李颯，賀偉，韓耀飛，王丹豪

（河南城建學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，平頂山 467036）

GSM遠程溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計

李颯，賀偉，韓耀飛，王丹豪

（河南城建學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，平頂山 467036）

根據(jù)實際需要設(shè)計的系統(tǒng)，利用手機通過GSM網(wǎng)絡(luò)對溫度實行遠程無線檢測，以實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備運行的智能化、現(xiàn)代化。溫度信號的獲取由典型數(shù)字溫度傳感器（DS18B20）對工業(yè)設(shè)備或所監(jiān)測的環(huán)境溫度進行檢測采集，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給單片機（MSP430F149）進行分析處理，然后通過控制GSM通信模塊（MG323）發(fā)送給遠程用戶。針對異常信號（超出限定溫度）自動發(fā)送報警信息。

GSM網(wǎng)絡(luò)；MSP430單片機；遠程溫度檢測；TEXT模式

0 引言

在現(xiàn)代社會生產(chǎn)生活中，溫度參數(shù)已成為一個不容忽視的重要指標，甚至在工業(yè)生產(chǎn)中起到?jīng)Q定性作用。隨著科技的發(fā)展和自動化水平的提高，溫度檢測已成為各行各業(yè)安全生產(chǎn)和減少損失采取的重要措施之一。傳統(tǒng)的溫度采集方式周期長，成本高，而且測量員必須親自到現(xiàn)場進行測量。此外，傳統(tǒng)的測溫元件（熱電偶、熱敏電阻）組成的測溫電路復(fù)雜，具有遠程智能化低，易受干擾等缺點，效率很低，不便于管理。

隨著計算機智能化程度的不斷發(fā)展，越來越多的數(shù)據(jù)需要以數(shù)字化方式進行處理，顯然傳統(tǒng)的溫度測量裝置不可能完成這項工作。數(shù)字化溫度傳感器解決了溫度數(shù)字化的問題，且精度高，能自動消除部分干擾，以DS18B20為代表的數(shù)字化溫度傳感器得到了前所未有的發(fā)展空間。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

本系統(tǒng)基于GSM的遠程無線溫度檢測系統(tǒng)，以MSP430F149單片機為核心向外擴展。溫度傳感器將數(shù)據(jù)傳輸至單片機，單片機進行簡單計算得到實際溫度，并在LCD液晶顯示屏顯示，同時使用串口發(fā)送AT指令控制GSM模塊發(fā)送短消息至遠程客戶機。當(dāng)檢測的溫度超過設(shè)定的報警溫度時，自動發(fā)送短消息給監(jiān)控方，為實施溫度控制或相應(yīng)其他預(yù)案措施提供信息指南。

本系統(tǒng)選用由TI公司研發(fā)的MSP430F149單片機和華為公司的MG323通信模塊，設(shè)計了一款具有短信收發(fā)功能的遠程溫度檢測系統(tǒng)，以GSM網(wǎng)絡(luò)為信息傳輸平臺，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的傳輸。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 硬件電路的設(shè)計

2.1 電源設(shè)計

該溫度檢測系統(tǒng)在設(shè)計過程中采用MG323模塊的供電電壓為4.2V，而MSP430F149的電源電壓最大為3.6V，所以決定了這兩個模塊不能共用電源。GSM模塊電源中JP2輸入電壓為220V市電，經(jīng)過LM2576S穩(wěn)壓得到4.2V電壓，用來給MG323模塊供電，本電源輸出電流不小于2A，可以保證MG323在最大功率工作時，也不會造成拉低電壓所造成MG323模塊復(fù)位或工作異常的情況。單片機的供電電源在本系統(tǒng)中采用HT1033穩(wěn)壓芯片，在VIN引腳中輸入4.2V電壓，通過HT1033穩(wěn)壓后得到3.3V穩(wěn)定電壓。電路如圖2所示。

圖2 電源設(shè)計

2.2 溫度采集電路的設(shè)計

在設(shè)計過程中，傳感器的選擇直接關(guān)系到系統(tǒng)的最終采集溫度的精度。本系統(tǒng)溫度的采集選用DS18B20，它采用SPI單總線結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)的采集和傳輸，DS18B20溫度傳感器的精度是可編程的，分別有9、10、11和12位，同時以0.5°C、0.25°C、0.125°C和0.0625°C增量遞增。DS18B20采用外電源供電，當(dāng)DS18B20工作距離遠于單片機時，如果采用寄生電源供電方式，會產(chǎn)生較大干擾，使轉(zhuǎn)換得到的溫度值不精確，所以本電路中采用外部電源直接供電的方式。R3-4.7K的電阻為上拉電阻，能夠使DQ在無數(shù)據(jù)傳輸時及時返回高電平狀態(tài)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，電路如圖3所示。

圖3 溫度采集電路

2.3 單片機與LCD顯示電路的設(shè)計

LCD1602是一款能夠顯示數(shù)字、英文、標點符號的顯示芯片，它內(nèi)部有自己的顯示表格，能自動查表顯示出接收到的數(shù)據(jù)。利用單片機對其控制相對簡單，電路中R5-10K滑動變阻器的作用在于調(diào)整LCD1602的背光亮度。電路如圖4所示。

