基于TC35模塊的溫濕度檢測系統的開發

陳 杰

（鹽城紡織職業技術學院 機電系，江蘇 鹽城 224005）

0 引言

在我國當前的農業生產中，先進的智能溫室在農業示范項目、花卉、育苗等領域具有良好的經濟效益與社會效應項目中，GSM 技術得到了廣泛應用[1～4]。在城市菜籃子工程中，考慮到經濟效益，簡易大棚的設施栽培比較廣泛。而農戶實際的大棚生產經營過程中，許多農戶從住宅到大棚距離比較遠。對于設施內的溫濕度環境的實時了解，是具有很重要的現實意義的，它可以幫助農戶比較科學合理地進行操作決策，提高管理效率。針對這種情況，筆者設計了一種基于TC35 模塊的便攜式的溫濕度遠程發送系統。

1 硬件系統設計

本系統采用STC89C52 單片機為核心控制元件，溫度和濕度傳感器采集到的數據通過調理電路送給單片機后，單片機再通過串口的方法將溫濕度環境和用戶手機號碼信息發動到TC35 模塊上，從而實現用戶遠程溫濕度環境數據的接收。為解決田間設施大棚內電源不方便的問題，系統采用了太陽能電池板供電。系統結構圖如圖1。

圖1 系統結構圖Fig.1 System diagram

1.1 太陽能電池板ICO-SPC-10W

太陽能電池板選用ECO－WORTHY 品牌的ICOSPC-10W 型號，規格為標準測試條件下10W/18V（溫度25℃，AM1.5，1000W/m2下測試；12V 系統使用時功耗 9～10W）， 尺寸為（335×205×17）mm（鋁合金邊框， 4 個安裝孔），峰值電壓為17.9V，峰值電流為0.56A，開路電壓為22.41V，短路電流為0.62A。

1.2 溫度傳感器DS18B20

電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數據線供電；獨特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條單口線即可實現單片機與DS18B20的雙向通訊；溫度測量范圍為-55℃～+125℃，分辨率為9～12位， 對應的溫度分別為 0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現高精度測溫；9位分辨率時最多在93.75ms 內把溫度轉換為數字，12位分辨率時最多在750ms 內將溫度值轉換為數字，速度更快；測量結果直接輸出數字溫度信號，以 “一線總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；電源極性接反時，芯片不會因發熱而燒毀，但不能正常工作。

1.3 濕度傳感器HIH-4000

HIH-4000 系列濕度傳感器是專為大量生產的原始設備制造廠（OEM）用戶而設計的。利用這傳感器的線性電壓輸出可直接輸入到控制器或其他裝置。一般僅需取出200μA 電流，HIH-4000 系列的濕度傳感器可用于低引出、電池供電系統。傳感器良好的互換性減少了OEM的生產校驗成本。可以提供單個傳感器校準數據。HIH-4000 系列濕度傳感器是一個低成本、可軟焊的單個直插式組件，可提供儀表測量質量的相對濕度傳感性能。相對濕度傳感器是一個熱固塑料型電容傳感元件，芯片內部具有良好的信號處理功能。該傳感器的多層結構針對應用環境的不利因素，諸如潮濕、灰塵、污垢、油類和環境中常見的化學品具有最佳的抗力。電壓輸出（一次擬合曲線）：V=V[0.0062（傳感器 RH）+0.16],25℃環境條件下，溫度補償：真實相對濕度 =（傳感器相對濕度）/（1.0546-0.00216 T），T 單位為℃，5V，50%RH 下的輸出電壓溫度系數為-4mV/℃，工作溫度范圍是-40～85℃；工作濕度范圍是0～100%RH。

1.4 TC35 模塊

TC35 是新一代無線通信GSM 模塊。自帶RS232 通訊接口，可以方便的與PC 機、單片機連機通訊。可以快速、安全、可靠的實現系統方案中的數據、語音傳輸、 短消息服務（Short Message service）和傳真。TC35 模塊的工作電壓為 3.3～5.5V， 可以工作在 900MHZ 和1800MHZ 兩個頻段所以在頻段功耗分別為2W（900M）和1W（1800M）。

1.5 單片機STC89C52

STC89C52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器， 具有 8K 在系統可編程Flash 存儲器。STC89C52 使用經典的MCS-51 內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統51 單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU 和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。 具有8k 字節Flash，512 字節RAM，32位I/O 口線，看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810 復位電路，3個16位 定時器/計數器，4個外部中斷， 一個7 向量4級中斷結構（兼容傳統51的5 向量2級中斷結構），全雙工串行口。

