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使用樂為物聯GPRS模塊搭建遠程環境監測系統

06-24
本帖最後由 數字 於 2013-3-28 11:06 編輯 使用樂為物聯GPRS模塊搭建遠程環境監測系統1 目的 試驗基於Arduino硬體平台，採用樂為物聯GPRS模塊監控不具備有線網路接入條件的山區環境，可以用於農業、林業數據採集。2 實驗條件 硬體設備列表：1) Arduino Nano約50RMB，

2) 樂為物聯GPRS模塊為測試版（必要的GPRS資費SIM卡），3) DSM501A模塊約30RMB，顆粒物感測器，目的在於監測花粉濃度，PWM輸出，4) HTF3223LF模塊23RMB，用於監測空氣溫濕度，NTC溫度輸出（試驗採用10k上拉），濕度頻率輸出，5) BH1750模塊13RMB，監測光照強度，I2C輸出，6) 降雨感測器，大約10元，用於監測降雨情況，邏輯電平輸出，7) LCD1602，大約10元， 數據系統平台：樂聯網http://www.lewei50.com3 硬體連線1) 樂為物聯GPRS模塊為6腳，本次只用1、2、3、4腳，1腳為Vcc接電源5-12伏輸入，2腳為接地，3腳為TTL電平TX，4腳為TTL電平RX。

2) DSM501A，本次只使用2、3、5腳，2腳為Vout 2 output (PWM)接Arduino D8， 3腳為Vcc接電源5伏，5腳為GND接地。

3) HTF3223LF模塊，使用1、2、3、4腳，1腳為NTC輸出端，接Arduino A0，2腳為GND接地，3腳為濕度頻率輸出，接Arduino D2，4腳為Vcc接電源5伏。

4) BH1750模塊為5腳，I2C介面，本次不用接ADD腳，VCC接電源5伏，SCL接Arduino A5，SDA接Arduino A4，GND接地。

5) 降雨感測器為4腳，邏輯輸出接Arduino D10，VCC接電源5伏，GND接地。

6) LCD1602，本次採用4數據線連接法，RS 接Arduino D12，Enable接Arduino D11， LCD D4接Arduino D4，LCD D5接Arduino D5，LCD D6接Arduino D6，LCD D7接Arduino D7，LCD R/W 接地，LCD V0接10k可調電阻，LCD使用5伏供電，背景燈可設開關。4 程序ARDUINO 代碼複製列印

