 SMS(Short Message Service)的控制。利用通信模块进行数据通信， 就是将数据体作为短消息的内容，从发送方的通信模块发送 出去，通过短消息中心进行转发，这样就将数据传输出去； 在本设计中主要用到的 AT 指令解析如下：1）短消息发送命令：AT + CMGS，P

13、DUis given 。在该命令中， 先发送命令 AT + CMGS = ， 然后等待 TC35i 模块返回“ ”字符，返回字符后，再具体 输入 PDU 的内容，并以字符“ ctrl-Z ”结束；在基于 PDU 格式的短消息中，所有参数均在 PDU 数据包里 6 。（ 2）读短消息命令： AT + CMGR = INDEX 主 要用来阅读指定位置的短消息 6 。2.2 软件流程监测软件主要包括初始化程序、信号采集处理程序和短 消息收发程序等。初始化程序包括硬件初始化、定时器和串 口初始化；信号采集和处理主要完成外部采集的温湿度转 换；接收短消息采用查询方式，一旦短消息到达，调用串口 接收程序接

14、收短消息，并做出相应处理；发送信号采用定时 方式，将采集的温度、湿度以及是否有险情发生调用发送指 令将短消息发送到监测中心。结论本文对基于 LPC2132 的远程环境监测系统硬件和软 件设计进行说明。 温湿度检测采用 SHT10 ，非常适用于多点、 恶劣环境下的温湿度监测系统。 采用的 MC145018P 烟雾传 感器外围电路简单，运用方便。在整个系统的设计中，采用 的模块利于系统集成，成本较低，运行稳定可靠，适用于远 距离监测，不受地形条件的限制，有着广泛的应用前景。参考文献：1 周立功 .深入浅出 ARM7. 北京航空航天大学出版社2005.2 李道华，李玲，朱艳 .传感器电路分析与设计 J ， 武昌：武汉大学出版社， 2003：121-138.3 李迎春 .基于 TC35i 的短消息监控系统 J. 国