氣象雷達(dá)機(jī)房溫度短信報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：本系統(tǒng)采用西門子公司的TC35i模塊設(shè)計(jì)，用于實(shí)現(xiàn)雷達(dá)機(jī)房溫度短信報(bào)警的功能。DHT11溫濕度傳感器采集機(jī)房實(shí)時(shí)溫度并傳輸給單片機(jī)處理、檢測(cè)。當(dāng)機(jī)房溫度超過預(yù)先設(shè)置的報(bào)警溫度值時(shí)，計(jì)算機(jī)的上位機(jī)軟件通過串口控制TC35i手機(jī)模塊，以短信方式發(fā)送給目的手機(jī)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī) TC35i 串口 計(jì)算機(jī)

中圖分類號(hào)：V55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（a）-0017-02

近年來，航空氣象高速發(fā)展，天氣雷達(dá)在航空氣象探測(cè)中扮演著極其重要的角色。天氣雷達(dá)在不間斷運(yùn)行過程中，產(chǎn)生了大量熱量，因此保證機(jī)房溫度恒定至關(guān)重要。鑒于雷達(dá)機(jī)房處于幾十米的樓頂層，并且有一定電磁輻射，值班人員不能24小時(shí)在機(jī)房的情況，自動(dòng)溫度短信報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本系統(tǒng)采用STC89C52實(shí)時(shí)采集機(jī)房溫度信息，處理后通過RSR232傳給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)機(jī)控制手機(jī)模塊TC35i發(fā)送短信。本文介紹自動(dòng)溫度報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，分別講解了單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)終端應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

該系統(tǒng)有四部分組成，分別是：傳感器部分、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)、TC35i模塊。如圖1所示。傳感器部分主要是DHT11數(shù)字溫度、濕度傳感器。它是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，使用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。該傳感器具有響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。STC89C52單片機(jī)把溫濕度數(shù)據(jù)信息通過RS232串口發(fā)送給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序?qū)邮盏降臏貪穸葦?shù)據(jù)進(jìn)行分析、顯示。當(dāng)機(jī)房溫度值超過設(shè)置的報(bào)警溫度值，或者選擇手動(dòng)發(fā)送時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序通過AT命令與TC35i手機(jī)模塊通信，控制手機(jī)模塊把溫度信息發(fā)送給目的手機(jī)，也可以實(shí)現(xiàn)短信群發(fā)功能。

2 TC35i模塊及短信收發(fā)控制

西門子TC35i工業(yè)級(jí)模塊模塊是TC35模塊的升級(jí)版本，集成了標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口以及SIM卡，自帶RS232通訊接口，可以與計(jì)算機(jī)機(jī)、單片機(jī)聯(lián)機(jī)通訊。TC35i的在短信通訊時(shí)，它的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口是一個(gè)串行異步收發(fā)器，有固定的通訊參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無奇偶校驗(yàn)位，自適應(yīng)選擇的波特率范圍：300 b/s～115 kb/s。TC35i手機(jī)模塊的短信模式有兩種：Text（文本）模式和PDU（protocol description unit）模式，使用文本模式，編程簡單，無須編碼，易實(shí)現(xiàn)，但是只能發(fā)送英文。PDU模式有更強(qiáng)大的功能，可以使用unicode編碼方式發(fā)送英文、中文。這兩種發(fā)送模式都可以使用AT命令對(duì)短信息進(jìn)行讀取、發(fā)送、刪除等管理操作。計(jì)算機(jī)機(jī)對(duì)TC35I的操作都采用AT指令，指令內(nèi)容都為ASCII碼。

硬件設(shè)計(jì)

如圖1所示，溫濕度傳感器DHT11與單片機(jī)的P2.0腳連接。單片機(jī)把處理后溫濕度數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)的串口是RS232電平，而單片機(jī)STC89C52的串口是TTL電平，所以它們之間通訊需要一個(gè)MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片。計(jì)算機(jī)機(jī)的應(yīng)用軟件通過另外一串口與手機(jī)模塊TC35i連接。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)軟件

在機(jī)房溫度自動(dòng)短信報(bào)警系統(tǒng)中，單片機(jī)STC89C52主要負(fù)責(zé)溫濕度數(shù)據(jù)采集、處理和串口傳輸給計(jì)算機(jī)。DHT11一次完整的數(shù)據(jù)輸出為40bit，高位先輸出，直接連接一個(gè)8位的單片機(jī)。STC89C52單片機(jī)發(fā)送開始信號(hào)，DHT11等待開始信號(hào)結(jié)束，DHT11接收到開始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集。如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集，采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。

