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1、唐 山 学 院毕 业 设 计 设计题目：基于GSM的禽舍环境监控系统设计 信息工程系 系 别：_ 班 级：_姓 名：_指 导 教 师：_2013年6月3 日基于GSM的禽舍环境监控系统设计摘 要该系统是由以STC89C52单片机为核心的控制模块、GSM无线通信模块、温湿度传感器数据采集模块和继电器模块组成。在环境检测系统中利用STC89C52 控制温湿度传感器DHT11采集温湿度，将采集到的温湿度值传给单片机，单片机接收到相应的短信息后，通过GSM模块将温湿度值发送到用户手机。用户根据收到的短信内容便可以获取现场的温湿度值，再根据需要发送控制指令来控制继电器开关。除了短信控制继电器的方式，也可
2、以通过单片机判断温湿度界限值后对其进行相应的开关控制，从而达到温湿度控制的目的。论文对系统中各模块的连接以及程序的编写进行了详细的介绍。本系统将GSM网络技术运用于实现远程环境监控具有实际应用价值和十分重大的意义。关键字: 单片机 传感器 TC35模块 GSM网络Design of Poultry House Environment Monitoring System based on GSMAbstractThe system is composed of control module, MCU STC89C52 module, the GSM wireless communication
3、module, temperature and humidity data acquisition module and a relay module. Control of DHT11 collecting temperature and humidity sensor in environmental detection system using STC89C52, the temperature and humidity data acquisition to the value to the microcontroller, microcontroller receives the c
4、orresponding short messages, the temperature and humidity values sent to the users mobile phone through GSM module. Temperature and humidity user according to the received message content can acquire the field value, then need to send control commands to control the relay switch according to the. In
5、 addition to control relay messages way, also can determine the temperature and humidity limit value of the corresponding switch controlled by the SCM, so as to achieve the purpose of temperature and humidity control. Writing a dissertation on the system module connection and procedures are describe
6、d in detail. This system will use the GSM network technology to realize the remote environment monitoring has practical application value and great significance.Keywords: single-chip; sensor; TC35 module; GSM network目 录1 引言12 系统的总体设计22.1总体设计分析22.2具体方案设计23 硬件系统的设计43.1温湿度传感器模块43.2继电器模块63.3单片机模块83.3.1单
7、片机接口部分83.3.2复位电路93.3.3电源电路93.3.4串口通信部分103.4 远程通信模块123.4.1 GSM的涵义123.4.2 工作频段的分配133.4.3 GSM组网优点133.4.4 短信平台的缺点133.5 TC35模块133.5.1 GSM模块的介绍133.5.2 TC35的整体介绍143.5.3 TC35的电源模块143.5.4 TC35的模块接口153.5.5 SIM卡的介绍163.5.6 SIM卡座子174 系统的软件设计184.1软件设计思路184.2温湿度采集部分184.3短信收发部分194.3.1 AT指令集194.3.2短消息操作指令204.3.3短信模式
