发布时间 : 星期一 文章基于AVR单片的无线环境监测仪设计论文发表更新完毕开始阅读807741170b1c59eef8c7b4ca
基于AVR单片机的无线环境监测仪设计
李强 胡蕴琪 王晓君 公静霞
（山东大学物理学院 山东济南 联系电话：18769788395）
摘要:此设计以ATMega16单片机为控制核心，系统由探测节点完成对环境温、湿度的
数据采集和处理，并通过GSM模块定时向指定手机发送信息，电话号码和发送时间间隔可通过键盘随时更改。整个系统使用2节可充电锂电池供电，并配有太阳能充放电模块，适用于室外环境长时间的温湿度定点监测。
关键词:无线、环境监测、GSM模块，太阳能充电
1.前言
目前市场上已有便携式温湿度计、短距离的无线温湿度检测仪，方便着人们的生活。
但随着经济水平的提高，对传感器的远程化和无线化提出了更高的要求和需求。针对这一趋势，我们设计了这款基于AVR单片机的温湿度监测仪。它的优点在于能实现远程数据的采集，它是通过GSM模块实现的，这也就意味着即使远隔千里也可以实现数据的采集。
2.硬件设计
（1）数字型温湿度传感器DHT11
DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次通讯时间
4ms左右，数据分小数部分和整数部分，根据系统需求，此处只取整数部分。在采集数据时，单片机首先拉低总线电平给DHT11发送开始信号，然后拉高电平，DHT11检测到起始信号后拉低总线电平，表示DHT11响应。然后，单片机对DHT11发送的数据信号进行采集，电路图所示：
（2）GSM模块
此设计使用华为GTM900B 无线模块中的GSM部分，它支持标准的AT 命令及增强AT 命令，是高速数据传输等各种应用的理想解决方案。其中的Text模式只支持传送英文及数字信息，鉴于TEXT模式在运行中的易操作性，我们最终选择了这种模式作为GSM模块与单片机之间的通信方式。GSM模块与单片机的工作电平不同，使用时需用 MAX232进行电平转换。
（3）7段数码管显示模块
为方便程序编写，减少单片机I/O口的使用和系统资源，此设计使用4片带锁存功能的移位寄存器74HC595分别控制四段数码管静态显示。 （4）4X4矩阵键盘模块
初始化PB高4位输出0，低4位输入且使用内部上拉电阻，INT0低电平触发，平
时单片机不用扫描按键，当INT0触发时产生外部中断，单片机开始扫描按键，在中断程序中读取PB口的值，判断键值。键盘电路原理图及按键定义分别如下
（5）太阳能充放电模块
集成运算放大器LM358构成的串联型稳压电路将两节可充电锂电池稳压到5V左右，该模块可根据需要在4-6V之间调节稳压值。两路电压比较器LM393分别实现欠压和过压保护，调节滑动变阻器R14和R16可改变过压和欠压的阀值。降压二极管D1需根据太阳能电池板的最大输出电压选择一个或多个以及型号，使锂电池充电电压不超过8.4V。电路原理图如图所示:
3.软件设计
软件设计总体上采用基于数据缓冲区和中断的编程思想。单片机片内的存储器中，定义了四个数据缓冲区，分别是GSM数据缓冲区、DHT11数据缓冲区、七段数码管显示缓冲区、键盘数据缓冲区。GSM数据缓冲区采用循环队列的数据结构，DHT11数据缓冲区和键盘数据缓冲区采用线性表的数据结构，七段数码管显示缓冲区采用的是一维数组，用来存放显示数字的字形码。DHT11采集数据完成后，数据首先存入DHT11数据缓冲区中，然后放入七段数码管显示缓冲区中显示出来。键盘输入的键值首先存入键盘数据缓冲区中，同时也会存入七段数码管显示缓冲区中，并在数码管上显示出来，按“确定”键后，键盘缓冲区中的键值会被送入CPU中处理，更改系统设置或执行其他命令。系统也会定时将采集到的温湿度数据压入GSM发送队列进行发送。整个系统在基于中断的系统时钟下有序地运转。
系统的输入\\显示共分为五个模式，这五个模式由全局变量input_state（unsigned char）控制，并用switch语句控制具体程序中的转向。
4.结语：这款基于ATMega16单片机的无线温湿度监测系统在目前应用上还存在成本较高
的问题，但是低耗远程控制监测必将是未来环境检测系统发展的趋势，在这里我们仅作一些有益的探索，以期实现监测系统的诸多功能。
5.参考文献：
[1]马朝.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践.北京航天航空大学出版社.2011.08
[2]童诗白.华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社.2006.05 [3]王骐.单片机控制GSM模块实现短信收发的软件设计 [4]广州奥松电子有限公司. 数字温湿度传感器DHT11
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