總線空閑時(shí)的狀態(tài)是高電平，單片機(jī)把總線電平拉低等待DHT11的響應(yīng)，單片機(jī)把總線拉低的時(shí)間必須大于18 ms，這才能保證DHT11檢測(cè)到數(shù)據(jù)的起始信號(hào)。DHT11接收到單片機(jī)發(fā)送的開始信號(hào)后，等待單片機(jī)開始信號(hào)結(jié)束，然后DHT11發(fā)送80 us低電平響應(yīng)信號(hào)。單片機(jī)發(fā)送的開始信號(hào)結(jié)束后，延時(shí)等待20～40 us，讀取DHT11的響應(yīng)信號(hào)，單片機(jī)發(fā)送開始信號(hào)后，可輸出高電平，或者切換到輸入模式， 總線由一個(gè)上拉電阻把電平拉高。

當(dāng)總線為低電平時(shí)，說明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，當(dāng)發(fā)送的響應(yīng)信號(hào)結(jié)束后，再把總線電平拉高80 us，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，每bit數(shù)據(jù)都是以50 us低電平時(shí)隙開始，高電平的長短決定了數(shù)據(jù)位是1還是0。如果讀取的響應(yīng)信號(hào)是高電平，則DHT11不會(huì)作出響應(yīng)，這時(shí)就需要調(diào)試人員檢查線路是否正常連接。當(dāng)最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢，DHT11拉低總線電平50 us，之后總線由上拉電阻拉高電平進(jìn)入空閑狀態(tài)。

在對(duì)DHT11溫濕度傳感器的工作時(shí)序有詳細(xì)了解后，開始編寫單片機(jī)程序，程序框（圖2）。

根據(jù)單片機(jī)程序流程圖，編寫的單片機(jī)主要程序如下。單片機(jī)應(yīng)用中斷，通過串口給計(jì)算機(jī)發(fā)送采集到的實(shí)時(shí)溫度值，利用的單片機(jī)定時(shí)器一，通訊方式為9600、8、N、1。單片機(jī)采集溫度并通過串口發(fā)送給計(jì)算機(jī)處理的主要程序（如圖3）。

3.2 計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件

在硬件上TC35i手機(jī)模塊和計(jì)算機(jī)通過RSR232串口連接成功后，要實(shí)現(xiàn)短信收發(fā)的功能，還得需要計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序采用visual basic編寫。計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件主要用來接收實(shí)時(shí)溫濕度和控制TC35i手機(jī)模塊發(fā)送報(bào)警短信。綜合TC35i手機(jī)模塊的兩種短信發(fā)送模式，本系統(tǒng)最終采用PDU模式發(fā)送短消息。該模式可以支持ASCII碼和unicode碼，可以發(fā)送中文、英文短信，所有手機(jī)都支持該方式的短信。短信的發(fā)送主要借助于visual basic的Mscomm控件實(shí)現(xiàn)。

本次設(shè)計(jì)成功的利用了visual basic來開發(fā)了一套實(shí)現(xiàn)氣象雷達(dá)機(jī)房溫度短信報(bào)警系統(tǒng)，能夠通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集機(jī)房溫度，并發(fā)送短信。軟件演示如圖4所示。

4 結(jié)語

采用單片機(jī)采集溫濕度、計(jì)算機(jī)控制TC35i這種方式實(shí)現(xiàn)溫度短信報(bào)警，這樣的報(bào)警系統(tǒng)工作穩(wěn)定，成本低廉，并且系統(tǒng)容量大以及有很強(qiáng)的抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)用在雷達(dá)機(jī)房占用空間很少，并且易安裝。在平時(shí)的值班過程中，特別是夏天，一旦雷達(dá)機(jī)房的空調(diào)出現(xiàn)故障，容易導(dǎo)致雷達(dá)因溫度過高的原因而出現(xiàn)故障。利用該報(bào)警系統(tǒng)，不但節(jié)省了人力，而且可以在溫度超過預(yù)設(shè)報(bào)警值時(shí)，及時(shí)短信告知值班人員，從而避免嚴(yán)重的事故發(fā)生，有效的保障航空氣象雷達(dá)的安全運(yùn)行。

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