基於移動終端的實時溫溼度監測與控制裝置的製作方法

2023-05-10 14:06:31 1

專利名稱：：基於移動終端的實時溫溼度監測與控制裝置的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種基於移動終端的實時溫溼度監測與控制裝置。
背景技術：
：溫度、溼度監測在人們現實生活和生產中應用己日漸廣泛，在發電廠、紡織、食品、醫藥、倉庫、農業大棚等眾多的應用場所，都需要對溫度、溼度參量進行有效的監測。隨著農業經濟與科技發展，許多果農、大棚溫室的業主、養殖戶業主，他們希望能隨時隨地方便的了解現場實時溫溼度數據，為現場決策工作提供技術支持。目前，現有的實時溫溼度檢測主要有二種一是人工實地實測溫溼度，這種方法費力耗神，缺乏經濟實效性；二是採用無線或有線遠程自動實時溫溼度採集，通常情況下，是在不遠處配一臺PC機終端，接收和處理實時溫溼度數據。對於各類業主，這種遠程實時溫溼度監測將受到PC機終端的高成本、不可移動性和有PC機終端維護和使用技能等應用限制，難以推廣使用。
實用新型內容本實用新型針對傳統的實時溫溼度監測系統的高成本、不可移動性等問題，提供一種基於移動終端的實時溫溼度監測與控制裝置。本實用新型可以通過以下技術方案予以實現一種基於移動終端的實時溫溼度監測與控制裝置，由手機及溫溼度監控終端構成，所述溫溼度終端包括GSM無線信息收發模塊、MCU處理控制模塊、溫溼度數據採集電路和設備控制電路，所述MCU處理控制模塊分別通過不同的埠與GSM無線信息收發模塊、溫溼度數據採集電路和設備控制電路的對應埠連接。所述溫溼度數據採集電路由溫溼度數據採集晶片及與之連接的MCU處理控制模塊的接口電路構成。所述GSM無線信息收發模塊由內裝有SIM卡的SIM卡接口電路、GSM模塊起動電路、GSM模塊基帶射頻和天線電路構成。所述設備控制電路由繼電器、控制電路及與之連接的MCU處理控制模塊的接口電路構成。與現有技術相比較，本實用新型具有以下優點(1)本實用新型的用戶終端為普通手機，而不用PC機，安裝、維護及操作簡單，用普通手機就可遠程操控本實用新型監測與控制裝置終端，實時獲取現場溫溼度數據，非常適合工作地點移動性強或缺乏PC機終端維護和使用技術的農業人群。(2)本實用新型成本低、體積小、可靠性和性價比高，節能性好，平時監測與控制裝置處於低功耗待機狀態。設計時解決了一個單片機如何有效地協調完成GSM模塊TC35i收發簡訊息通信、溫溼度數據採集、事務判斷與控制、電源管理等多任務工作。實現了MCS-51晶片資源使用的最大化。(3)本實用新型可擴展性、可移植性好，用戶只需要加入所需的參量傳感器，即可實現相應的數據採集和傳輸功能。1圖1是本實用新型的實時溫溼度監測與控制裝置的原理框圖。圖2是本實用新型的單片機和溫溼度傳感器的接口電路圖。圖3是本實用新型的GSM無線收發晶片和單片機接口電路與啟動電路圖。圖4是本實用新型的電源電路圖。圖5是本實用新型的主程序流程圖。圖6是本實用新型的數據收發子程序流程圖。具體實施方式如圖1所示，本實用新型的實時溫溼度監測與控制裝置由用戶終端(手機)及溫溼度監控終端構成，所述溫溼度終端包括GSM無線信息收發模塊、MCU處理控制模塊、溫溼度數據採集電路和設備控制電路，所述MCU處理控制模塊分別通過不同的埠與GSM無線信息收發模塊、溫溼度數據採集電路和設備控制電路的對應埠連接。如圖2所示，本實用新型的溫溼度數據採集電路由溫溼度數據採集晶片及與之連接的MCU處理控制模塊的接口電路構成，設備控制電路由繼電器、控制電路及與之連接的MCU處理控制模塊的接口電路組成。多個LTM8901的DQ端並聯掛在一條數據線上，通過三極體與MCU處理控制模塊的二個雙向I/O口(引腳P1.0、Pl.1)相連接。MCU處理控制模塊的一個I/O(P2.)直接與繼電器控制端相連接。溫溼度數據採集電路中，數字式溫溼度一體化傳感器LTM8901直接輸出數字量，無須信號放大電路和A/D轉換器。另外它採用一線總線制(ITU)，在一根數據線上可以接收、發送數據，並且可以掛接多個傳感器，單片機通過區別不同的傳感器序號來識別各測溫點和測溼點。