基于GPRS网络的室内温度采集器的设计

[摘 要]本文介绍了一种基于GPRS网络的室内温度采集器的设计方法,并且阐述了硬件工作原理和软件实现方法。

[关键词]GPRS(通用分组无线业务);无线通讯;温度采集

在线监测典型热用户的室内温度,是实现供热系统远程监控、自动运行,从而达到更深层次节约能源的基础。不仅可以实时掌握终端热用户室内供热质量,并且能及时对室内温度数据进行统计分析,调节供热系统运行在最佳状态。

一、技术方案

该室内温度采集器采用高性能、低成本的嵌入式单片机作为控制核心,通过一线式数字温度传感器采集室内温度,并由嵌入式GPRS模块通过移动GPRS网络与监控中心相连。多个室内温度采集器可同时通过无线网络连接监控中心,监控中心对各采集器进行登记和温度数据保存,以便做进一步处理。各温度采集器可实时或分时上报温度数据。

二、硬件设计

室内温度采集器选用宏晶科技的STC12C5410单片机,仅有20个引脚,是单时钟/机器周期(1T)的单片机,并且具有高速/低功耗/超强抗干扰的特点,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8~12倍,内部集成MAX810专用复位电路,见图1。

温度传感器DS18B20采用单根信号线,既传输时钟,又传输数据,而且数据传输是双向的。它具有节省I/O口线资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点.DS18B20与其他温度传感器相比具有以下特性:

1.具有3引脚TO-92小体积封装形式。在其内部使用了在板(ON-BOARD)专利技术,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

2.温度测量范围为-55℃～125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。

3.独特的单线接口方式。DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

以上特点使DS18B20 非常适用于室内温度采集器的设计。单片机与DS18B20的接口原理图见图1。

GPRS(general packet radio service)即通用分组无线业务,是建立在GSM网络的基础上的2.5代移动通信技术,它将无线通信与Internet 紧密结合。GPRS作为一种高速、高效、经济的无线系统,具有网络覆盖范围广、接入迅速、按流量计费、实时在线、没有任何布线的优点,特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输,也适合短时的突发大数据量通信,完全满足分布式的室内温度数据采集通信需求。本设计中采用8位单片机STC12C5410及GPRS模块SIM300D,设计的具有GPRS功能的室内温度采集器,实现了基于GRPS网络的室内温度数据采集,克服了传统有线通信方式所造成的造价高、覆盖范围小、扩展性差等缺点。本设计中采用的无线通讯GPRS模块是SIMCOM公司的SIM300D,它是一款体积小巧、采用板对板焊接的三频/四频GSM/GPRS模块。SIM300D内嵌TCP/IP协议栈,支持标准的AT指令集,接口电路简单,并且采用它的透明传输功能很适合用户的集成和应用。它与单片机的接口原理见图1和图2。图中用网络标号显示其接口连接关系。

三、软件流程

室内温度采集器的软件主要分为三部分:(1)主程序;(2)对温度传感器数据采集和存储程序;(3)维护GPRS模块工作状态和数据上传程序。主程序主要完成系统初始化(包括定时器初始化、串口初始化、温度传感器端口初始化等)。其它两部分软件的流程图分别见图3和图4。

室内温度采集器工作设置在间歇数据上传模式,这种工作模式可以1分钟或10分钟上传一次数据,该方式不仅可以降低无线通讯网络的占用率,从而提高通讯系统可靠性;而且能大幅降低温度采集的电源功耗。实际测试中,标称1 500mAh的可充电锂电池可连续工作7天。

四、系统应用

室内温度采集器和监控中心构成星形网络拓扑结构,监控中心在软件系统的控制下,实时接收来自各室内温度采集器的信息,完成TCP/UDP链路建立、维护、数据接收、存储等。室内温度采集器是全自动智能设备,可以自动启动GPRS拨号程序接入Internet,主动与监控中心建立TCP或UDP连接,并向监控中心上传温度数据,并且能接收控制中心的命令,改变自身工作状态。其系统组成结构见图5。

五、结论

该室内温度采集器是结合现代化通讯技术和数字化温度传感器技术研制成功的高性能测温产品,能实现热用户与

供热单位有效联系,真实掌握用户室内温度变化情况,及时了解供热效果,能为供热公司组织合理供热生产和避免能源浪费提供科学的管理依据。

参考文献:

[1]姚永平. STC12C5410AD系列单片机器

件手册[K].宏晶科技,2008.

[2]马云峰.数字温度传感器DS18B20的原理

与应用[J].电子元器件应,2003.

[3]SIMCOMLTD.SIM300Hardware Interface