8、简介214.3.4串口调试224.3.4发送与接收短信的实现254.3.5短信内容的设置274.4 主处理程序315 总结32谢辞33参考文献34附录35附录481 引言禽舍环境监测和监控设备的自动化与智能化程度随着电子技术的发展虽然越来越高，但是这些设备大都是采用有线的形式。在禽舍中采用有线的形式不仅布线麻烦，而且一定程度上限制了监测点的移动性。因此，禽舍环境无线监测系统应运而生。温湿度的检测对于提高生产效率和生产质量以及节约能源有着很重要的作用，随着养殖业的不断发展，温湿度测量的需求越来越多，越来越重要。但是在特殊的温湿度检测环境内，距离过长的话布线很不方便，而这时就会利用GSM对温湿度信
9、息进行接收。远程温湿度系统的智能化和精准度在各个行业都很重视。GSM的远程监控也将是个很好，很实用的课题研究，在此过程中将会学到很多的知识和方法。GSM系统在目前基于时分多址技术的移动通讯体制中，是比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。当前已建成覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，成为我国公众移动通信网的主要方式。其主要提供数据、话音、短信息等多种业务。基于GSM短信息功能可以做成各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通信系统，非常广泛的用于远程监控、个人通信终端、定位导航等。由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，建立上述系统不须再建专用通信网络，所以具有时事传输数据功能的短信息应用
10、将得到迅速普及。GSM技术是一种远距离低数据率无线技术，适合无线数据采集网络。本系统通过使用GSM技术，很好的解决了用户的需求。 在GSM无线网中SMS短消息业务是其基本业务，利用无线控制信道进行传输，性能稳定。SMS利用信令信道传输，不必建立拨号连接，只需将信息加上目的地址发送到短消息服务中心，经中心完成存储后再发至目的地，即使GSM终端关机信息也不丢失。受到越来越多的重视。 本设计是基于单片机和短消息通信模块来实现了禽舍信息的智能采集和远程监测。本系统中由传感器采集信息后经单片机处理，再通过GSM收发模块以GSM网络为媒介传至用户手机，用户再根据显示信息发送控制信息，回馈到单片机做出相应的
11、控制，可以实时采集禽舍温湿度信息，方便用户随时对禽舍环境进行监控，以使环境达到适宜的温湿度。此系统实现简单，通信成本低，抗干扰能力强。2 系统的总体设计2.1 总体设计分析本设计利用温湿度传感器采集到禽舍温湿度信息，然后将此信息传送至单片机处理，如当前温湿度值超过了预设界限时，单片机会对环境调控设备发出控制信号，自动对现场环境调控设备进行调控（由继电器模拟实现）。当然，用户也可以随时使用手机进行数据信息查询与环境设备控制。基于GSM的禽舍环境监控系统控制设计结构框图如图2-1所示：温湿度传感器 单片机核心板GSM收发模块 用户手机 继电器开关GSM网络图2-1 结构框图本设计中系统的组成共分为
12、三大部分：1.信息采集部分：此部分由传感器采集禽舍环境的温湿度信息；2.信息处理控制部分：单片机接收温湿度信息，进行相应的数据编辑再与GSM收发模块进行信息传输；当温湿度超过界定值的时候，单片机对继电器开关进行相应的控制；3.GSM传输部分：由GSM模块接收单片机处理后的信息并进行无线传输，通过GSM网络与用户手机建立通信；此部分用户可以通过短信的形式随时了解禽舍环境情况。通过三部分之间的信息传输以及相互控制就可以完成对禽舍环境的监控：首先单片机与TC35模块的握手连接；然后单片机对新信息的分析；最后单片机做出相应的动作2.2 具体方案设计该系统中，主控使用了常见的STC系列单片机，外围器件包
13、括温湿度传感器，继电器开关，远程通信模块。其中温湿度监测模块，使用了常见的DHT11数字传感器，将其放在环境中，由于芯片体积不大，直接用手对传感器进行温湿度的控制，使其温湿度值发生变化，将信息传给单片机便可得到温湿度值。继电器控制模块，需要给温湿度传感器设置好界限值，当超过温湿度界限值的时候，单片机作出反应，控制相应继电器开关的开启和闭合继而控制小灯的亮灭。远程通信模块使用了TC35模块，该模块可实现短信息的收发，可打电话，使用方便，并且在移动通信技术的实验课上曾经有过接触，相对比较熟悉。在本系统中着重使用了TC35模块收发短信的功能。该系统的具体运作流程如下：单片机连接TC35模块，同时连接