  1. #include<string.h>
  2. //#include <SoftwareSerial.h>
  3. #include <Wire.h>
  4. #include <math.h>
  5. //#include <MsTimer2.h>
  6. #include <LiquidCrystal.h>
  7. LiquidCrystal lcd(12, 11, 4, 5, 6, 7);
  8. //* LCD RS pin to digital pin 12
  9. // * LCD Enable pin to digital pin 11
  10. // * LCD D4 pin to digital pin 4
  11. // * LCD D5 pin to digital pin 5
  12. // * LCD D6 pin to digital pin 6
  13. // * LCD D7 pin to digital pin 7
  14. // * LCD R/W pin to ground
  15. // * 10K resistor:
  16. // * ends to +5V and ground
  17. // * wiper to LCD VO pin (pin 3)
  18. //SoftwareSerial mySerial(9, 10); // RX, TX
  19. //String inputString = "";
  20. const int buttonPin = 10; //the number of the jiangyu input pin
  21. int buttonState = 0; // variable for reading the jiangyu status
  22. int Rain = 1;
  23. int BH1750address = 0x23;//BH1750 I2C地址
  24. byte buff[2];
  25. float BH = 0;
  26. const int analogInPin = A0;// Analog input pin that the potentiometer is attached to//*//Freqinput pin D2
  27. int pin = 8;//DSM501A input D8
  28. float wuchaxiuzheng = 0;
  29. unsigned long duration;
  30. unsigned long starttime;
  31. unsigned long endtime;
  32. unsigned long sampletime_ms = 30000;
  33. unsigned long lowpulseoccupancy = 0;
  34. float ratio = 0;
  35. float concentration = 0;
  36. float tempconcentration=0;
  37. int sensorValue = 0; // value read from the NTC
  38. int TEMPRATURE=0;
  39. int i=0;
  40. float R_Data=0;
  41. float U_data [111]={4.67,4.65,4.64,4.62,4.60,4.57,4.55,4.53,4.51,4.48,4.46,4.43,4.40,4.38,4.35,4.32,4.28,4.25,4.22,4.19,4.15,4.11,4.08,4.04,4.00,3.96,3.92,3.88,3.83,3.79,3.75,3.70,3.65,3.61,3.56,3.51,3.47,3.42,3.37,3.32,3.27,3.22,3.17,3.11,3.06,3.01,2.96,2.91,2.86,2.81,2.75,2.70,2.65,2.60,2.54,2.50,2.44,2.39,2.34,2.29,2.24,2.20,2.15,2.10,2.06,2.01,1.96,1.92,1.87,1.83,1.78,1.74,1.70,1.66,1.62,1.58,1.54,1.50,1.47,1.43,1.39,1.36,1.32,1.29,1.25,1.22,1.19,1.15,1.12,1.09,1.06,1.04,1.01,0.98,0.96,0.93,0.91,0.88,0.86,0.84,0.81,0.79,0.77,0.75,0.73,0.713,0.69,0.67,0.66,0.64,0.62};//溫度對應NTC電錶格
  42. int divider[6] = {0, 1, 8, 64, 256, 1024};//read RH use interrupt get F
  43. int prescaler = 5;
  44. double count = 0;
  45. double middle = 0;
  46. char x = 0;
  47. int Fout=0;
  48. int RH=0;
  49. byte du[8]={
  50. B00111,
  51. B00101,
  52. B00111,
  53. B00000,
  54. B00000,
  55. B00000,
  56. B00000,
  57. };//define 1602 char
  58. ISR(TIMER1_OVF_vect)
  59. {
  60. if (prescaler < 4)
  61. {
  62. prescaler++;
  63. }
  64. }
  65. void interrupt()
  66. {
  67. if (!x)
  68. {
  69. count = TCNT1;
  70. TCNT1 = 0x000;
  71. TCCR1B = prescaler;
  72. attachInterrupt(0, interrupt, FALLING);
  73. }
  74. else
  75. {
  76. middle = TCNT1;
  77. attachInterrupt(0, interrupt, RISING);
  78. }
  79. x = ~x;
  80. }
  81. void setup()
  82. {
  83. Wire.begin();
  84. Serial.begin(9600);
  85. //mySerial.begin(9600);
  86. //inputString.reserve(200);
  87. //MsTimer2::set(2000, timer); //定時器設置,每2秒觸發一次timer函數操作
  88. //MsTimer2::start();
  89. //pinMode(buttonPin, INPUT);
  90. analogReference(DEFAULT);//INTERNAL
  91. lcd.createChar(1,du);
  92. lcd.begin(16, 2);
  93. lcd.clear();
  94. // lcd.setCursor(0, 0);
  95. // lcd.print("PM2.5=");
  96. // lcd.setCursor(0, 1);
  97. // lcd.print("T= ");
  98. // //lcd.write(1);
  99. // lcd.print(" RH=%");
  100. // Serial.begin(9600);