1.6 液晶顯示模塊1602

該液晶顯示模塊采用3.3V 或5V 工作電壓，對比度可調，內含復位電路，提供各種控制命令，具有清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能，有80 字節顯示數據存儲器DDRAM，內建有192個5X7點陣的字型的字符發生器CGROM，8個可由用戶自定義的5X7的字符發生器CGRAM。

2 軟件系統設計

2.1 短信的發送與接收

TC35 模塊的通訊的AT 指令全部采用AT+xxx 完成。有一般指令、呼叫控制指令、網絡服務相關指令、電話本指令、短消息指令、自定義指令等幾種形式，用戶可以通過AT 命令進行呼叫短信電話本數據業務補充業務傳真等方面的控制。在執行一條AT 指令時，指令的執行過程需要單片機與手機交互應答完成，每次發送或接收的字節數都有嚴格的規定，二者必須依據規定實現數據交換，否則，通信就失敗。

在GSM 協議中，AT 指令都是以ASCII 編碼形式發送出去的。比如字母 “A”的ASCII 編碼為41H，字母“T”的ASCII 編碼為54H， 單片機就可以發送 “41H 54H 0DH”。單片機在向手機發送完字母指令的對應的ASCII 編碼后，又多發了一個0DH 符號。因為每個AT指令必須以回車符作為結束，又多發了一個結束符號0DH。如沒有這個回車符，那么手機就不能識別這條指令。

本系統設計中主要使用到短消息主要指令如下，AT+CMGF=1 表示選擇消息為PDU 格式，AT+CMGR=1表示采用TEXT 方式讀取消息，AT+CMGS=＜length＞表示用PDU 格式發送消息。

指令AT+CMGF=n（n=0為PDU 模式，n=1為文本模式）來完成。一般設定為PDU 模式即可，在PDU 模式下，能傳送或接收任何字符或漢字數據。

讀短信息數據可以采用兩個指令AT+CMGR=n為讀手機短消息數據（n為短消息號）、AT+CMGL=n為列出手機中的短消息（n=0 是未讀的短消息、n=1為已讀的短消息、n=2為未發送的短消息、n=3為已發送的短消息、n=4為所有短消息）。

刪除短信可以使用指令AT+CMGD=n，其中n為待刪除的短信編號。

當接收到一條正確的AT 指令后，手機中的GSM 模塊先把剛才接收到的AT 指令的ASCII 編碼序列向發送方返回，進行指令確認。然后發送一個回車符和一個換行符ASCII 編碼，即0DH 和0AH。

當讀取手機中存儲的PDU 短信數據時，讀回的數據是ASCII 表示的16 進制數，一個字節的16 進制數用2個字節的ASCII 碼來表示。而在PDU 數據包中， 描述數據字節長度的字段仍然指明信息的實際字符長度，不是ASCII 碼的字節長度。數據長度需要妥善處理，否則，接收的數據很可能就不完整，從而導到致亂碼的信息。 設X為接收的ASCII 碼，y為轉換后的16 進制數，在單片機中這種算法如下：如果x＜39H，則y=x-30H；如果x＞39H，則y=x-30H-07H，最后把前后兩個數合并一個字節。

2.2 系統程序設計

系統流程圖和中斷服務程序流程圖如圖2、圖3所示。

圖2 系統流程圖Fig.2 Flow chart of the system

圖3 中斷服務程序流程圖Fig.3 Flow chart of the interrupt service part

3 結束語

本文基于GSM 技術搭建了一個適用于我國目前農業生產實際的溫濕度遠程采集系統，農戶可以實現在家中實時了解大棚內溫度和濕度情況，從而提高設施環境管理的效率。該系統獨立性較好，配置了太陽能電板，方便當前的農業大棚內使用。根據不同作物的管理經驗和生理特性，還可以在進一步研究的基礎上設計出相應的作物生長模型，為生產管理提供指導。

[1]李光林，李曉東，曾慶欣.基于太陽能的柑桔園自動灌溉與土壤含水率監測系統研制[J].農業工程學報，2012，12.

[2]汪金營，劉雁征，等.基于手機短信的日光溫室控制系統設計[J].中國農機化，2012，4.

[3]邱恒浪，等.基于LPC2132 和GSM的智能溫室遠程控制系統的研究[J].農機化研究，2012，3.

[4]畢寧強，朱瑞祥.基于TC35i的GSM 土壤信息遠程監測系統[J].農機化研究，2012，3.