基于单片机的环境监测系统设计

基于单片机的环境监测系统设计

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

Abstract:In view of the current domestic civil living environment monitoring system in real-time, remote monitoring deficiencies, based on the design of a single chip computer and GSM network environment monitoring system. Given the block diagram of the system structure, data collection and transmission are analyzed. System of environmental monitoring remote network.

Key words:Single chip microcomputerGSM Environmental monitoringsystem 前言

随着我国工业化程度不断地得到提高,自然生态环境却遭到了越来越严重的破坏。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、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。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。

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测试系统, 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:⑴如何控制 A /D转换器来处理现场的数据;⑵怎样与无线发射模块实现连接和实现通信;⑶接收模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。

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。

2.1传感器MGS 1100

系统中用的传送CO的传感器。输出的是电压量, 输出电压表达式为: VOUT = VCRL / ( RS + RL )

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.

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:

CHUSH IHA: CLR P1. 4; 初始化子程序

SETB P3. 7

SETB P3. 6

SETB P1. 5

RET

ZHUANHU: CLR P3. 6; 清零A /D 寄存器76

MOV P1, A; 送转化通道地址

SETB P1. 4; 锁存地址

SETB P3. 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。

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。

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, 系统需采用方式3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。

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

WA VECOM是系统中所采用的发射装置, 内嵌有GSM MODEM, 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。WA VECOM 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WA VECOM的通信消息的模式如图所示。