  101. pinMode(buttonPin, INPUT);
  102. pinMode(8,INPUT);
  103. TIMSK1 = 0x01;
  104. TCCR1A = 0x00;
  105. attachInterrupt(0, interrupt, RISING);
  106. starttime = millis();
  107. }
  108. void loop()
  109. {
  111. duration = pulseIn(pin, LOW);
  112. lowpulseoccupancy += duration;
  113. endtime = millis();
  114. if ((endtime-starttime) > sampletime_ms)
  115. {
  116. ratio = (lowpulseoccupancy-endtime+starttime + sampletime_ms)/(sampletime_ms*10.0);// Integer percentage 0=>100
  117. concentration = 1.1*pow(ratio,3)-3.8*pow(ratio,2)+520*ratio+0.62; // using spec sheet curve
  118. //Serial.print(lowpulseoccupancy);
  119. // Serial.print(",");
  120. //Serial.print(ratio);
  121. // Serial.print("DSM501A:");
  122. // Serial.println(concentration);
  123. // Serial.print(";");
  124. //Serial.println(endtime-starttime);
  125. wuchaxiuzheng = (endtime-starttime-30000)/30000.0;
  126. //Serial.println(wuchaxiuzheng);
  127. concentration = (1.00-wuchaxiuzheng)*concentration;
  128. //Serial.println(concentration);
  130. lcd.setCursor(6, 0);
  131. lcd.print(concentration);
  132. lcd.print("pcs/0.01cf");
  133. // lowpulseoccupancy = 0;
  134. // starttime = millis();
  135. }
  136. sensorValue = analogRead(analogInPin); // read the analog in value:
  137. delay(10);
  138. R_Data=sensorValue*5/1024.0;
  139. //Serial.print("R_Data = " );
  140. //Serial.print(R_Data);
  141. for(i=0;i<111;i++){
  142. if(R_Data>4.67)
  143. {
  144. TEMPRATURE =-30;//對應-30℃
  145. }
  146. else if(R_Data<0.62)
  147. {
  148. TEMPRATURE=80; //對應80℃
  149. }
  150. else if(R_Data<U_data[i]&&R_Data>U_data[i+1])
  151. {
  152. TEMPRATURE=int(i-30-3);
  153. }
  154. }
  155. // Serial.print("T:" );
  156. // Serial.print(TEMPRATURE);
  157. // Serial.print(";" );
  158. delay(10);
  161. lcd.setCursor(0, 0);
  162. lcd.print("PM2.5=");
  163. lcd.setCursor(0, 1);
  164. lcd.print("T= ");
  165. //lcd.write(1);
  166. lcd.print(" RH=%");
  167. // lcd.setCursor(0, 1);
  168. // lcd.print("T= ");
  169. // //lcd.write(1);
  170. // lcd.print(" RH=%");
  171. lcd.setCursor(2, 1);
  172. lcd.print(TEMPRATURE);
  173. lcd.write(1);
  174. lcd.print("C");
  175. Fout=(16000000.0 / divider[prescaler] / count);
  176. //Serial.print("Vsensor=" );
  177. //Serial.print(sensorValue);
  178. //Serial.print(", " );
  179. //Serial.print("Freq=");
  180. //Serial.print(Fout);
  181. // Serial.print(" ");
  182. // Serial.print(int(divider));
  183. // Serial.print(" ");
  184. // Serial.print(prescaler);
  185. // Serial.print(" ");
  186. // Serial.println(count);
  187. if (Fout<8115)
  188. {
  189. RH=100;
  190. // Serial.print("RH:100");
  191. // Serial.println(";");
  192. lcd.setCursor(13, 1);
  193. lcd.print("H.");
  194. }
  195. else if(Fout>9595)
  196. {
  197. RH=0;
  198. // Serial.print("RH:0");
  199. // Serial.println(";");
  200. lcd.setCursor(13, 1);
  201. lcd.print("L.");
  202. }
  203. else
  204. {
  206. RH=(9595-Fout)/14.8;
  207. // Serial.print("RH:");
  208. // Serial.print(RH);
  209. // Serial.println(";");
  210. lcd.setCursor(13, 1);
  211. lcd.print(RH);
  212. }
  213. if (prescaler > 1)
  214. {
  215. prescaler--;
  216. delay(200);
  217. }
  219. //if(flag )//
  220. //{
  221. // Serial.print( BH1750() );
  222. // Serial.println("[lux]");
  223. //
  224. // flag = 0;//歸零，等著定時中斷重新賦值
  225. //}
