1、-建筑大學畢 業(yè) 設 計 (論 文)專 業(yè) 電子信息工程班 級09電子班 姓 名文靜學 號課 題基于GSM的遠程測控系統(tǒng)設計顯示電路，模擬量，開關量，脈沖量電路及相應程序指導教師嚴輝 2021 年 6 月 10 日. z-摘要隨著我國工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的提高，需要在野外監(jiān)控、操作和維護的設備越來越多。面對這種局面，按照傳統(tǒng)方式進展分散維護和人工監(jiān)控，不僅浪費人力、物力，而且可靠性差，已經(jīng)不能適應工業(yè)自動化開展的需要。單片機和PC機通過串行接口構成的多微機系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等場合，這些系統(tǒng)大多采用RS232、RS485或有線Modem的通信方式，雖然很經(jīng)濟實用，但是有線數(shù)據(jù)傳輸

2、方式很大程度上限制了其使用的場合。GSM模塊的應用最具優(yōu)勢，具有永遠在線，不需撥號、價格廉價和覆蓋圍廣等特點。特別適用于需頻繁傳送小流量數(shù)據(jù)的應用，如車輛調(diào)度、平安、導航、監(jiān)控和監(jiān)測等領域。借助SMS和GSM無線網(wǎng)絡，利用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集和設備終端遠程監(jiān)控已成為人們研究的熱點。本設計對SIM900A模塊與單片機的通訊電路進展了深入研究。系統(tǒng)構造簡單本錢低功耗低適用于對野外或其他不便于鋪設線纜的地區(qū)進展數(shù)據(jù)采集及遠程監(jiān)測。本文比較詳盡地介紹了基于PIC單片機和SIM900A的短信采集系統(tǒng)的硬件電路和軟件編程。關鍵詞：GSM，遠程監(jiān)測，PIC. z-Abstract Along with

3、 the rapid development of automaticality level of industry field in China,there is increasing numbers of equipments which have to be supervised,operated and maintenaced in the open air.confronted with this situation,it is out of date for traditional operation such as maintenancing respectively and s

4、upervising by manpower,which wastes manpower and material resource.The multi-microputer posing of SCM and PC by serial has been widely applied in industry controlling and environment supervising field ,in which RS232,RS485 or wiry modem are adopted.Although economical,wiry data transmission limits i

5、ts application field at a large e*tent.The application of GSM module has its own advantages,such as being online all the time,no demand to dial,low price and wide scope covering,which is especially suitable in the field in which amount of data transmitted by frequency is low,for instance,attempering

6、 vehicles,supervising and navigation.In virtue of SMS wireless network,collecting data and supervising equipment terminal remoted by embeded system has been a hotspot of peoples study.Key Words:remote monitoring,GSM,PIC. z-目錄0 引言11 課題背景及開展趨勢21.1 選題背景21.2開展現(xiàn)狀21.3開展趨勢42系統(tǒng)方案的設計52.1系統(tǒng)功能52.2系統(tǒng)方案選擇52.2.1溫

7、度傳感器的選擇52.2.2與GSM比較GPRS的區(qū)別52.2.3 GSM模塊的選擇52.2.4主控制器的選擇62.2.5 開發(fā)工具的選擇73 系統(tǒng)硬件電路的設計83.1數(shù)字量輸入83.1.1芯片特性簡介83.1.2 DS18B20 引腳定義：83.1.3硬件電路圖83.1.4 器件電器特性93.1.5數(shù)據(jù)格式及其存儲93.2模擬量輸入103.3存儲電路103.3.1 器件選擇103.3.2存儲電路圖113.4開關量電路113.4.1 器件選擇113.4.2光耦隔離電路圖123.5 顯示電路123.5.1 液晶顯示模塊概述123.5.2 根本電氣特性123.5.3 使用說明133.5.4管腳說明

