无线环境监测系统设计

论文总字数：17473字

目 录

1 绪论 1

1.1 选题的目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本设计主要研究内容 2

2 系统总体结构与工作流程 3

2.1 系统构成 3

2.2 工作流程 3

3 GSM模块介绍 4

3.1 GSM介绍 4

3.1.1 GSM发展历史 4

3.1.2 GSM规范 5

3.1.3 GSM不同阶段 5

3.2 SIM900A功能介绍 5

3.3 SIM900A的产品特性 6

4 AM2302数字温湿度传感器 6

4.1 AM2302的介绍 6

4.2 AM3202的引脚 7

4.3 单总线接口 7

5 单片机的介绍 8

5.1 89S52-TQFP单片机 8

5.2 89S52-TQFP引脚介绍 9

6 GY-30光强模块介绍 10

6.1 模块的功能特点及应用 10

6.2 GY-30数字光模块的引脚功能介绍 11

7 电源模块 11

8 系统原理图 12

8.1 DHT22电路分析 12

8.2 单片机电路分析 12

8.3 光强电路分析 13

8.4 GSM电路分析 14

9 软件介绍 14

10 测试结果分析 14

10.1 系统准确性分析 14

10.2 系统稳定性分析 16

11 结论 18

参考文献 18

致谢 19

基于GSM的温湿度与光照强度监测系统

李曦

，China

Abstract：.This paper presents a module based on GSM remote temperature and humidity, light intensity detection system. The core components of the system are GSM module, digital temperature and humidity sensors, digital optical module. First single chip initialization temperature and humidity sensor and the light intensity sensor module.Then temperature and humidity module start detecting chip, light intensity, the detected temperature and humidity, light intensity data feedback to the microcontroller. Lastly, SCM data after being processed by the GSM module are sended to phone so that you can use this module to achieve a local temperature and humidity, light intensity detection function. When the temperature or humidity or light intensity value exceeds a predetermined value set , GSM module sends an alarm message to the phone side.

Keywords: GSM Module Sensor Digital Optical Module

1 绪论

1.1 选题的目的和意义

现代科技的飞跃的发展，使得一些科技的衍生品可以代替人类做一些工作。在常见的工业生产的过程中，温度是一个很重要的被控参数，尤其是钢铁、化工以及食品加工生产，对温度参数的控制贯彻始终，以前的温度控制大多是近距离的温控，随着人们对温控的速度精度要求愈来愈高，现在，在很多情况下需要对目标对象进行远程的温控，比如说要想探测另外一个地方的温度，以前的人们不得不跑到目标地区进行数据的收集才能得知结果，这样就导致人力、财力、时间的浪费。对温度的远程控制需要借助通信才能实现，一般有无线电或有线网络进行通信，两种通信方式都有各自的优缺点，综合比较我们一般采用无线电的通信方式。本设计基于GSM模块进行远程温湿度和光照强度监测，远程控制这一功能可以解决上述的问题。

第一个关于GSM的演示系统建立于20世纪90年代的嘉兴。自其开发相关业务后，到现在为止发展成为了最为成熟以及占有最大市场份额的一种数字蜂窝系统。GSM因其频段的不同可划分为以下几种，GSM900其工作频段在900MHz、GSM1800其工作频段为1800MHz，还有工作在1900MHz的GSM1900等等。

1.2 国内外研究现状

温度与人们的生活息息相关，只要生活在这个星球上，无论你做什么工作，你都会接触到温度这个名词。从英国工业革命到现在，温度控制的水平高低一直都是一个促进工业发展的决定性因素。比如在钢铁冶炼，玻璃制造，工业石化等领域，温控都是一个必须要考虑的因素,温控技术发展到现在，相较以前已经有了很大的提高，但大多都局限于近距离或直线距离的温度控制，而对无线远程的温控的研究和应用尚不成熟。无线远程温控不仅仅应用于工业生产，提升生产效率，它还可以大大便利我们的生活，提升我们的生活质量，所以未来远程温控的发展前景不可估量。根据被控目标的不同，温控技术可划分为恒温控制、动态温度跟踪。动态温度跟踪在工业化的生产中较为常见，很多工业的生产过程都需要实现这一控制目标，比如，发酵过程，冶金的冶炼过程，化工厂的一些化学反应都需要对其进行温度的精确控制。而恒值温度的控制是保持被控目标处于恒定温度状态，对其温度的上下波动幅度不能超过其稳态误差约定值。

