基于AT89C51单片机GSM网络为传输信息平台远程自然灾害报警系统设计
摘要: 现如今社会发展的速度越来越快，留下的文明成果越来越多，自然灾害对人类生命财产的影响越来越大。随着现代科技和技术的进步，报警系统从机械化人工化向着智能化方向发展。本设计以AT89C51单片机为核心控制单元，以GSM网络为传输信息平台，通过雨量传感器，水位传感器，温湿度传感器采集各类数据，通过Nrf24l01无线通信模块将几类传感器数据发给数据分析系统，系统分析数据得出该地是否有险情，如果产生险情，则通过GSM网络将报警信息发送给民众，从而实现准确快速地报警,尽量避免减少人民群众的生命财产受到损失。
关键词：GSM;AT89C51;雨量传感器；水位传感器；温湿度传感器；Nrf24l01
Remote natural disaster alarm.
Abstract: Nowadays, the pace of social development is getting faster and faster, and more and more civilized achievements have been left. The impact of natural disasters on human life and property is increasing. With the advancement of modern technology and technology, the alarm system has evolved from mechanization to intelligentization. This design uses the AT89C51 microcontroller as the core control unit, uses the GSM network as the transmission information platform, collects various types of data through the rain sensor, water level sensor, and temperature and humidity sensor, and sends several types of sensor data to the data analysis system through the Nrf24l01 wireless communication module. Analyze the data to find out whether there is dangerous situation in this place, if produce the dangerous situation, send the warning information to the public through GSM network, thus realize the accurate and rapid warning, try to avoid reducing people's lives and property losses。
Keywords: GSM; AT89C51; Rainfall sensor；Water level sensor ；Temperature and humidity sensors. Nrf24l01
目录
第一章 绪论 5
1.1远程自然灾害报警系统课题的背景及意义 5
1.2远程自然灾害报警系统课题研究的内容 5
主要研究的内容 5
第二章 远程自然灾害报警系统的总体设计 6
2.1 硬件选择论证 6
2.1.1 CPU的选择 6
2.1.2 无线通信模块的选择 6
2.1.3 转换模块的选择 7
2.1.4 雨量传感器模块的选择 8
2.1.5 水位传感器模块的选择 8
2.1.6 温湿度传感器模块的选择 9
2.2 系统硬件总框图 9
第三章 远程自然灾害报警硬件设计 10
3.1核心控制单元AT89C51最小系统设计 10
3.1.1AT89C51介绍 10
3.1.2 引脚说明 11
3.1.3 振荡器的特性 12
3.2ADS1110模数转换模块 12
3.3 SIM800L GSM模块 17
3.4传感器模块 18
3.4.1 雨量计传感器 18
3.4.2 水位传感器 19
3.4.3 温湿度传感器 20
第四章 远程自然灾害报警软件设计 21
4.1 A/D转换程序设计 21
4.2 Nrf24l01发送软件 23
4.2.1 发送流程图 24
4.2.2 Nrf24l01关键程序 24
4.3 GSM通信模块 26
4.3.1 GSM通信流程图 26
4.3.2 GSM关键代码 27
4.3传感器模块 29
4.3.1雨量传感器流程图 29
4.3.2水位传感器流程图 31
4.3.3温湿度传感器流程图 33
4.4软件页面 34
第五章 调试 35
5.1 功能实现与调试 35
5.2 数据测量与比较 35
第六章 总结 36
小结与致谢 36
未来展望 37
参考文件 37
附录 38
第一章 绪论
1.1远程自然灾害报警系统课题的背景及意义
现如今社会发展的速度越来越快，留下的文明成果越来越多，自然灾害对人类生命财产的影响越来越大。早前人类对自然灾害的预警只能通过人员监控，但是依靠人员的监控不仅费时费力，管理起来困难，而且并不能及时地把信息传递给所有人。在当前网络大范围地普及的情况下，因此，远程自然灾害报警系统就显得十分有必要了。