單片機識別ITU總線上的數據位為1或0的方法有兩種，第一種為在檢測到每個BIT的下降沿後延時40-50US在採樣I/0口，讀到低電平即為"0"，讀到高電平即為"1".第二種方法為用檢測I/O引腳狀態並計算機器周期的方法來測量脈衝寬度，這裡用第一種方法即延時採樣的方法。另外，LTM8901傳感器具有溫溼度報警功能，用戶可設置最高和最低報警溫溼度，且設置值掉電不丟失。溫溼度報警觸發器TH和TL以及配置寄存器的設置值均以一個字節的形式存儲在EEPROM中，使用一個存儲器功能命令可對其寫入。如圖3所示，本實用新型的GSM無線收發模塊由啟動電路、SIM卡電路、TC35i模塊及與單片機的接口電路。啟動電路由開漏極三極體和上電復位電路組成。再連接TC35i模塊15腳上。TC35i模塊上電10ms後(電源電壓須大於3V)，為使之正常工作，必須在15腳(/IGT)加時長至少為100ms的低電平信號，且該信號下降沿時間小於lms，啟動後，15腳的信號應保持高電平。TC35i模塊的18腳RxDO、19腳TxDO為TTL的串口通訊腳，分別與MCU單片機的10腳RXD、11腳TXD相連接，構成接口電路。該接口讀取或發送TC35i模塊中的數據。TC35i內部沒有SIM卡座，需要外接，TC35i模塊的24-29引腳為SIM卡連接端；分別與SIM卡座的5個引腳相連，24-29引腳分別連接SIM卡座的I/0(數據)端、VPP端(SIM卡到位檢測，可不用)、VCC端(電源，2.9V)、GND(地)端、I/O(數據)端、CLK(時鐘)端。TC35i有40個引腳，通過ZIF連接器引出。這些引腳可劃分為5類，即電源、數據輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制，來實現電源連接、指令、數據、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過ZIF連接器及50Q天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。本實用新型的MCU處理控制器選用ATMEL公司的AT89C51。由於具有UART串口通信，可以容易地與標準的GSM模塊作串口通信，方便調試。該MCU單片機主要處理溫溼度數據採樣與處理，控制設備控制電路中的繼電器的開/關，控制GSM模塊TC35i收發簡訊息，檢測簡訊息內容加以處理等。它對溫溼度傳感器、繼電器開/關等進行控制和與GSM進行串口通信。如圖3所示，MCU單片機通過兩根I/0口控制TC35i的開關機、復位等，通過串口與TC35i進行數據通信，通信速率為9600Kbps，採用8位異步通訊方式，1位起始位，8位數據位，l位停止位。如圖4所示，本實用新型的電源主要用了可調穩壓器LM2941，其最大電流只有1A。該部份主要提供一個可靠穩定的電源給GSM模塊TC35i。由於GSM模塊對電源的要求特別高，在GSM正常工作時，模塊的供電電壓如果低於3.3V會自動關機。模塊發射時，電流峰值可高達2A。同時在此電流峰值時，電源電壓(送入模塊的電壓)下降值不能超過0.4V。否則GSM模塊TC35i會自己掉電進入掉電模式，無法正常工作。本實用新型的軟體設計的描述如下-1、通信方式採用定時發送、查詢和報警三種方式。(1)、定時發送方式用戶可以根據自己的定時需要通過手機終端向監控終端發送設定定時時間命令簡訊，監控終端中的MCU處理控制模塊對命令簡訊解碼，提取指令，執行相應的定時設置操作，如每天發送或每隔幾天發送也可設定具體是幾點幾分幾秒發送。當所設定的發送時間到時，監控終端會自動將此時的最新的溫溼度數據以短消息的方式發回用戶手機終端。(2)、査詢方式在任意時刻，用戶都可以通過手機終端向某一監控終端發送溫溼度査詢短消息來獲取當前最新的溫溼度數據信息。