8、133.5.5硬件連接電路圖143.5.6 12864串行時序圖153.5.7 LCD流程圖163.6 GSM模塊163.6.1 GSM概述163.6.2 GSM無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的功能173.6.3 SIM900A簡介183.6.4與單片機接口電路193.7電源模塊193.7.1穩(wěn)壓芯片電路圖193.7.2電氣特性194.系統(tǒng)軟件設計194.1 12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D模塊20圖4-4采集結果流程圖224.2 E2PROM數(shù)據(jù)存取224.2.1 I2C協(xié)議簡介224.2.2 E2PROM存取流程圖23圖4-6 E2PROM存取流程圖234.3溫度采集模塊234.3.1 DS18B20的讀寫時序2

9、44.3.2 DS18B20的一次溫度采集操作流程圖254.4 PIC18F66K22串口介紹255.設計總結28致29參考文獻30附錄130附錄230附錄333. z-基于GSM的遠程測控系統(tǒng)設計顯示電路，模擬量，開關 量，脈沖量電路及相應程序 電子與信息工程學院 電子信息工程專業(yè) 電子二班 文靜 指導教師 嚴輝0 引言遠程的測控系統(tǒng)實際上是一個遠程的數(shù)據(jù)傳輸與處理系統(tǒng),目前遠程測控的主要方式有:通過數(shù)傳電臺;通過CDPD網(wǎng)絡;GPRS方式;GSM方式。GSM方式的遠程數(shù)據(jù)傳輸測控系統(tǒng)主要是利用其短信息業(yè)務(SMS)實現(xiàn)。可以節(jié)約建網(wǎng)的巨額費用投入,比起其他方式具有投資少、開通快和運行維護簡

10、單等優(yōu)點,廣泛應用于各種領域。本文基于GSM手機的遠程無線測控系統(tǒng)軟硬件設計完成溫度、電壓等信號檢測,實現(xiàn)異地控制和檢測數(shù)據(jù)回傳顯示。SMS協(xié)議與AT指令SMS是使用電信網(wǎng)絡收發(fā)文本消息的電信增值效勞,通過SMS協(xié)議實現(xiàn)。SMS是一種存儲轉(zhuǎn)發(fā)效勞,短信收發(fā)的大致流程一般為原終端用戶發(fā)起一條短信(發(fā)送短信MO),上行至短信中心,經(jīng)過處理后再下行到相應的目的終端用戶(接收短信MT)。SMS有消息送達確認特征。短消息的發(fā)送者可以接收到一個返回消息,通知他們短消息是否已經(jīng)送達。GSM模塊與計算機之間的通信協(xié)議是一些AT指令集。AT指令集是從終端設備(TE)或數(shù)據(jù)終端設備(DTE)向終端適配器(TA)或

11、數(shù)據(jù)電路終端設備(DCE)發(fā)送的。通過發(fā)送AT指令來控制移動臺(MS)的功能。GSM 網(wǎng)絡是目前基于時分多址技術的移動通信體制中最成熟完善、覆蓋面最廣、功能最強、用戶最多的移動通信網(wǎng)絡，GSM 短消息業(yè)務不需要建立撥號連接，只需把待發(fā)的消息加上目的地址發(fā)送至短消息中心，再由短消息中心轉(zhuǎn)發(fā)到最終目標。運用 GSM 短消息實現(xiàn)遠程控制可靠性高、信號傳播距離遠、覆蓋面積廣，并且可以節(jié)省建網(wǎng)初期的巨額投資，運營期間無需維護網(wǎng)絡，運行費用低廉。1 課題背景及開展趨勢1.1 選題背景短消息業(yè)務(SMS)作為 GSM(GlobalSystem for Mobile munication)網(wǎng)絡的一種根本業(yè)務，

