远程环境监测系统研究【摘要】本文给出了一种基于LPC2132的远程环境监测系统设计。

它通过温湿度传感器和烟雾传感器采集数在微控制器LPC2132中处理，若温湿度超过设定的范围以及发生火情，则在第一时间通过TC35i将现场的警报信息发送给工作人员。

本系统设计成本低、可靠性好、运行稳定。

【关键词】环境监测GSM模块TC35i LPC2132 远程监控引言随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视环境监测的各种参数，如温湿度，有害气体，火警等。

许多产品对温湿度范围要求越来越严格，温湿度的检测和控制是一个经典的话题，生活中的各个领域里经常需要检测和控制某一特定环境的温湿度，使之能够稳定在一定的温湿度范围之内。

这就要求系统对温湿度的检测具有足够的精度和实时性，控制要有足够的精度，并且尽可能较低的成本，这样的产品才具有实用价值。

目前普遍存在的温湿度检测系统大都是人工守在PC机前观察，一旦人离开监控系统现场，就没有及时的信息传递，不利于工作人员离开现场后系统产生的报警等实时数据的接收。

不利于工业控制者根据温湿度变化及时做出相应的决定。

在这样的形式下，开发一种能够用手机短信的形式控制和接收温湿度的实时信息，可以及时得到受控点的温湿度信息及安全情况并做出相应的处理的监测系统成为一种需要。

1.系统硬件设计系统由信息采集终端和监控终端组成的。

信息采集终端由烟雾传感器电路、温湿度检测传感器电路、微控制器LPC2132和TC35i模块组成。

传感器电路将检测到的数据传送到LPC2132内部进行A/D转换，并处理，如果温湿度不在设定范围内，则启动中央空调进行温湿度调节；如果检测到发生火情，则启动自动灭火装置进行迷惑；同时启动TC35i进行远程报警，发至目标手机，实现双重报警，安全可靠。

1.1主控芯片选择目前，在普遍应用的主要有8位、16位、32位三种类型的单片机。

8位的单片机出现多年，虽然其技术已经相当成熟，而且仍然是当前市场的主流机型。

在对数据处理的速度和数据量要求不高的场合，使用8位单片机可以获得很高的性价比。

由于本系统对数据的处理能力有较高要求，所以不选用8位单片机。

为了兼顾处理速度和性价比，系统选用PHILIPIS公司的LQFP64的LPC2132处理器。

该微控制器主要特点如下[1]：（1）32位ARM7TDMI-S核，超小LQFP64封装，低功耗。

（2）16KB的片内静态RAM和64的片内Flash程序存储器。

（3）多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、2个高速I2C总线（400Kb/s）、SPI和具有缓冲作用和数据长度可变功能的SSP。

（4）向量中断控制器。

可配置优先级和向量地址。

（5）CPU操作电压范围：3.0V～3.6V，I/O可承受5V电压。

多达47个（可承受5V电压）通用I/O口。

（6）通过片内PLL（100us的设置时间）可实现最大为60MHz的CPU操作频率。

（7）低功耗模式：空闲和掉电。

1.2温湿度检测电路本文采用Sensirion传感器公司推出的新型集成数字式温湿度传感器SHT10。

该传感器采用采用CMOS过程微加工专利技术（CMOSens technology），确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。

该传感器由1个电容式聚合体测湿元件和1个能隙式测温元件组成，该产品具有功耗低、反应快、抗干扰能力强等优点。

SHT10的供电电压为2.4V～5.5V。

传感器上电后，要等待11ms，从“休眠”状态恢复。

在此期间不发送任何指令。

电源引脚（VDD和GND）之间可增加1个100nF的电容器，用于去耦滤波。

SHT10的两线串行接口（bidirectional2-wire）在传感器信号读取和电源功耗方面都做了优化处理。

串行时钟输入（SCK）引脚是MCU与SHT10之问通信的同步时钟，串行数据（DATA）引脚是1个三态门，用于MCU与SHT10之间的数据传输。

DATA的状态在串行时钟SCK的下降沿之后发生改变，在SCK的上升沿有效。

在数据传输期间，当SCK为高电平时，DATA数据线上必须保持稳定状态。

在设计中为避免数据发生冲突，MCU驱动DATA使其处于低电平状态，而在外部接1个上拉电阻将信号拉至高电平。

1.3烟雾探测器电路烟雾探测器，也被称为感烟式火灾探测器。

本设计采用的探测器是MC145018P，MC145018P是一款用于离子型烟雾报警器它的工作原理是在电离室内含有少量放射性物质，可使电离室内空气成为导体，允许一定电流在两个电极之间的空气中通过，射线使局部空气成电离状态，经电压作用形成离子流，这就给电离室一个有效的导电性。