  226. delay(2000);
  228. if(tempconcentration!=concentration)
  229. {
  230. tempconcentration=concentration;
  231. BH=BH1750();
  232. // read the state of the jiangyu value:
  233. buttonState = digitalRead(buttonPin);
  234. // check if the jiangyu is low.
  235. // if it is, the buttonState is LOW:
  236. if (buttonState == LOW) {
  237. Rain=0;
  238. }
  239. else {
  240. Rain=1;
  241. }
  242. //lewei ouput by computer tools
  243. // Serial.print("D:");
  244. // Serial.print(concentration);
  245. // Serial.print(";");
  246. // Serial.print("T:" );
  247. // Serial.print(TEMPRATURE);
  248. // Serial.print(";" );
  249. // Serial.print("R:");
  250. // Serial.print(RH);
  251. // Serial.print(";" );
  252. // Serial.print("B:" );
  253. // Serial.print(BH);
  254. // Serial.print(";" );
  255. // Serial.print("W:");
  256. // Serial.print(Rain);
  257. // Serial.println(";");
  259. //lewei ouput by GPRS
  261. lcd.setCursor(0, 1);
  262. lcd.print(" ");
  263. lcd.setCursor(0, 1);
  264. lcd.print(BH);
  265. lcd.print("LUX");
  266. //delay(5000);
  268. String tempstring="@uploading(01,D,";
  269. String tempstring1=")";
  270. Serial.print(tempstring);
  271. Serial.print(int(concentration));
  272. Serial.println(tempstring1);
  273. // delay(12000); min transtime
  274. delay(30000);
  276. String tempstring2="@uploading(01,T,";
  277. String tempstring3=")";
  278. Serial.print(tempstring2);
  279. Serial.print(TEMPRATURE);
  280. Serial.println(tempstring3);
  281. // delay(12000);
  282. delay(30000);
  284. String tempstring4="@uploading(01,R,";
  285. String tempstring5=")";
  286. Serial.print(tempstring4);
  287. Serial.print(RH);
  288. Serial.println(tempstring5);
  289. // delay(15000);
  290. delay(30000);
  292. String tempstring6="@uploading(01,B,";
  293. String tempstring7=")";
  294. Serial.print(tempstring6);
  295. Serial.print(int(BH));
  296. Serial.println(tempstring7);
  297. // delay(2000);
  298. delay(30000);
  300. String tempstring8="@uploading(01,W,";
  301. String tempstring9=")";
  302. Serial.print(tempstring8);
  303. Serial.print(Rain);
  304. Serial.println(tempstring9);
  305. delay(30000);
  307. lowpulseoccupancy = 0;
  308. starttime = millis();
  310. }
  312. }
  314. double BH1750() //BH1750設備操作
  315. {
  316. int i=0;
  317. doubleval=0;
  318. //開始I2C讀寫操作
  319. Wire.beginTransmission(BH1750address);
  320. Wire.write(0x10);//1lx reolution 120ms//發送命令
  321. Wire.endTransmission();
  323. delay(200);
  324. //讀取數據
  325. Wire.beginTransmission(BH1750address);
  326. Wire.requestFrom(BH1750address, 2);
  327. while(Wire.available()) //
  328. {
  329. buff[i] = Wire.read();// receive one byte
  330. i++;
  331. }
  332. Wire.endTransmission();
  333. if(2==i)
  334. {
  335. val=((buff[0]<<8)|buff[1])/1.2;
  336. }
  337. if(val<0) val=56134+val;
  338. return val;
  339. }

5 總結 樂為gprs模塊使用非常簡單，但是要注意供電問題，我用5v1.5a開關電源有時會出現初始化無法通過的問題，後來改用12v1.5a開關電源一切正常。樂為gprs命令非常簡單，通常可以先用串口連接PC設置key，使用串口工具發送@key=你的key值，模塊返回key=你的key值，然後就可以當作黑盒子使用了。因為數據操作通常只使用上傳命令@uploading(a,b,c)，a為網關標識(2位數字)，b 設備標識(1-8位字元)，c 為上傳數值（如果是負數，請在數值前加『-』號），簡單情況下根本不需要考慮交互反饋的判斷條件，只需要等待適當的延時就可以了。希望今後可以考慮簡訊控制的輸出協議，便於同時使用簡訊操作Arduino，也希望能將GPRS模塊協議與樂聯網串口工具協議保持一致，便於程序調試的兼容。試驗結果可以訪問http://open.lewei50.com/home/gatewaystatus/361初學Arduino，程序中的問題還請大家批評指正。上幾張照片看看

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