12、以其連接簡單、費用低廉、覆蓋圍廣、實現(xiàn)方便等優(yōu)點得到越來越多的系統(tǒng)運營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視，基于短消息業(yè)務的各種應用也蓬勃開展起來。短消息業(yè)務與語音及 是 GSM 網(wǎng)絡提供的主要電信業(yè)務，它通過無線控制信道進展傳輸，經(jīng)短消息中心完成存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能，每條短消息的信息量為 140bit。在短消息的可靠傳遞根底上，GSM 專業(yè)調(diào)制解調(diào)器的出現(xiàn)給 GSM 的開展注入了新的活力，它改變了傳統(tǒng)的以語音為主要的通信手段，使 GSM 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信得到廣泛的應用1-3。目前市場上提供的GSM 調(diào)制解調(diào)器和模塊提供了 RS232 標準數(shù)據(jù)接口，采用 AT 指令控制，符合 ETSI 標準 GSM0707 和 GSM

13、0705。基于這種技術，以 GSM 網(wǎng)絡作為無線傳輸平臺可以開發(fā)出多種應用領域。 目前遠程控制主要有以下幾種方式：短距離長線控制；通過市話網(wǎng)；通過 Internet 網(wǎng)絡；通過自組網(wǎng)絡(CDPD 網(wǎng))；通過數(shù)傳電臺方式。短距離長線控制和通過自組網(wǎng)絡(CDPD網(wǎng))首先要自行建立通信網(wǎng)絡，建網(wǎng)初期投資巨大，運營期間自主維護消耗人力物力較大，信號質(zhì)量得以保證，效果好，相對運營費用高；通過市話網(wǎng)和 Internet 方式以現(xiàn)有的網(wǎng)絡為依托，無需自行建立通信網(wǎng)絡，但是由于市話網(wǎng)和 Internet 難以到達工業(yè)現(xiàn)場覆蓋面，接入網(wǎng)絡受到限制，局限性很大，網(wǎng)絡運行效果取決于網(wǎng)絡運營商，線路平安不能得到保證，

14、其通信效果好，信號量大，運營費用相對低廉；數(shù)傳電臺出現(xiàn)較早，應用很廣泛，是一種不錯的無線數(shù)傳方式，但是建網(wǎng)初期投資巨大，數(shù)傳電臺的傳輸圍有限，而且容易受到空間無線信號的干擾，信號不能得到保障，但是數(shù)傳電臺信號傳輸實時性好，運行費用低。 遠程控制系統(tǒng)應用廣泛，普及國民經(jīng)濟的很多領域，而目前這些控制系統(tǒng)無論從本錢、可靠性、穩(wěn)定性、使用方便性、還是維護的難易程度等方面都不能最大限度的使人滿意。因此本文把 GSM網(wǎng)絡引入到遠程控制系統(tǒng)中，提出了基于 GSM 短消息的遠程控制系統(tǒng)。1.2開展現(xiàn)狀作為遠程測控系統(tǒng)，廣義看它包括局域網(wǎng)和城域網(wǎng)、城際網(wǎng)(廣域網(wǎng))，通信距離從幾公里到幾百公里，甚至更遠，地域跨越

15、城市和城市間，直至陸地、天空、海洋。狹義看，它是指如下系統(tǒng)，即各現(xiàn)場測點分散(12公里)，以測量和數(shù)據(jù)采集為主，控制比較少、比較簡單(泵啟停或單回路調(diào)節(jié))、就地控制(類似基地式儀表)等，檢測分散但數(shù)據(jù)處理及顯示操作集中，數(shù)據(jù)處理量大，數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)多種、數(shù)據(jù)傳輸方式也多樣化。作為遠程測控系統(tǒng)(RMCS)，和工業(yè)上常用的DCS、PLCS等以工廠自動化為目標的控制系統(tǒng)相比，是有差異的。RMCS、DCS、PLCS都是以"3技術為根底，但是DCS等在通訊(munication)技術方面跟蹤世界潮流不及RMCS快(詳見本文第二節(jié))，在開拓市場方面，RMCS更是受到青睞，我國以生產(chǎn)DCS等產(chǎn)品為主