圖4 LCD與單片機連接電路圖

2.4 MG323指示燈電路

網(wǎng)絡(luò)指示燈是指示MG323在開機后尋找網(wǎng)絡(luò)時的工作狀態(tài)。MG323在不同的工作狀態(tài)時，網(wǎng)絡(luò)指示燈以不同的閃爍頻率顯示閃爍狀態(tài)。電路如圖5所示。

圖5 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示燈電路圖

2.5 MG323的SIM卡接口電路

SIM卡電路是MG323與外界通信的ID，在有SIM卡的情況下，MG323才能注冊到網(wǎng)絡(luò)，并進行通信及數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)。SIM接口電路如圖6所示。其中，C4～C7這4個電容是為了保證SIM卡與MG323進行數(shù)據(jù)傳輸時信號的穩(wěn)定性。

圖6 MG323的SIM卡接口電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)

該溫度檢測系統(tǒng)以MSP430F149單片機為核心。MSP430F149上電后初始化內(nèi)部時鐘、I/O、串口、定時器及開啟MG323，檢測MG323是否注冊上網(wǎng)絡(luò)等一系列運作。當(dāng)全部執(zhí)行完畢后，狀態(tài)指示燈亮，說明MSP430F149已經(jīng)準備就緒，開始采集溫度并上傳數(shù)據(jù)。MSP430F149向DS18B20發(fā)送指令，使DS18B20開始轉(zhuǎn)換溫度，MSP430等待800ms后（DS18B20轉(zhuǎn)換溫度所用時間），再向DS18B20讀數(shù)據(jù)。MSP430F149讀回的DS18B20數(shù)據(jù)是二進制數(shù)，由MSP430F149計算得到十進制數(shù)，將計算得到的十進制數(shù)通過LCD液晶顯示出來MSP430F149與MG323通信，是通過兩者自身支持的UART接口進行通信，MSP430F149通過AT指令來控制MG323發(fā)短信與讀短信等操作。當(dāng)遠程客戶通信手機發(fā)送短信至該系統(tǒng)時，手機短信息將會由MG323通過GSM網(wǎng)絡(luò)獲得，MG323向MSP430F149發(fā)送短信息內(nèi)容，MSP430F149將短信息內(nèi)容分析處理后，發(fā)送數(shù)據(jù)給MG323，MG323重新由GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信息給遠程客戶手機。程序框圖如圖7所示。

圖7 程序流程圖

3.2 系統(tǒng)主要編程

（1）MSP430F149執(zhí)行程序

（2）DS18B20的子程序

（3）MG323的子程序

4 結(jié)語

本系統(tǒng)借助于已有的手機應(yīng)用GSM網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠程無線數(shù)據(jù)傳輸，有效地解決了傳統(tǒng)溫度檢測的缺點和不足，而且采用了遠程報警和實時數(shù)據(jù)采集的設(shè)計理念。在短消息業(yè)務(wù)快速發(fā)展的背景下，利用短消息來進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用，有著極為重要的現(xiàn)實意義和實際價值。

[1] 謝興紅,林凡強,吳雄英.MSP430單片機基礎(chǔ)與實踐[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2008

[2] 那彥.電子及通信專業(yè)畢業(yè)設(shè)計寶典[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2008

[3] 張靖武,周靈斌.單片機原理、應(yīng)用與PROTUS仿真[M].電子工業(yè)出版社,2008

[4] 韓斌杰,杜新顏.GSM原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[M].機械工業(yè)出版社,2009

[5] 中興通訊VC教育管理中心.GSM移動通信技術(shù)原理與應(yīng)用[M].人民郵電出版社,2009

[6] Texas Instruments.MSP430_Family_Users_Guide,2008

[7] Dallas Semiconductor.datasheet_DS18B20,2000

[8] 華為技術(shù)有限公司.HUAWEI_MG323_GSM_M2M_模塊_硬件指南,2010

[9] 華為技術(shù)有限公司.MG323_AT_Command_Reference（v1.0）,2010

Design of GSM Remote Temperature Detection System

LI Sa,HE Wei,HAN Yao-fei,WANG Dan-hao
(School of Electrical and Information Engineering,Henan University of Urban Construction,Pingdingshan 467036)

The system is based on the actual needs,uses a mobile phone via the GSM network to realize remote wireless temperature testing to achieve intelligent industrial equipment operation and modernization.Typical temperature signal acquisition by the digital temperature sensor(DS18B20)for industrial equipment or environment being monitored for detecting the temperature acquisition,and transfers the collected data to the microcontroller(MSP430F149)for analysis and processing,and by controlling the GSM communication module(MG323) sends to the remote user.For abnormal signal(beyond the limited temperature)automatically sends alarm information.

GSM Network;MSP430 MCU;Remote Temperature Detection;TEXT Mode

1007-1423（2015）04-0058-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.04.016

李颯（1993-），女，河南南陽人，本科在讀，電氣工程及其自動化專業(yè)

賀偉（1984-），男，河南襄縣人，助教，研究方向為信號與信息處理

2014-12-16

2015-01-07

河南省教育廳青年骨干教師資助項目（No．2013GGJS-174）

韓耀飛（1980-），男，河南平頂山人，副教授，研究方向為電力電子與電子傳動

王丹豪（1992-），男，河南平頂山人，本科在讀，電氣工程及其自動化