14、DHT11和继电器。远程的用户手机向TC35模块发送信息，信息内容可以是要求汇报温湿度值，可以是开启或关闭温度控制的继电器，也可以是开启或关闭湿度控制的继电器。当TC35接收到新信息时，通过串口发送数据，此时就启动了单片机的中断，单片机把接收到的信息读取出来放到固定的数组，接着单片机判断该数组中的信息，信息有六种情况如下：1汇报温湿度值：这时单片机读取温湿度传感器采集到的数据，然后单片机调用发送目的地手机号码函数，给TC35发送目的地手机号，接着调用发送信息函数，将温湿度数据发出去。2开启温控继电器：这时温控继电器连接的小灯亮。3关闭温控继电器：这时温控继电器连接的小灯灭。4开启湿控继电器：这
15、时湿控继电器连接的小灯亮。5关闭湿控继电器：这时湿控继电器连接的小灯灭。6其他：如果收到的短信息不是以上三种信息，单片机不做动作。单片机完成相应工作之后，向TC35发送删除短信息的指令，将SIM卡上的信息删除，以便下次接收、识别，判断对应的要求。当然单片机还会根据采集的温湿度值对相应的继电器开关进行自动控制，这样使整个系统更合理化。通过上述的设计思路，经过程序的编写以及对硬件的调试完成了系统的各种要求，实现了系统基本功能。3 硬件系统的设计3.1 温湿度传感器模块 本设计采用DHT11数字温湿度传感器进行温湿度的采集。DHT11数字温湿度传感器是含有已校准数字信号输出的复合传感器。传感器包括一
16、个NTC测温元件，一个电阻式感湿元件，并且和一个8位的单片机相连。因此具有响应快、抗干扰能力强、性价比极高等优点。DHT11的传感器的校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，这些校准系数在传感器内部的检测信号处理过程中被调用。采用单线制串行接口，这样使系统集成变得更简洁。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，从而使产品具有极高的可靠性以及稳定性，使其成为各类应用场合的最佳选则。其规格参数如下：1供电电压为：35.5V 2输出信号为：数字信号 3温度测量的范围值：050 4湿度测量的范围值：环境温度在 0时为3090%RH 环境温度在25时为2090%RH 环境温度在50时为2080%R
17、H DHT11的外部结构实物图如图3-1所示：图3-1 DHT11实物图DHT11是数字传感器，因此不需进行模数转换，具体接口如下图所示： 引脚1：VDD 供电3 5.5V，和单片机的+5V引脚相连；引脚2：DATA 串行数据，单总线，和单片机的P2_0引脚相连； 引脚3：NC 空脚，悬空 ；引脚4：GND 接地，电源负极，和单片机的地引脚相连。DATA用于单片机与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次通讯时间大概为4ms，数据分小数和整数两部分，当前的小数部分只是为了用于以后扩展，而现在的小数部分的读数为0，一次完整的数据传输为40bit。数据格式为：8bit湿度整数数据+8b
18、it湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和数据当传送正确时校验和数据=8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据(取结果的后八位)。当单片机发送一次开始信号后，DHT11就会从低功耗模式转换到高速模式，而在等待主机开始信号结束后，DHT11就会发出响应信号，并触发一次信号采集。DHT的通讯过程如图所3-2示：图3-2 DHT通讯过程仿真图总线的空闲状态为高电平，主机会把总线拉低等待DHT11的响应，为了保证DHT11能够检测到起始信号，主机必须把总线拉低的时间要大于18ms。DHT11接收到主机开始信号，等待主机开始
19、信号结束以后，就会发送低电平响应信号，持续时间80us。主机发送开始信号结束后，延时等待20-40us，读取DHT11的响应信号，主机发送开始信号切换到输入模式。进入到输入模式后的仿真如图3-3所示：图3-3 DHT输入模式仿真图DHT11发送响应信号后总线为低电平，等DHT11发送响应信号后，再把总线拉高80us，此时准备发送数据，数据位是0还是1由高电平的长短决定。若读取响应信号是高电平，但DHT11没有响应，则是线路的问题。当最后的1bit数据传送完后，DHT11将总线拉低50us，然后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。数字0信号表示方法如图3-4所示：图3-4 数字0信号仿真图数字1信号
