远程的灾害报警系统的设计
摘要: 时代在不断的向前发展，科学技术同时也在不断创新，人类同时也增加对社会的改造，随之而来的是频发的自然灾害。当前的预防和防测的方法比较原始，通过天气预报等来获取天气信息。气候信息是很看重它的时效性的，气候信息会随着时间的流逝变得没有价值。所以需要研究出一套更实用的预测系统，能在灾害发生前及时的通知当地群众，使人们能够及时避险，尽量避免或减少人员伤亡和财产损失。本次设计是一种采用51单片机技术的远程的灾害报警系统。环境信息的采集模块使用DS18B20温度传感器、HS1101湿度传感器、JL-FS2风向、JL-FX2风速、翻斗式雨量、压力式水位传感器。将采集到的环境信息发送给单片机处理，当实际测量的数据大于预设的数值时，单片机将通过远程通讯GSM模块（TC35）把报警信号发送给接收端。
关键字：AT89S51；GSM；传感器；灾害报警；
Remote Disaster Alarm System
Absrtact: The Times in the continuous development of science and technology also in constant innovation, human beings also increase the transformation of society, followed by frequent natural disasters. Current methods of prevention and testing are relatively primitive, and weather information is obtained through weather forecasts. Climate information becomes useless when it loses its timeliness and accuracy. Therefore, a more practical prediction system is needed to inform the local people in time before the disaster occurs, so as to avoid or reduce casualties and property losses. The design is a remote disaster alarming system using 51 single-chip technology. The collection module of environmental information uses DS18B20 temperature sensor, HS1101 humidity sensor, JL-FS2 wind direction, jl-fx2 wind speed, tipping bucket type rainfall, pressure type water level sensor. The collected environmental information will be sent to the SCM processing, when the actual measured data is greater than the preset value, SCM will pass the remote communication GSM module (TC35) to send the alarm signal to the receiving end.
Keywords: AT89S51; GSM; Sensor; Disaster alarm;
目录
第一章 绪论 4
1.1远程的灾害报警系统课题的背景和意义 4
1.2远程的灾害报警系统课题需要研究的内容 4
第二章 远程的灾害报警系统的总体设计 5
2.1课题研究所需硬件的选择 5
2.1.1单片机的选择 5
2.1.2传感器模块的选择 5
2.1.2.1温度传感器 5
2.1.2.2湿度传感器 6
2.1.2.3风速传感器 6
2.1.2.4风向传感器 7
2.1.2.5水位传感器 7
2.1.2.6雨量传感器 7
2.1.3键盘输入模块的选择 8
2.1.4无线通信模块的选择 8
2.1.5显示模块的选择 9
2.2远程的灾害报警系统硬件总框图 9
第三章 远程的灾害报警系统硬件设计 10
3.1核心控制单元AT89S51的最小系统设计 10
3.1.1AT89S51的介绍 10
3.1.2复位电路 12
3.1.3振荡电路 12
3.2传感器模块的设计 12
3.2.1数字温度传感器DS18B20 13
3.2.2 HS1101湿度传感器 13
3.2.3 JL-FS2 三杯式风速传感器 15
3.2.4 JL-FX2尾翼式风向传感器 15