16、的和利時、中控、上自儀等公司，都開展了RMCS的業(yè)務，其中以軌道交通相關的測控系統(tǒng)最為顯著。作為數(shù)字通信，遠程測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式有工程實例的種類很多，如電力線帶無線載波；銅纜線及光纖通訊傳輸(如ADSL非對稱數(shù)字用戶環(huán)路等)；數(shù)傳無線電臺傳輸(利用免申請頻率或申請專用頻點窄帶、點對點或點對多點)；利用移動通訊(手機)資源傳輸(CDMA碼分多址、GPRS通用分組無線效勞即GSM的延續(xù)、3G高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊)；利用互聯(lián)網(wǎng)資源直至三網(wǎng)融合、利用衛(wèi)星通訊等。作為遠程測控系統(tǒng)的測量端的現(xiàn)場層，各行業(yè)情況差異很大。一般單個測量儀表多接到RTU上(RTU：RemoteTerminalUnit遠

17、程終端單位)，形成多點I/O集中，安裝在現(xiàn)場或現(xiàn)場附近，可經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸電臺發(fā)射接收無線信號，連入網(wǎng)絡。有些行業(yè)開展到在單個變送器上可發(fā)射接收無線電波，從而多臺變送器和監(jiān)視站形成無線局域網(wǎng)。RFID射頻識別技術做到智能卡貼到物體上，可以發(fā)射、接收無線電波，做到"物與物相聯(lián)，這也是物聯(lián)網(wǎng)的根底。同時使遠程測控系統(tǒng)功能擴大，獲得"物體地理位置等信息。遠程故障診斷及遠程維護技術已開展十多年，也對遠程測控系統(tǒng)提出更高要求。遠程測控系統(tǒng)對來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，有的要求連續(xù)測量數(shù)據(jù)，有的則要求定時傳輸來的數(shù)據(jù)，所以現(xiàn)在的無線傳輸?shù)淖兯推鳎梢詳嗬m(xù)工作，從而節(jié)省了能量，做到了低功耗，所以現(xiàn)場儀表可

18、以用電池供電。由于在網(wǎng)絡中形成集中監(jiān)視站，這就產(chǎn)生了SCADA軟件(監(jiān)視和數(shù)據(jù)采集，SupervisoryControlandDataAcquisition)，該測控系統(tǒng)也稱為SCADA系統(tǒng)。在實際應用中，油田、市政工程(自來水廠的水源地、城市煤氣穩(wěn)壓站等)，大型工廠的公用工程(原料或成品的儲運，電力、熱力、水汽等供給，為了調(diào)度需要，*些工廠與各車間的DCS平行而專設測控系統(tǒng))、輸油輸氣管線、電網(wǎng)調(diào)度、移動設備(交通工具、工程機械、大型車間天車等)采用SCADA系統(tǒng)和無線傳輸用RTU的工程實例較多，但由于近來可被選擇的相關設備種類很多，所以RTU等現(xiàn)場設備和人機界面等中控室設備，或網(wǎng)絡設備，面

19、臨著更新?lián)Q代的問題。作為自動化行業(yè)，解決幾十公里或幾公里或一公里以的測控系統(tǒng)的問題，是我們的要務，為各行業(yè)提供解決方案和做好效勞是我們在市場中立足的要務。提供幾公里的現(xiàn)場測量儀表和RTU是自動化儀表制造行業(yè)的責任，提供對應接口和驅(qū)動軟件，應該滿足主流網(wǎng)絡的要求的難易程度等方面都不能最大限度的使人滿意。因此本文把 GSM網(wǎng)絡引入到遠程控制系統(tǒng)中，提出了基于 GSM 短消息的遠程控制系統(tǒng)。1.3開展趨勢在更廣的圍，工業(yè)現(xiàn)場以外，遠測測控也在開展，如自然環(huán)境的地質(zhì)、水文、海嘯預測的傳感網(wǎng)，各種大型建筑物、大型設備、消防和有毒氣體的監(jiān)測(包括礦山)、糧庫等社會公共資源的監(jiān)測等。特別是由于傳感器技術和無