我们可以依据温控技术的发展过程把它划分为PID线性控制法、智能温度控制法、定值温度开关控制法三大类。早在1922年美国就提出了PID的设计方法，这种设计方法的特点在于其结构简单便于操作，其控制性能能够满足大多数控制过程的要求，所以到了1940年前后，大多数的过程控制都采用的这种设计方法。到了20世纪60年代，在实际的生产控制过程中引入了现代控制理论，但要实现其理论的实现有难以逾越的障碍（对过程对象建立精确的数字模型），到了80年代，由于参数整定及自适应控制理论的发展，极大促进了PID控制理论的发展。PID因其独特的优势（可靠性高、算法简单），使得其在今天的工业过程控制中的应用依然广泛。相比较定值开关控温法，PID调节模型对误差（变化、积累）有着精细的控制，所以其控制性能优于前者。

第二种，智能温度控制法是在1971年由美籍华裔科学家傅教授最先提出的一个智能控制系统概念。到了1985年，智能控制就作为一门新颖的学科得到迅速的发展。智能控制理论结合PID控制，就可以将温控智能化。

第三种定值温度开关控制法，当我们对所设计的系统设定一个目标温度时，如果系统的硬件部分或软件部分经过分析计算发现实际温度与目标温度不相符，我们就可以根据其偏差采取相应措施。这种控制方法相对容易操作，不需要计算机的参与，一个简易的模拟电路即可。由于其有着不可逾越的缺陷（温度变化的滞后性引起的控制精度不理想），所以这种方法慢慢被一些先进的控制方法所慢慢淘汰，只在一些老工业生产过程中被使用。

控制算法决定着控制精度的稳定性，控制算法上的问题不能解决直接引起其控制精度的不稳定。下面介绍一些国内外已经或正在进行的实例，比如，甘肃大学所研究的一种X射线发生器（基于PID温控技术），为了使得发射的X射线波长能够满足系统所需，要对这种发射器有着很高的精度控制要求（0.5摄氏度的误差），如果不能满足这个精度要求，射线波长漂移问题会对整个设备的使用产生影响。在整个温度控制过程中，本应对被控目标建立一个精确的数学模型，但上文提到要建立一个这样的数学模型有很大的难度，PID技术可以克服建立数学模型这一障碍，使其控制精度控制在一定的范围内。

而模糊温度控制也是一种温度控制算法，如果有一些目标对象我们难以对其建立精确数学模型或稳定的数学模型，就可以引入这种控制算法。比如，武汉科技大学的研究人员在烟气加热炉的温控系统中引用了模糊PID的温控技术，大大提高了其运行状态及维护管理，同时还提升了其工作效率。而内蒙古科技大学的研究人员将PID控制技术和模糊控制技术共同运用到实际的生产研究中，这种控制策略使得被控目标对象的自适应能力得到提高，其控制精度也随之有了一个质的飞跃。

另外一种控制算法是数字PID控制，也是一种智能控制，这种控制算法的基础是微处理器，集微机、通信、控制技术于一身的一种智能控制。海军航空工程学院的设计人员设计了一种综合控制系统（包括智能、闭环、多控制等功能）。昆明理工大学信息工程学院的王教授将PID控制技术引入了LabVIEW中，并将这一技术成功运用在锅炉的温控中，完成了对其温度数据信息的采集及控制工作，其温控系统的工作效率也因此得到提升。日本Komatsu Electronics公司的一些技术人员对离子化热水器进行相关的研究，他们把现代控制理论引入PID控制技术中，成功将这一技术运用到离子化的热水器中，这种全新的温控方法对温度传感器数量要求很低，不需要很多的温度传感器就能实现对其温度控制，大大降低了运行成本，公司效益随之提高。目前国内对温度控制这方面的研究有一定的发展,但由于技术能力有限,发展的速度很慢,跟国外比起来还有不小的差距，在这方面还有很大的提升空间,只要我们能够突破控制算法上的一些瓶颈问题，坚持在这方面多做些研究实验，我们就能不断缩小与国外的差距。

1.3 本设计主要研究内容

本设计的核心器件有89S52-TQFP单片机、GSM模块、SIM900A以及AM2302数字温湿度传感器、GY-30数字光模块等等。AM2302数字温湿度传感器主要负责采集温湿度数据，单片机通过MAX232串口与GSM模块衔接。

功能的实现过程如下：首先单片机初始化温湿度传感器和光强度传感器模块，然后模块开始检测芯片上的温湿度、光照强度，把检测到的温湿度、光照强度数据反馈给单片机，最后单片机数据处理后交由GSM模块发送至手机，这样就能实现利用此模块进行某地方的温湿度、光照强度检测的功能。当温度值或湿度值或光照强度值超过预定设置值的时候，GSM短信模块发送报警短信给手机端。只要把此设计系统放到目的区域，当地任何时刻的温湿度、光照强度我们都可以通过手机掌控。

此设计项目有很多明显得优势，比如系统性能稳定，价格低廉，占地较小等等。经过一次又一次的调试，最终获得了和预期要求大致相符的结果，达到了此次设计的目标，当温度超过25℃、湿度超过80%或光照强度超过1000Lux，系统就会自动给手机终端发送警报提示。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：17473字

相关图片展示：