20、表示方法如图3-5所示：图3-5 数字1信号仿真图完成此系统的设计，需要在温湿度变化的环境中演示成果。DHT11是一个很灵敏的温湿度感应器件，可以用手直接改变温湿度值来观察继电器开关的动作情况，同时通过接收到的短信内容进一步观察温湿度值的变化情况。DHT11是数字传感器，直接以信号送信息，不需要进行AD转换，因此本系统选用了DHT11来进行温湿度的采集。3.2继电器模块继电器是最重要的控制元件之一，其具有隔离功能，被广泛应用在通讯、遥控、遥测、自动控制、电力电子及机电一体化设备中。继电器一般都有能反映如电流、温度、压力、速度、光等的输入变量。感应机构也就是输入部分；有能对被控电路实现通和断控制
21、的执行机构即输出部分；中间机构也就是驱动部分在继电器的输入和输出部分之间，它的主要功能是对输入量进行功能处理，耦合隔离以及对输出部分进行驱动。继电器作为控制元件概括起来有如下几种作用：1放大的作用。一个很小的控制量便可以控制很大功率的电路。体现这种作用的有中间继电器、灵敏型继电器等。2综合信号作用。当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。3自动、监测、遥控的作用。安装在自动装置上的继电器和其他电器一起，组成程序控制线路，便可以实现自动化运行。4扩大控制范围的作用。当多触点继电器控制信号达到某个值时，就可按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。继
22、电器的实物图如下图3-6所示：图3-6 继电器开关实物图在本设计中要模拟禽舍环境系统，所以选择用继电器控制小灯来代替相应的温湿度控制设备，由温湿度值的变化来控制其开关，也可以通过短信来控制。在本系统中选用的单片机系统采用5V供电，为了方便，选择的是5V驱动的5脚继电器。由于单片机IO口电流不够驱动继电器，所以在本实验中选用了PNP的三极管连接上继电器。该电路是PNP三极管，所以采用集电极接低电平方式输出，当基极没有输入脉冲或电压时，基极为高电平，因为这是反极性三极管，所以平时是截止的，只有基极输入低电平，降低基极电压，这时三极管导通，继电器线圈得电吸合，原常闭触点断开，常开触点吸合，完成设备的
23、接通与断开功能。图中二极管反向接在线圈两端，是保护线圈不受反峰电压的冲击，对继电器起到保护作用。继电器电路如图3-7所示：图3-7 继电器电路图3.3 单片机模块3.3.1单片机接口部分控制器的主控部分是主控芯片单片机配合软件程序来完成信息的读取、处理、控制以及其他部分工作的，单片机的生产厂商很多，市场上的单片机型号也是种类繁多。本设计的主控芯片选用的是我国国内生产的STC89C52，与ATMEL公司的AT89X系列相比，STC89C52有前面提到的诸多优点：速度快，价格便宜，烧录方便简单等。单片机的外围电路如图3-8所示：图3-8 单片机的管脚图8051的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线
24、两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：Pin40：正电源脚，正常工作或对片内EPROM抄写程序时，接+5V电源。Pin19：时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。Pin18：时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体（2-12MHz）和振荡电容，振荡电容的值一般取10PF-30PF。另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。本设计采用外部时钟电路，外接晶振和电容组成振荡器。输入输出（I/O）引脚：Pin
25、39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚，Pin1-Pin8为P1.0-P1.7输入输出脚，Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚，Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚。在对单片机设计中，P0口作为程序存储器扩展口，且是扩展并行输入/输出的接口，另外也作为模数转换的数据传输口，P2口为程序存储器扩展口的高8位地址总线口，P1口为输入/输出口。Pin9:复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现2个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H， P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它
