基于单片机的环境监测系统设计_宁欣

JournalofHenanInstituteofScienceandTechnology2008年12月

Dep.2008

基于单片机的环境监测系统设计

宁　欣,苗青林,李晓敏

(河南科技学院,河南新乡453003)

摘要:针对目前国内民用生活环境监测系统在实时、远程监控等方面的不足,设计了一种基于单片机与GSM网的环境监测系统。给出了系统结构框图、对数据的采集与传输进行了分析。系统实现了环境监测的远程化和网络化。

关键词:单片机;GSM;环境监测系统

中图分类号:TP39　　　文献标识码:A　　　文章编号:1673-6060(2008)04-0075-03

DesignofTheEnvironmentSupervisionSystemBasedonTheMicrocontroller

NingXin,etal.

(HenanInstituteofScienceandTechnology,HenanXinxiang453003,China)

Forthedeficiencyonrealtineandlong-distancesupervisionandcontrolofthecurrentsupervisionandcontrolAbstract:systemoncivilenvironment,thearticledesingsthesupervisionandcontrolsystemoncivilenvironmentbasedonSCMandGSMnet.Itdesignsthestruturediagramofthesystem.Itanalyzestheprocedureofdatacollectionandtramsmission.Thesystemrealizesnetcontrolandlong-distancecontrolofsupervisionsystemoncivilenvironment.Microcontroller;GSM;TheEnvironmentSupervisionSystemKeywords:

　　随着我国科技迅猛发展,工业化程度不断地得到提高,但自然生态环境却遭到了越来越严重的破坏。现实生活中,随着人们生活水平的提高,对生活环境的质量也提出了更高的要求。当前,国内用于

民用的生活环境监控系统较少,环境监测点通常位置分散、地理条件复杂、无人值守,因此人工抄取各监测点的数据很不方便、执行效率低,有线方式收集各监测点的数据投入大、布线麻烦、传输距离有限,没有形成一个完善的监控网。

随着单片机的广泛应用和通信技术的日趋发展,超远程的实时监控越来越倍受关注,尤其在国防和工业生产中更是起着无可代替的作用。针对上述情况,设计了一种基于单片机的环境监测GSM网络系统。

测系统,即建立了一个点到多个点的通信网络。

图1　系统结构

系统主要构成有:数据采集模块、单片机控制模块、

发射和接收及监控模块,其结构如图1所示。数据采集模块将采集到的信息,利用现有的GSM网,以短消息的形式发送出去,接收模块将接收到的信息送给监控计算机,来实现监控。

整个系统需要解决三个技术难题:①单片机如何控制A/D转换器来处理现场的数据;②单片机怎样与无线发射模块实现连接和实现通信;③接收模

1　系统实现及分析

本系统要求将监测到的现场空气的情况传送到环境监控中心,由环境监控中心的计算机做出相应

的分析和采取相应的措施,这样就建立了一个以监控室为中心和以若干个发送终端为基本监测点的监

收稿日期:2008-07-18

作者简介:宁欣(1976-),女,河南长垣人,工学硕士,讲师,主要从事机电教育研究。

752008年　　　　　　　　　　　　　　河南科技学院学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　块怎样实现监控计算机串口连接,并将相应的信息在监控计算机上显示出来。这些问题将在下面的各部分设计中逐一得到解决,它们也是本设计的重点。

MOVP1,A;送转化通道地址SETBP1.4;锁存地址SETBP3.6;开始转化

转换后的数据从单片机的P0口读入,这样就实现了89C51与AC0809D的软件和硬件连接。

2　数据采集部分

该部分由传感器、模数转换、单片机系统构成。

传感器的作用是感知CO的存在;模数转换器将传感器送来的模拟信号转换成数字信号,再将转换后的信号送于单片机进行处理。下面把各部分介绍一下。

2.1　传感器MGS1100

系统中用的传用的CO传感器。输出的是电压量,输出电压表达式为:VVRROUT=CRL/(S+L)

输出电压范围为0～5伏,这个范围正好与模数转换器输入电压相匹配。

2.2　模数转换ADC0809

模数转换器一方面它接收传感器送来的模拟信号,另一方面受单片机的控制转化成数字信号并输出,它的工作流程图如图2所示。系统使用的ADC0809模数转换器,它是逐次逼近型8位8通道A/D模数转换器,转换时间典型值为100us,模拟信号输入电压0～5V,电源电压为单电源5V.