20、線通信技術的開展，使傳感器和信號傳輸?shù)谋惧X下降，能耗降低，使泛在感知技術逐步普及，傳感網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)成為新興產(chǎn)業(yè)。. z-2系統(tǒng)方案的設計2.1系統(tǒng)功能（1） 采集溫度：系統(tǒng)每隔十分鐘采集一次現(xiàn)場溫度（2） AD轉(zhuǎn)換：系統(tǒng)每隔十分鐘進展一次AD轉(zhuǎn)換，采集電源壓（3） E2PROM數(shù)據(jù)存取：系統(tǒng)每次采集數(shù)據(jù)后將采集到的數(shù)據(jù)存儲到24C256中，并且每隔一小時讀取24C256中存儲的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心 4發(fā)送短信：系統(tǒng)每隔一小時向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)，模塊向手機發(fā)送短信5接收短信：監(jiān)控中心和用戶可以隨時向終端發(fā)送短信指令，查詢現(xiàn)場數(shù)據(jù)2.2系統(tǒng)方案選擇2.2.1溫度傳感器的選擇熱電偶和熱電阻測出的一般都是

21、電壓，要再經(jīng)過采樣/保持電路進展A/D轉(zhuǎn)換,最終送入單片機再轉(zhuǎn)換成對應的溫度。這需要比較多的外部硬件支持，易受干擾、精度低、硬件電路復雜，需要復雜的軟件調(diào)試補償精度，制作本錢高。DS18B20是數(shù)字溫度傳感器，它不僅測溫圍寬-55125，而且最大分辨達0.0625，同時與單片機相連采用單總線協(xié)議，可直接讀出被測溫度值。減少了外部的硬件電路，具有低本錢和易使用的特點。所以，根據(jù)本設計的要求，選擇DS18B20作為溫度傳感器比較適宜。2.2.2比較GPRS與GSM的區(qū)別GPRS是通用分組無線業(yè)務的簡稱，是在GSM系統(tǒng)上開展出來的一種新的承載業(yè)務，目白是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務。GPRS采

22、用與GSM同樣的無線調(diào)制標準、頻帶、突發(fā)構造、跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀構造。GPRS允許用戶在端到端分組模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡資源，從而提供了一種高效、低本錢的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務。和GSM通信網(wǎng)絡相比，技術特點如：1、資源利用率高；2、傳輸速率高64-128Kbps；3、接入時間短；4、支持IP協(xié)議和*.25 協(xié)議；5、低本錢，以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)進展計費。2.2.3 GSM模塊的選擇目前，國已經(jīng)開場使用的GSM模塊有Fal的A2D系列、Wavee的WMO2系列、西門子的TC35系列、愛立信的DM10/DM20系列、中興的Z*GM18系列等，而且這些模塊的功

23、能、用法差異不大。其中西門子的TC35系列模塊性價比很高，并且已經(jīng)有國的無線電設備入網(wǎng)證。所以本設計選用的是西門子TC35，該模塊設計緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和 提供快速、可靠、平安的傳輸，方便用戶的應用開發(fā)及設計。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和RTU根本配置和要求，我們討論最終的系統(tǒng)方案如圖： 圖2-0 系統(tǒng)總框圖基于PIC的根本RTU框圖包括數(shù)字量輸入，模擬量輸入，開關量輸入，存儲模塊，顯示模塊，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。系統(tǒng)通過GSM模塊把采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)打包發(fā)送給監(jiān)控中心的手機，同時存儲現(xiàn)場數(shù)據(jù)，顯示采集的數(shù)據(jù)。包括電

24、壓值，溫度值等。2.2.4主控制器的選擇本系統(tǒng)選擇PIC18F66K22,PIC單片機速度快，采用RSIC精簡指令集，采用哈佛構造的流水線機制，芯片體積小，功耗低，開發(fā)支持多，同時有豐富部資源，如24通道12位A/D，2 個增強型可尋址 USART 模塊,2 個主同步串口模塊包括SPI和I2C,多達 11 個 8/16 位定時器/計數(shù)器模塊，具有時鐘、日歷和鬧鐘功能的硬件實時時鐘和日歷，高灌/拉電流25mA/25mAPORTB和PORTC等。PIC18F66K22可在軟件控制下自編程或通過兩個引腳進展在線串行編程，節(jié)省了開發(fā)時間與本錢。PGC 和 PGD 引腳用于在線串行編程 ICSP和調(diào)試。