26、专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序1。单片机的初始态如表3-1。表3-1 寄存器初始状态特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器ACC00HBPSW00HSP07H00HTH0DPL00HTH0IPxxx00000BTH1IE0x00000BTL1TMOD00HTCON3.3.2 复位电路8051的复位方式有两种：一种是自动，一种是手动复位的。此外，RESET/Vpd是一复用脚，Vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失，在本设计中采用自动复位电路，复位电路如图3-9所示：图3-9 复位电路图3.3.3 电源电路
27、电脑USB口的电压是稳定的+5V，所以直接供给单片机就可以。单片机的内部电源电路如图3-10所示：图3-10 复位电路图3.3.4串口通信部分 MAX232是一种把电脑的串行口RS-232信号电平（-10 ，+10v）转换为单片机所用到的TTL信号电平（0，+5）的芯片，是专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路，使用+5v单电源供电。MAX232内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通
28、道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据2从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出3。第三部分是供电。15脚DNG、16脚VCC（+5v）。RS-232无论在任何时候都是很常用的传输接口。它不仅已被内置于PC，而且已被内置于设备，这些设备从微控制器到主机的多种类型
29、的电脑以及那些和他们相连接的。RS-232的最通常连接到一个Modem，像打印机，测试装置，数据采集模块和控制回路也拥有RS-232接口。当然在计算机的连接中也可以用到各种各样的RS-232，使通信操作变得更加简单。非平衡的状态听起来像是应该避免的，但是RS-232连接使用的是非平衡导线。在这里的非平衡仅仅是指导线中的信号的电气特性。在一条非平衡导线中，信号电压加到一条导线上，一个公共的接地线被所有的信号电压所使用。这种类型的接口也被称作单端。每秒20000位是指定的最大数据传输速率。但是，很多其他的接口芯片会超过这个数值，尤其是在短程连接上。很长的连接需要一个不同的接口。双向RS-232通信
30、的基本信号如下：TD：将数据从DTE（TX）传输到DCE（TXD）。RD：将数据从DCE（RX）传输到DTE（RXD）。SG：信号地。也被称作GND和SGND。串口通信电路如图3-11所示：图3-11 串口通信电路图RS-232的逻辑电平并不是只用5V TTL和CMOS逻辑的正电压信号表示，而是用正负电压表示。在一个RS-232的数据输出（TD），一个逻辑1被定义为等于-5V或者低于-5V，而一个逻辑0被定义为等于或高于+5V。换句话说，在这种逻辑中，信号使用负逻辑，负的电压为逻辑1。RS-232接口芯片对这些信号进行反向转换。主要体现在：在一个UART的输出引脚，一个关控制信号接近5V或者一
31、个逻辑1 数据位，它在RS-232的接口就会产生一个负电压；一个开控制信号接近于0V或者一个逻辑0数据位，它在RS-232接口就会产生一个正电压。一个正的电压表示这项功能为开，一个负的电压表示这个功能为关。控制信号使用相同的电压，但是使用的是正逻辑。因为一个RS-232接收器可能位于一条长电线缆的末端，等到信号到达接收者的时候，它的电压可能已经削弱了或者加载了噪声信号。考虑到这种情况，在接受方最低要求的电压要比在驱动器处低。一个比+3V高得多的输入在RD处是一个逻辑0，或者在一个控制输入处是一个开。一个比-3V要低得多的输入在RD处为一个逻辑1，或者在一个控制输入处为一个关。根据这个标准，在-
32、3V和+3V之间的一个输入的逻辑电平没有定义。事实上，因为UART在位的中间附近读取输入数据，并且还因为大多数的时间参考时钟是非常准确的，就可以使用短到5到10倍的切换时间的位宽度。考虑到这些，有的接口芯片允许115kbps或者更高的波特率，即使这违反了这个标准的建议。除了有一个最大的切换速度之外，RS-232 驱动器还必须符合最低标准以确保信号不在逻辑状态之间的未定义区域停留。对于控制信号和其他40bps和更低的信号，信号线必须花费不超过1ms的时间在有效的逻辑1和逻辑0之间的传送区域，对于其他数据和时间信号，这个限制是4%的位宽，也就是说在20bps下为2us。信号的上升和下降次数也要尽可
33、能的接近相等。很多微控制器有异步串口，但是它们的输出和输入使用5V逻辑而不是使用RS-232电压。将5V端口连接到一个RS-232端口需要转换到RS-232电平，同时也要从RS-232电平转换到5V逻辑。3.4 远程通信模块3.4.1 GSM的涵义GSM全名为：Global System for Mobile Communications，中文为全球移动通讯系统，俗称全球通，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准，此前一直是采用蜂窝模拟移动技术