當用戶向某一監控終端發送短消息後，監控終端中的GSM無線收發模塊接收到短消息時，MCU處理控制模塊通過串口將數據讀入，首先對發送該短消息的用戶進行鑑權(身份驗證)，如果是非法用戶則不處理該短消息，如果是合法用戶，會回復當前最新的溫溼度信息，這樣設計可以屏蔽掉部分無用的短消息。(3)、遠程控制用戶可以根據自己的現場溫溼度的需要通過手機終端向監控終端發送設定上、下閾值溫溼度命令簡訊。在任意時刻，一旦現場溫溼度超出設定的上、下閾值溫溼度，系統能夠主動撥通合法用戶手機，發出報警溫溼度信息。用戶手機可向監控終端發送繼電器開/關簡訊息指令，對現場工作設備進行實時控制。2、數據發送格式GSM簡訊息收發程序設計的關鍵是單片機如何通過AT命令使用TC35iGSM終端收發簡訊息數據。根據GSM07、05的定義，SMS簡訊息的發送和接收模式共有3種:Block模式、基於AT命令的Text模式和基於AT命令的PDU模式。Text模式的簡訊息發送和接收比較簡單，採用Text模式發送接收簡訊息的步驟分為初始化GSM模塊、發送文本簡訊息和接收簡訊息。指令格式:發送標誌密碼本條消息指定功能操作"P123TEMP":"p,'發送標誌，"123"為密碼,"TEMP"為實時觀!l作。"P1213謂":"TEM"為定時測溫溼功能，"0"為關操作，"1"為開定時測溫溼功能操作。3、監控終端的軟體設計(監控終端通信的實現)通信程序採用彙編語言來實現。該軟體設計包括單片機系統主程序，溫度數據採集及數據轉換子程序，GSM簡訊息收發子程序，定時設置子程序，上、下閾值溫溼度設置子程序，溫溼度報警子程序等。這裡通過主程序流程圖和數據通信程序流程圖來說明監控終端通信的過程。'主程序採用無限循環方式，依次判斷定時發送標誌，手機查詢標誌，按鍵標誌，秒刷新標誌是否置位，若置位，則轉而執行相應的處理程序若未置位，則繼續進行下一項判斷，當定時發送標誌或手機查詢標誌置位時，程序強行進入串行口中斷，繼而執行數據通信程序。串行口中斷可由T1置位和R1置位兩種方式引起。當有串行口中斷發生時，首先根據標誌位的狀態判斷具體是何種指令碼引起的中斷，再繼而執行相應的通信子程序，發送確認信息給當前信息的手機號用戶。若串行口中斷是由非法指令引起，則被視為無效的信息，從而將當前收到的信息刪除。本實用新型的程序程序流程和數據收發子程序如圖5和圖6所示，本實用新型的各部分分別依照程序來完成任務。權利要求1、一種基於移動終端的實時溫溼度監測與控制裝置，其特徵在於由手機及溫溼度監控終端構成，所述溫溼度終端包括GSM無線信息收發模塊、MCU處理控制模塊、溫溼度數據採集電路和設備控制電路，所述MCU處理控制模塊分別通過不同的埠與GSM無線信息收發模塊、溫溼度數據採集電路和設備控制電路的對應埠連接。2、根據權利要求1所述的實時溫溼度監測與控制裝置，其特徵在於所述溫溼度數據採集電路由溫溼度數據採集晶片及與之連接的MCU處理控制模塊的接口電路構成。3、根據權利要求2所述的實時溫溼度監測與控制裝置，其特徵在於所述GSM無線信息收發模塊由內裝有SIM卡的SIM卡接口電路、GSM模塊起動電路、GSM模塊基帶射頻和天線電路構成。4、根據權利要求3所述的實時溫溼度監測與控制裝置，其特徵在於所述設備控制電路由繼電器、控制電路及與之連接的MCU處理控制模塊的接口電路構成。專利摘要本實用新型公開了一種基於移動終端的實時溫溼度監測與控制裝置，由手機及溫溼度監控終端構成，所述溫溼度終端包括GSM無線信息收發模塊、MCU處理控制模塊、溫溼度數據採集電路和設備控制電路，所述MCU處理控制模塊分別通過不同的埠與GSM無線信息收發模塊、溫溼度數據採集電路和設備控制電路的對應埠連接。本實用新型的用戶終端為普通手機，而不用PC機，安裝、維護及操作簡單，用普通手機就可遠程操控本實用新型監測與控制裝置終端，實時獲取現場溫溼度數據。另外，本實用新型可擴展性、可移植性好，用戶只需要加入所需的參量傳感器，即可實現相應的數據採集和傳輸功能。文檔編號H04M1/21GK201181992SQ20082004710公開日2009年1月14日申請日期2008年4月29日優先權日2008年4月29日發明者丘水生,慧廖,塗用軍申請人:華南理工大學