远程自然灾害报警体系可以防止生命损失并减少灾害对经济和物质的影响。 为了有效，预警系统需要积极参与危机社区，促进公众教育和风险意识，有效传播警报和警告，并确保持续的防备状态。 完整有效的预警系统支持四项主要功能：风险分析，监测和警报; 传播和交流; 和一个应对能力。该系统把收集到的温度，湿度，雨量计，水位计等信号经过Nrf24l01无线通信模块实时回传给系统分析得出否有灾害的结论，经由GSM短信信息通知给人民群众。
1.2远程自然灾害报警系统课题研究的内容
主要研究的内容
（1）设计传感器模块，控制模块，通信模块；
（2）采集雨量计传感器信息，采集水位计传感器信息，采集温湿度传感器信息；
（3）将信息通过射频模块Nrf24l01发送出去；
（4）通过系统分析参数，得出结论；
（5）平台通过GSM网络将报警信息发送出去。
我的课题是远程自然灾害报警。经过仔细筛选选用AT89C51作为整个系统的核心。数据采集的是各个传感器的数据和雨量计水位计的数据，要求的精度不高，但是要求持续工作能力强，需要一直在线传输数据。所以我选择采用精密的，连续自校准的模数（A / D）转换器，采用小型SOT23-6封装，具有差分输入和高达16位分辨率的A/D转换器ADS1110，A/D转换器与单片机相连，然后将数据通过通信模块发送出去。因为通信模块是最重要的，所以我采用Nrf24L01作为无线通信的核心，通过配置寄存器可将Nrf24l01配置为发射模式，可以较好地发送A/D转换后的数据量，实现长时间发送数据的工作。
第二章 远程自然灾害报警系统的总体设计
2.1 硬件选择论证
2.1.1 CPU的选择
选择1：AT89C51是由美国公司生产的微型计算机，它是一个基本的微处理器，低功率，功能稳定，一个简单的结构，适合长期的工作需求。AT89C51是一款8位微控制器，属于Atmel的8051系列。 ATMEL 89C51具有4KB的Flash可编程和可擦除只读存储器（PEROM）和128字节的RAM。 它可以被擦除并编程到最多1000次。适合新手学习使用。
选择2：MSP432是德州仪器的混合信号微控制器系列。 它基于32位ARM Cortex-M4F CPU，并扩展了它们的16位MSP430产品线，其代码和数据的地址空间更大，并且比MSP430更快的整数和浮点计算。它有许多内置的外围设备，专为低功耗需求而设计，但是不太适合我们这些新手使用，复杂度相对较高。
综上所述，我选择适合我们学生新手使用的AT89C51单片机。
2.1.2 无线通信模块的选择
选择1：基于PTR2000的模块。由一个发送和接收模块组成，正常工作的频率为433MHZ，正常工作的电压为2.7 V，有时电流仅为8uA，使其功率非常低。低发射被用来表示距离传输距离，这是由FSK调制的，具有更强的抗性能力。
选择2：nRF24L01模块，nRF24L01是一款带有嵌入式基带协议引擎（Enhanced ShockBurst）的单芯片2.4GHz收发器，专为超低功耗无线应用而设计。 nRF24L01设计用于2.400-2.4835GHz的全球ISM频段。的MCU（微控制器）和极少的外部无源部件需要设计与nRF24L01.The nRF24L01的无线电系统被配置和操作通过串行外设接口（SPI）。通过这个接口寄存器映射是否可用。寄存器映射包含了所有的nRF24L01配置寄存器和嵌入的基带协议引擎的所有的操作模式可访问的基于分组的通信，并支持从手动操作，以先进的自主协议操作的各种模式。内部FIFO确保无线电前端和系统MCU之间的数据流畅通。增强的冲击突发通过处理所有高速链路层操作来降低系统成本。无线电前端使用GFSK调制。它具有用户可配置的参数，如频道，输出功率和数据速率。nRF24L01支持的数据速率可配置为2Mbps。高数据速率与两种省电模式相结合，使nRF24L01非常适合超低功耗设计。内部稳压器确保高电源抑制比（PSRR）和宽电源电压范围。
综上所述，我选择兼容性和稳定性更好的Nrf24l01模块。
GSM模块：全球移动通信系统（GSM）系统是一种广泛部署的数字移动电话标准，部署在全球各地的欧洲和其他地区。 GSM标准利用了TDMA（时分多址）的变体，是目前市场上三种竞争传统数字无线技术（GSM，TDMA和CDMA）中部署最多的。 GSM标准首先数字化，然后压缩信息。 一旦压缩，数据就会在一个通道上传输，以及位于各个时隙中的另外两个用户信息流。 GSM工作在900 MHz或1800 MHz频段。在GSM网络中，基于实施环境有五种小区尺寸，它们具有不同的覆盖区域。基站天线通常位于建筑物或桅杆上的屋顶级别之上，并且具有比其他小区更远的范围。 Femtocell是专为小型商业环境或居民区使用而设计的，微微蜂窝是专为内部使用而设计的小型蜂窝。 小区的有效水平范围取决于许多因素，包括环境，天线高度，传播条件和天线增益，可以达到20英里或更长。通过将GSM射频的芯片，基带处置的芯片，存储器，功放的器件全部集成在一块线路板上，有单独的操作系统，GSM射频的处理，基带的处理，并且还供给标准接口的功能模块。这是必选的模块。
参考文件
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