34、，即第一代GSM技术（2001年12月31日我国关闭了模拟移动网络）。目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网络。GSM系统包括GSM 900：900MHz、GSM1800：1800MHz及GSM1900：1900MHz等几个频段7 。目前，国内已经开始使用的GSM模块有很多，而且这些模块的功能、用法差别不大。本设计采用的是西门子TC35系列的TC35i 。这种无线模块功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。TC35i与GSM2/2兼容、双频（GSM900/GSM1800）、RS232数据接口，该模块及射频电路和基带与一体，向用户提供标准的AT命令接
35、口。为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计8。设计选用GSM模块TC35i,给出其和PC机的通信电路，实现远地数据的传输。GSM模块中电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分：充电电池主要为整个系统提供3.6V工作电压,同时产生MAX3238所需要的高电平;三端电源模块LM7806将外部12V直流电源转换为6V，连到ZIF连接器的11、12引脚，在充电模式下，为TC35i提供6V、500mA的充电电源。启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。模块上电10ms后(电池电压须大于3V)，为使之正常工作，必须在15脚加时长至少为100ms的低电平信号，且该信
36、号下降沿时间小于1ms。启动后，15脚的信号应保持高电平。3.4.2 工作频段的分配我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段： 890915（移动台发、基站收）935960（基站发、移动台收）双工间隔为45MHz，工作带宽为25 MHz，载频间隔为200 kHz。随着业务的发展，可视需要向下扩展，或向1.8GHz频段的GSM1800过渡，即1800MHz频段：17101785（移动台发、基站收）18051880（基站发、移动台收）双工间隔为95MHz，工作带宽为75 MHz，载频间隔为200 kHz。3.4.3 GSM组网优点GSM具体优点如下几条：1信道稳定，传输质量
37、好，传输速率可达960bps以上。2系统容量较大，可传输数据量大，一条短信所能容纳的数据量最多可达100字节以上。3GSM信道无需中继，利用公网，不需要自建和维通信网，组网十分灵活。4GSM系统体积小，重量轻，工耗低。不需要架设室外天线，安装方便，不仅一次性投资少，而且维护管理简单，运行费用低。3.4.4 短信平台的缺点1受到GSM网络覆盖的面积限制，可能有些偏远的站点无法通信，因此适合在网络覆盖的范围之内。2短信的接受会出现延时现象，这就要求在使用的时候充分考虑具体控制余量的问题。3.5 TC35模块3.5.1 GSM模块的介绍GSM模块的厂家最早主要在国外，包括西门子、Wavcom、Sag
38、em等；随着国内的技术进步，国内厂家如华为、移远通信（Quectel)、Simcom、BenQ等模块由于具有更高的性价比，已经逐渐替代了国外品牌在国内市场上占据了主流的地位。TC35是德国SIEMENS（西门子）公司的一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块。它与GSM phase2/2+兼容，具有RS232数据口，该模块集基带和射频电路与一体、并提供标准的AT命令接口，其为数据、语音、短消息提供安全、有效、快速的传输，为用户的应用设计提供方便。本系统中选择了TC35模块进行短信的收发。系统模块的实物如图3-12所示：图3-12 串口通信电路图3.5.2 TC35的整体介绍TC35模
39、块主要由GSM基带处理器，GSM射频模块，供电模块，闪存，ZIF连接器和天线接口组成。TC35模块的原理框图如图3-13所示：无线连接器Flash ROM射频电路基带处理器电 源40引脚ZIF插座图3-13 TC35模块原理框图3.5.3 TC35的电源模块对于TC35模块采用3.6V供电，由于该电源电流必须满足输出电流能够达到2A，在此采用NATIONAL公司的LP3966-ADJ芯片。该芯片的管脚2为shutdown管脚，在设计的时候必须通过一个10K的电阻拉高到5V。为了使3.6V输出电源波纹小，在输出部分用了一个68Pf，33F和0.1F的电容，实现滤波。另外在芯片的输入端也放置了一个