25、建議保持 ICSP 連接器與器件上 ICSP 引腳之間的走線長度盡可能短。如果預期 ICSP 連接器上會發(fā)生ESD 事件，建議使用一個串聯(lián)電阻，且電阻值在幾十歐姆圍，不要超過 100。建議不要在 PGC 和 PGD 引腳上使用上拉電阻、串聯(lián)二極管和電容，因為它們會干擾編程器 / 調(diào)試器與器件之間的通信。如果應用需要這類分立元件，應在編程和調(diào)試期間將它們從電路中除去。或者，參閱相關器件閃存編程規(guī)中的交流 / 直流特性和時序要求信息，以了解關于容性負載限制以及引腳高輸入電壓 VIH和低輸入電壓 VIL要求的信息。對于器件仿真，請確保在程序中設定的 "通信通道選擇即，PGC*/PGD* 引

26、腳與 ICSP 到 Microchip 調(diào)試器 / 仿真器工具的物理連接一致。圖2-1 下載管腳圖2.2.5 開發(fā)工具的選擇 集成開發(fā)環(huán)境 ：MPLAB® IDE V8.90 在線調(diào)試/編程/下載器：Kit3MPLAB 集成開發(fā)環(huán)境IDE是綜合的編輯器、工程管理器和設計平臺，適用于使用Microchip 的PICmicro®系列單片機進展嵌入式設計的應用開發(fā)。MPLAB可以通過使用置模擬器觀察程序流程調(diào)試可執(zhí)行邏輯，或者使用MPLAB ICD 2 或PIC Kit3在線調(diào)試器實時調(diào)試可執(zhí)行邏輯，用模擬器或仿真器測量時間，在觀察窗口中查看變量，并且可以使用MPLAB I

27、CD 2、PIC Kit3等器件編程器燒寫固件。 PIC18F66K22有3個部振蕩器：LF-INTRC31 kHz、MF-INTOSC500 kHz和 HF-INTOSC16 MHz，可以使用部振蕩器而不用外接晶振，省去外部電路及其干擾。其最小系統(tǒng)電路如下列圖所示：圖2-2 單片機最小系統(tǒng)3 系統(tǒng)硬件電路的設計3.1數(shù)字量輸入3.1.1芯片特性簡介我們采用溫度傳感器DS18B20作為數(shù)字量輸入監(jiān)測現(xiàn)場溫度。美國 Dallas 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持 "一線總線"接口的溫度傳感器，在其部使用了在板ON-B0ARD專利技術。全部傳感元

28、件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。現(xiàn)在，新一代的 DS18B20 體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。使你可以充分發(fā)揮"一線總線的優(yōu)點。在傳統(tǒng)的模擬信號遠距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術問題，才能夠到達較高的測量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號較強，模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度。因此，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳

29、感器 DS18B20 具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點，在實際應用中取得了良好的測溫效果。3.1.2 DS18B20 引腳定義：(1)DQ 為數(shù)字信號輸入/輸出端；(2)GND 為電源地；(3)VDD 為外接供電電源輸入端在寄生電源接線方式時接地。3.1.3硬件電路圖DS18B20與單片機的接口電路，通過一線方式連接單片機普通I/O口，通過控制PIC I/O口實現(xiàn)溫度采集與控制。 圖3-1DS18B20外部管腳連接圖3.1.4 器件電氣特性1適應電壓圍更寬：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電2獨特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時僅需

30、要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20 的雙向通訊3DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測量溫度4DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路5溫圍55125，在-10+85時精度為±0.56可編程的分辨率為 912 位，對應的可分辨溫度分別為 0.5、0.25、0.125和 0.06253.1.5數(shù)據(jù)格式及其存儲 1每一個DS18B20都有一個全球唯一的64位序列號，是出廠前被光刻好的，它可以看作是DS18B20的地址序列碼。64位光刻 ROM 的排列是：開場 8 位28