3　传输部分

该部分完成把采集好的数据通过无线发射模块发送出去,需要解决单片机和发射模块之间的电平

转换以及实现二者之间的通信等问题。

GSM网的短消息业务应用十分广泛,利用GSM手机短信模块,将现场采集到的消息发送到监控室,解决了传统调制解调器调制过程比较困难的问题,抗干扰问题、发送短消息准确性的问题,使得消息发送的准确率有了大大的提高,传输距离也更长了,如果要开通GPRS业务,还能准确定位。3.1　电平转换的必要性

单片机系统使用的是TTL电平,高电平是+3.6伏,低电平为+0.3伏。但是串行通信中一般使用的是RS-232C通信协议,RS-232C对电器特性,逻辑电平所作的规定为高电平(逻辑1)为-3～-15伏,低电平(逻辑0)为+3～+15伏。显然,要实现二者之间的电平匹配,用串口电平转换芯片MAX232来实现单片机和无线发射模块之间的电平匹配。电路设计如图4所示。

图2　ADC0809执行流程

2.3　单片机89C51

系统选用89C51型单片机,它在数据采集部分中的作用就是控制ADC0809何时转换,何时输出数据。相应的实现程序为:

CHUSHIHA:CLRP1.4;初始化子程序

SETBP3.7SETBP3.6SETBP1.5RET

ZHUANHU:CLRP3.6;清零A/D寄存器76图4　RS-232电平转换电路

3.2　串口通信控制和波特率设置

系统采用异步方式传送信息,传送格式如表1所示。异步通信中,89C51提供了四种数据发送方式,系统需采用3方式来发送信息,对它的选择是通过对串行口控制寄存器SCON和功率控制寄存器PCON的设置来实现的。它传送一帧信息为11位。1位起始位,1位停止位,9位数据位。

　　　　　　　　　　　　宁　欣,等:基于单片机的环境监测系统设计　　　　　　　　　　　第4期

表1　串口通信传送格式

起始位

0

0/1

0/1

0/1

7或8位数据0/1

0/1

0/1

0/1

停止位0/1

1

4　计算机监控

设计中是采用VisualBasic来编写监控界面的。它的作用就是将接收模块送来的数据通过COM1或COM2端口读入计算机中,然后,通过相关程序的运算,将数据转换后在PC上显示。

　　采用通信方式3(波特率可变的模式)时,定时器工作于方式2(8位定时器,自动重载模式,用作波特率发生器)。晶振频率选择为11.0592MHz;定时器初始值为E8H.3.3　单片机和发射模块间的通信

WAVECOM是系统中所采用的发射装置,内嵌有GSMMODEM,该发射模块可以准确地发送和接听短信息,主要应用于远程监控。它有RS-232接口,通过RS-232电平转换电路可以实现与单片机的物理连接。WAVECOM将单片机送来的数据以短消息的形式发送出去的。单片机与WAVECOM的通信消息的模式如图5所示。

5　结束语

本文所研究的单片机监测系统可以实现环境监控的远程化和网络化,具有结构简单,监控方便等特点。目前,我国已经建立了较为完备的GSM网络,这为设计中远距离的传输数据提供了必要媒介。借助于GSM网建立一个环境监控网络从技术上或是市场上前景都是十分可观的。参考文献:

[1]　徐君毅.单片微型计算机原理与应用[M].上海:上海

科学技术出版社,1986.

[2]　李华,严天峰.串行通信软硬件的实现方法[J].电子

世界,2003(5):31-33.

[3]　李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京:北京航空

航天大学出版社,1999.

[4]　朱明程,李昆华.一氧化碳传感器MGS1100原理及应

用[J].电子技术,1998(1):39-40.

[5]　童善保.ADC0809与IBMPC机的三种接口方式[J].

电子技术,1997(7):5-8.

图5　消息模式

　　必须说明的是,单片机发给WAVECOM的指令是以ASCII码的形式出现发送,但信息不必转化成ASCII码;发送信息首先应该定义发送信息的模式,

WAVECOM提供了两种信息发送的模式,即PDU模式和文本模式。本系统采用在文本模式下发送信息,指令以AT开始,以〈CR〉结束;若指令有错误,ERROR可以返回;若指令运行正确,以OK返回。

(责任校对:张丰河)

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