40、68F的滤波电容，减小输入端收到的干扰。具体的电路如下：TC35的充电电压正端 POWER，如果通过外部的电源（如充电器） 供电，应保证Imax = 500 mA，Vin=5.5-8V。TC35的电源电路如图3-14所示：图3-14 TC35电源电路3.5.4 TC35的模块接口TC35主要通过串口与单片机进行通讯，从而对TC35的控制，通过与单片机的UART进行两线连接，对于TC35的其他管脚不用的时候悬空处理，如果该管脚为输入的话，通过一个10K的电阻上拉。另外/IGT管脚使控制TC35模块工作的管脚，需要上拉，并且将该管脚与单片机连接，从而实现单片机控制TC35的工作状态。它的电源管脚并
41、联在一起，另外TC35还需要连接SIM卡座子，具体的接口如图3-15所示。图3-15 TC35的接口设计图下面具体介绍在本系统使用到的管脚：VBATT+：供电胶管。供电电压在3.3V-5.5V之间 ，该胶管还必须满足峰值电流为2A。当模块在充电的时候，该胶管还可以作为输出管脚。所有的VBATT+必须并行连接在一起。GND：接地管脚。IGT：启动管脚。该管脚用来启动TC35模块进行工作。该脚管低电平有效。RXD0：发送数据到DTE。TXD0：接收数据从DTE。CTS0：清除发送。该信号有效表示TC35模块准备接受DTE数据。RTS0：请求发送。该信号有效表示DTE准备发送数据到TC35模块。如果
42、该管脚不用的话，通过一个10K的电阻将该管脚拉高。DTR0：数据终端准备好，DTE控制该信号线有效。如果该管脚不用的话，通过一个10K的电阻将该管脚拉高。CCIN：SIM卡连接胶管。该管脚用来检测SIM卡是否连接上，如果连上，该胶管被设置成高电平，如果没有连接上，则该管脚被设置成低电平。CCRET：SIM卡复位管脚。由基带处理器提供。CCIO：SIM卡的串行数据总线。输入输出数据。CCCLK：SIM卡的时钟线。CCVCC：SIM卡的电源输出管脚。CCGND：SIM卡的接地管脚。3.5.5 SIM卡的介绍SMS（Short Messaging Service）是最早的短消息业务，也是现在普及率最
43、高的一种短消息业务。目前，这种短消息的长度被限定在140字节之内，这些字节可以是文本的，可以是70 个汉字，或者是140个英文字母。SMS以简单方便的使用功能受到大众的欢迎，是属于第一代的无线数据服务。SIM（Subscriber Identity Module）卡叫用户身份识别模块。它实际上是一张内含大规模集成电路的智能卡，用来登记用户身份识别数据和信息。它是GSM系统中不可缺少的一个重要部分，是用户接入GSM网络的凭证，只有插入了SIM卡，移动终端才能接入网络。它的组成由CPU（8）位，程序存储器（3-8bit），工作存储器（6-16bit），数据存储器(128-256kbit)和串行通信
44、单元五个部分组成。SIM卡的正面如图3-16所示： 89860081100240557419图3-16 SIM卡的正面图SIM卡正面上有20值数码，前面的6位是中国的代号，第7位是业务接入号，在135，136，137，138，139中分别为5，6，7，8，9一般为0，现在的预付费SIM卡为1，第9，10位是各省的编码，第11，12位是年号，第13 位是供应商代码，第14-19位是用户识别码，第20位是校验位。 SIM卡的物理结构如图3-17所示： C1 C5C2 C6C3 C7C4 C8图3-17 SIM卡的背面图 一共有8个触点，各个触点如下：C1：Vcc电源电压。C2：RST复位端。C3：
45、CLK时钟，时钟速率通常由移动终端提供，SIM卡支持1-5MHz时钟，它在指定时间内运行监权过程时至少需要13/4MHz的时钟频率，其它情况下使用13/8MHz的时钟频率。 C4：无定义，为将来使用保留。 C5：GND地。 C6：Vpp编程电压。 C7：I/O输入输出。 C8：无定义，为将来使用保留。3.5.6 SIM卡座子TC35模块的SIM卡座子采用的是MOLEX座子，该座子由8个管脚，而TC35模块的管脚只有6个，具体的电路如图3-18所示：图3-18 SIM卡座子接线图上图只需要把对应的管脚与TC35连接，在电源接地端加入电容滤波处理，达到减小波纹的目的。4 系统的软件设计4.1软件设计思路本系统以单片机为核心器件，分成两大部分进行系统的软件设计：首先是温湿度传感器采集数据，单片机会对数据进行分析，再控制继电器相应的动作；其次是短信收发过程，用户通过向GSM模块发送指定的信息指令，通过串口将信息内容传给单片机，单片机再控制继电器作出反应或向用户发送短信，汇报采集信息。4.2温湿度采集部分在系统的实物连接中，DHT11温湿度传感器的2引脚连接单片机的P2-0引脚由于DHT11温湿度传感器是数字传感器，不需要进行AD转换，因此采集到的温湿度数据会以八位二进制的形式向
