摘要：介绍一种以C8051F020单片机为微控制器的环境参数采集及远程监测系统。包括其硬件结构及软件流程的设计。系统通过微控制器控制无线模块PTR8000实现数据的无线收发，从而完成数据的采集、存储；并可以通过由TC35i构成的GSM M0DEM实现GSM短消息的报警和远程监测。系统结构简单，成本低，功耗低，适用于对野外或其他不便于铺设线缆的地区进行数据采集及远程监测。
关键词：TC35i；GSM；PTR8000；C8051F020；无线数据采集；远程监测

    在工农业生产中，对于采集数据的传输大多采用有线方式，因为有线方式的传输距离、数据传输速率以及抗干扰能力都要优于无线方式；然而对于在野外或者不便于铺设线缆的地区进行数据采集传输时，采用有线方式就受到了限制。针对这一特点，设计了采用无线传输方式的无线数据采集及远程监测系统。系统选用Cygnal公司的C8051F020单片机作为微控制器，集数据采集、存储、无线传输为一体，并实现通过GSM短消息进行远程监测和报警的功能。整体结构框图如图1所示。

1 系统总体结构及硬件设计
1．1 系统结构
    如图1所示，系统分为主机和从机两部分，从机将从传感器上采集的数据通过无线收发单元发送给主机，主机收到数据后，将其在显示单元显示并存储到存储器理。除此之外，主机模块还含有GSM短消息单元，通过该单元可以实现主机与GSM网内手机的短消息通信。GSM网手机用户可以通过短消息提出查询请求，主机收到短消息的请求后进行相应的处理，最终以短消息的形式回复该查询请求。另外，主机可以事先设定所采集数据的临界值，当达到该值时主机会向事先设定好的手机号码发送报警短消息，从而达到报警和远程监测的目的。
1．2 系统主要芯片的选择
    系统的主控芯片采用Cygnal公司的C8051F020单片机，该单片机采用高速8051微控制器内核，速度可达25 MIPS，具有8个I／O口，5个通用定时器，5个捕捉／比较模块及专用看门狗定时器，可同时使用SM—Bus，SPI及2个UART串口，内置64 KB高速存储器。模拟外设方面，芯片具有1个12位ADC，1个8位ADC，2个12位DAC及2个模拟比较器。芯片内部的这些数字和模拟外设将使系统的设计更加简单，集成度更高。
    无线收发单元采用PTR8000无线收发模块。PTR8000是高性能嵌入式无线收发模块，它的核心芯片是挪威Nordic VLSI ASA公司的nRF905。具有可选频道多，功耗低，抗干扰能力强的优点，其特性如下：433／868／915 MHz多频道多频段，1．9～3．6 V低电压工作，待机功耗2μA；超小体积，内置环形天线，性能稳定，对电源不敏感，传输距离更远；最大发射功率+10 dBm，高抗干扰GFSK调制。可跳频通信，数据速率可达50 Kb／s；有独特的载波检测、地址匹配、数据就绪等输出；内置完整的通信协议和CRC，通过SPI接口可以方便地完成所有的无线收发传输，使用简单。
    GSM短消息单元，采用SIEMENS公司的GSM无线通信模块TC35i，为其搭建外围电路，构成一个GSM MODEM，微控制器通过串口与其进行通信，控制其工作。GSM MODEM模块电路简图如图2所示。

    系统采用128×64点阵液晶显示模块作为显示单元，键盘采用4×4键盘，显示模块支持汉字显示，可以更好进行人机交换，使用者可以更容易、直观地和系统进行信息交互。
    存储器部分，因为系统选用的C8051F020微控制器内置64 KB高速存储器，对于一般数据量的存储已经足够。但是，考虑到特殊情况，系统还是设计了外部扩展存储器。外部存储器采用Ramtton公司的一款低电压铁电存储芯片FM24C512。其工作电压为2．7～3．6 V，适合在低功耗的单片机系统中应用。由于采用了铁电体技术，该芯片的数据交换速度极高，数据线可以支持的频率最高达到1 MHz，因此微控制器向FM24C512写入数据时一般无须加延时，并且使用寿命没有限制。系统主机电路简图如图2所示。
2 系统软件设计