31、H是產(chǎn)品標號，接著的48位是該 DS18B20 自身的序列號。最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼CRC=*8+*5+*4+1。光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20都各不一樣，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。本設計只是用一個DS18B20，進展溫度轉(zhuǎn)換時可以跳過讀ROM的操作。 2溫度傳感器的精度為用戶可編程的9、10、11、12位，分別以0.5、0.25、0.125、0.0625增量遞增，在上電狀態(tài)下默認精度為12位。溫度轉(zhuǎn)換結果用 16 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/LSB 形式表達，其中 S 為符號位。表3-1 DS18

32、B20數(shù)據(jù)存儲格式溫度數(shù)據(jù)輸出二進制數(shù)據(jù)輸出十六進制+1250000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 0000 0550h*+25.06250000 0001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000A2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h-0.51111 1111 1111 1000FFF8h-10.1251111 1111 0101 1110FF5Eh-25.06251111 1110 0110 1111FE6Eh-551111 11

33、00 1001 0000FC90h*上電復位時溫度存放器默認值為+85.這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 0.0625 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到實際溫度。3.2模擬量輸入 在本設計中，我們使用了PICF66K22單片機部集成A/D轉(zhuǎn)換模塊對系統(tǒng)電源電壓進展采集，以便監(jiān)控中心可以隨時了解系統(tǒng)電池的使用情況，在遠程終端電量過低時提醒監(jiān)控中心充電或更換電池。本設

34、計的整個系統(tǒng)是使用+5V電源供電，而A/D轉(zhuǎn)換參考電壓是3.3V，所以通過兩個等值電阻對電源電壓進展分壓，將分壓后的信號作為A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入，實現(xiàn)對系統(tǒng)電源電壓的采集。電路圖如下：圖3-2 外部電源供電3.3存儲電路3.3.1 器件選擇 本系統(tǒng)設計為每隔十分鐘采集一次現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將其存儲在非易失性存儲器中，等待打包發(fā)送給監(jiān)控中心或等待監(jiān)控中心查詢歷史數(shù)據(jù)。AT24C256是采用I2C協(xié)議的串行E2PROM存儲器，與 400KHz I2C 總線兼容，1.8 到 6.0 伏工作電壓圍，低功耗CMOS技術，有64字節(jié)頁寫緩沖器，1,000,000次編程/擦除周期，數(shù)據(jù)可保存100年，所以本設計

35、采用24C256芯片作為存儲器。24C256的數(shù)據(jù)容量是32768字節(jié)，即可以存儲的有效字節(jié)數(shù)。所以它的地址是16位整型數(shù),有效圍是032768，數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位存儲，在16位地址其中有效數(shù)據(jù)只有15位，低605位地址表示的容量是063，然后連續(xù)的9614位地址表示頁碼的圍是0511，在數(shù)據(jù)連續(xù)存儲過程中，一樣的頁面，存儲地址自動完成累加過程；數(shù)據(jù)在不同頁面的存儲時，地址不能自動累加，如果不做正確處理，數(shù)據(jù)將從本頁開場的地址重新開場覆蓋已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)。例如，地址是63二進制碼111111表示的是第0頁的最后一個存儲空間，地址64二進制碼1,000000表示第1頁最開場的存儲空間。在當前存儲地址

36、是63時如果該器件處于連續(xù)存儲模式下，數(shù)據(jù)將出錯。 3.3.2存儲電路圖24C256存儲器管腳SCL和SDA部是CMOS漏極開路構造，所以外部必須接上拉電阻。24C256是用來存儲數(shù)據(jù)的，無需寫保護，WP管腳直接接到VDD即可。本設計只是用一個24C256，其地址線A0、A1、A2接地即可，則其器件地址為0*A0。圖3-3 24C256與單片機的接口電路3.4開關量電路3.4.1 器件選擇系統(tǒng)開關量信號使用光耦隔離輸入，器件選擇東芝TLP181，器件特性 如下：隔離電壓:3750V輸入電流:50mA輸出電壓:80V封裝類型:SOP4光電耦合器類型:晶體管輸出工作溫度圍:-55+100工作原理：