当烟粒子进入电离化区域时，它们由于与离子相接合而降低了空气的导电性，形成离子移动的减弱。

当导电性低于预定值时，探测器发出警报。

MC145018P的特点是：只需简单外围电路的配合即可使用。

6V～12V宽工作电压范围，低功耗。

最大电源电流：8uA。

工作温度范围：－10～60℃。

可通过I/O脚与最多40个报警单元互连以实现共同报警[2]。

各引脚都具有ESD和LatchUp保护功能。

1.4GSM模块TC35i应用电路本设计采用的TC35i是西门子公司推出的新一代无线通信GSM模块，支持短信的接收与发送。

工作在GSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.3～4.8V，电流消耗：休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA（平均），2.5A峰值；可传输语音和数据信号，功耗在GSM900和GSM1800分别为2W和1W。

SIM电压为3V/1.8V，TC35i的数据接口，通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为300～115kbps，自动波特率为1.2～115kbps。

TTC35i模块有40个引脚，这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制[3]。

系统加电后为使TC35i进入工作状态，必须给启动脚IGT加一个大于100ms的低脉冲，电平下降持续时间不可超过1ms。

TC35i使用外接式SIM卡，SIM上的CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND通过SIM卡引脚与TC35i的同名端直接相连，ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。

SYNC引脚有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示TC35i的工作状态，可用AT 命令AT+SYNC行切换[4]，本模块使用的是后一种。

当LED 熄灭时，表明TC35i处于关闭或睡眠状态；当LED为600 ms亮/600ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35i正在行网络登录；当LED为75ms亮，3s熄时，表明TC35i已登录进网络，处于待机状态。

TC35i模块的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-TRS232接口标准。

它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps～115kbps之间可选[5]。

TC35iRXD和TC35iTXD为TTL的串口通讯脚能和微处理器直接通信。

2.软件设计系统主要的任务是实时监测被控对象的温湿度以及是否有险情发生，然后通过TC35i发送到监测中心。

系统软件设计的重点在于微处理器的编程。

通过向TC35i写入不同的AT指令完成多种功能。

2.1AT指令GSM AT指令集，是由诺基亚、爱立信和摩托罗等公司共同为GSM系统研制的，其中包含了对SMS（Short Message Service）的控制。

利用通信模块进行数据通信，就是将数据体作为短消息的内容，从发送方的通信模块发送出去，通过短消息中心进行转发，这样就将数据传输出去；在本设计中主要用到的AT指令解析如下：（1）短消息发送命令：AT+CMGS=，PDU is given。

在该命令中，先发送命令AT+CMGS=，然后等待TC35i模块返回“>”字符，返回字符后，再具体输入PDU的内容，并以字符“ctrl-Z”结束；在基于PDU 格式的短消息中，所有参数均在PDU数据包里[6]。

（2）读短消息命令：AT+CMGR=INDEX主要用来阅读指定位置的短消息[6]。

2.2软件流程监测软件主要包括初始化程序、信号采集处理程序和短消息收发程序等。

初始化程序包括硬件初始化、定时器和串口初始化；信号采集和处理主要完成外部采集的温湿度转换；接收短消息采用查询方式，一旦短消息到达，调用串口接收程序接收短消息，并做出相应处理；发送信号采用定时方式，将采集的温度、湿度以及是否有险情发生调用发送指令将短消息发送到监测中心。

结论本文对基于LPC2132的远程环境监测系统硬件和软件设计进行说明。

温湿度检测采用SHT10，非常适用于多点、恶劣环境下的温湿度监测系统。

采用的MC145018P烟雾传感器外围电路简单，运用方便。

在整个系统的设计中，采用的模块利于系统集成，成本较低，运行稳定可靠，适用于远距离监测，不受地形条件的限制，有着广泛的应用前景。

参考文献：[1]周立功.深入浅出ARM7.北京航空航天大学出版社. 2005.[2]李道华，李玲，朱艳.传感器电路分析与设计[J]，武昌：武汉大学出版社，2003：121-138.[3]李迎春.基于TC35i的短消息监控系统[J].国外电子元器件，2003，（1）：20-22.[4]臧怀泉，李海生，范亚伟.基于GSM的温湿度远程监测系统[J]，微计算机应用，2005，26（2）：207～210.[5]吴青，仵博.基于TC35i的GSM报警器的设计与实现[J]，微计算机信息，2009（02）：303-307.[6]西门子公司.TC35i/TC37GSM模块用户手册[EB/OL].2006.（作者单位：中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司）。