3.2.5压力式水位传感器 16
3.2.6翻斗式雨量传感器 17
3.3矩阵键盘模块 17
3.4液晶显示模块 18
3.5无线通信模块 20
3.6PCF8591AD转化模块 22
第四章 远程的灾害报警系统软件设计 25
4.1矩阵式键盘软件设计 25
4.1.1矩阵键盘流程图 25
4.1.2矩阵键盘程序设计 26
4.2液晶显示1602软件设计 27
4.2.1液晶显示流程图 27
4.2.2液晶显示程序设计 27
4.3温湿度采集软件设计 29
4.3.1温湿度采集流程图 29
4.3.2温湿度采集程序设计 29
4.4PCF8591AD转化模块软件设计 31
4.4.1PCF8591AD转化模块设计流程图 31
4.4.2PCF8591AD转化模块程序设计 31
第五章 调试 32
第六章 总结 33
小结与致谢 34
参考文献 34
附录一 35
附录二 36
第一章 绪论
1.1远程的灾害报警系统课题的背景和意义
远程的灾害报警系统非常符合现在市场的需求。以前的人们通过观察天气的变化来做出相应的判断以及采取相应的防范措施，因为是经验的积累并不是准确的信息，准确性可想而知，对人们的生活带来很多麻烦。因此以前的人们在自然灾害面前显得无能为力，时代在发展，科技在不断的进步，电子元器件的体积从而得到减小，很多电路都集成在一起。因此单片机可以被做的很小，体积变小了，集成的量就多了，处理速度变快，功耗也变低了。这里采用AT89S51单片机为控制核心，使用温度、湿度、风速、风向、水位、雨量传感器这六要素环境采集传感器来获取周边环境的变化。当天气环境异常变化时，会通过远程通讯模块发送报警信息给终端，以达到预期的目的。
远程的灾害报警系统也广泛应用在农业、畜牧业等方面，我国是名副其实的农业大国，农业的发展对国家的经济有很大的意义。现在的农业呈现集中化、机械化，自然环境因素对农业生产的影响得到了广泛的重视。农作物的生产产量和天气气候有着分不开的关系。我设计的这套报警系统检测农作物周边的的温湿度等气候信息，当出现恶劣的天气环境，会通过无线通信给终端发送报警信息。
本次设计的远程灾害报警这套系统相比于传统的灾害报警系统，我采用了远程无线通信的方案，取代了以前的有线通信。无线通讯的优势在于成本低廉，无线的安装相较于有线安装，而且设备维护起来方便、故障诊断也变得简单。无线通信更加适用现在市场的需求。有线电缆在长时间使用过程中难免会遇到线路老化导致的一系类问题。产品的安全性也很重要，新型的加密方法和隐蔽的数据传送预示着无线的安全级别将远远超过有线系统。
1.2远程的灾害报警系统课题需要研究的内容
主要研究的内容：
（1）采集温度湿度信号，测量范围：-20℃±0.5～+60,0～100%±0.5；
（2）采集风向风速：45m/s±1；360°±3°；
（3）采集雨量：误差1mm；
（4）采集水位：误差1mm；
（5）能设定上限和下限；
（6）具有远程报警功能。
远程的灾害报警系统依据上文研究内容的参数要求进行设计的。此设计采用AT89S51单片机作为核心控制模块，温度传感器使用DS18B20，HS1101湿度传感器来采集环境的湿度，还有三杯式式风速传感器和尾翼式风向传感器等。以此组成一个灾害报警系统，当环境的变化异常会向终端发出报警信号，起到预期的报警作用。
第二章 远程的灾害报警系统的总体设计
2.1课题研究所需硬件的选择
2.1.1单片机的选择
方案一：采用AT89S51单片机，该单片机属于8位单片机，由于学习比较容易，是最基础的单片机，好多人都用这个单片机作为入门级单片机来学习。
方案二：采用STM32系列单片机，这款单片机是基于ARM处理器内核的 32位单片机，它的成本造价低，该单片机内部集成ad转换，性能高，处理数据的速度快，然而它的功耗却没有提高，变得很低。
对比上面两种方案，最终选择AT89S51单片机，因为他的性能已经够该设计使用，同时接口数量也满足我的需要，而且硬件资源分配起来方便简单，方便我们这些初学者使用。
2.1.2传感器模块的选择
2.1.2.1温度传感器
方案一：PT100温度传感器，该传感器属于热电阻式，该传感器在0摄氏度时电阻对应阻值为100欧姆，在该传感器的分度表中可以查找对应的温度值。该传感器的阻值会随着环境温度变化而变化，是一种近似正比例并非正比例的关系。
方案二：采用常见的数字温度传感器DS18B20，该传感器的体积很小，生产造价成本低，为了适应多种场合的需求，它采取了很多种封装形式，因此外界对其的影响较低。在使用时接3V-5.5V电源就可以，测量温度范围为-55℃至+125℃，随温度变化测量的精度可能会受到一些轻微的影响,但是他可以保证在 -23℃至+85℃时精度稳定在±0.5℃。
综合以上两个方案，方案二更能突出他的优越性，DS18B20是集成模块，可以被焊接在电路板上，不需要外接线路，采用方案二，不仅节省整个电路系统的空间，也使电路软件和硬件设计变得简单些。