37、就是通過電流通過光電器件，產(chǎn)生光電轉(zhuǎn)換從而信號傳遞過去，由于光電轉(zhuǎn)換的單向性，從而起到前后級的隔離，也實現(xiàn)了模擬與數(shù)字電路的隔離。3.4.2光耦隔離電路圖圖3-4 TLP181光耦隔離電路3.5 顯示電路本設計希望在系統(tǒng)啟動過程中顯示系統(tǒng)狀態(tài)和啟動后接收到監(jiān)控中心或用戶的指令時能夠顯示相關信息，我們采用12864作為顯示器件。為了節(jié)省單片機I/O管腳資源，12864顯示方式采用的是串行顯示。3.5.1 液晶顯示模塊概述帶中文字庫的DM12864M是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64,

38、置8192個16×16點漢字，和128個16×8點ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。可以顯示8×4行16×16點陣的漢字，也可完成圖形顯示。3.5.2 根本電氣特性（1） 低電源電壓VDD:+3.3-+5.5V（2） 邏輯工作電壓(VDD)：4.55.5V（3） 顯示分辨率:128×64點 （4） 置漢字字庫，提供8192個16×16點陣漢字(簡繁體可選) 和128個16×8點陣ASCII字符 （5） 2MHZ時鐘頻率（6） 顯示方式：STN、半透、正顯 （7）

39、視角方向：6點（8） 背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/51/10 （9） 通訊方式：串行、并口可選 （10） 置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負壓 （11） 工作溫度：060(常溫) / -2075寬溫3.5.3 使用說明當IC1在承受指令前,微處理器必須先確認其部處于非忙碌狀態(tài),即讀取BF標志時，BF需為零，方可承受新的指令；如果在送出一個指令前并不檢查BF標志，則在前一個指令和這個指令中間必須延長一段較長的時間，即是等待前一個指令確實執(zhí)行完成。1、使用前的準備：先給模塊加上工作電壓，再按照下列圖的連接方法調(diào)節(jié)LCD的比照度，使其顯示出黑色的底影。此過程亦可以初步檢測LC

40、D有無缺段現(xiàn)象。2、字符顯示：字符顯示是通過將字符顯示編碼寫入該字符顯示RAM實現(xiàn)的。根據(jù)寫入容的不同，可分別在液晶屏上顯示CGROM中文字庫、HCGROM表3-2 LCD顯示坐標*坐標Line180H81H82H83H 84H 85H86H 87HLine290H 91H92H 93H94H95H 96H97HLine388H89H8AH8BH 8CH8DH 8EH 8FHLine498H 99H9AH 9BH9CH9DH9EH 9FH表3-3 LCD管腳說明引腳號引腳名稱功能說明1VSS模塊的電源地2VDD模塊的電源正端3V0LCD驅(qū)動電壓輸入端4RS(CS)并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號；串行

41、的片選信號5R/W(SID)并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口6E(CLK)并行的使能信號；串行的同步時鐘714DB0DB7并行數(shù)據(jù)線15PSB并/串行接口選擇線，H-并，L-串16NC無連接17/RET復位，低電平有效18NC無連接19LED_A背光源正極20LED_K背光源負極ASCII碼字庫及CGRAM自定義字形的容。字符顯示RAM在液晶模塊中的地址80H9FH。字符顯示的RAM的地址與32個字符顯示區(qū)域有著一一對應的關系，其對應關系如表3-2所示。如果在實際應用中僅使用串口通訊模式，可將PSB接固定低電平，也可以將模塊上的J8和"GND用焊錫短接。模塊部接有上電復位電路，因此在

42、不需要經(jīng)常復位的場合可將該端懸空。如果背光和模塊共用一個電源，可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。3.5.5硬件連接電路圖 本系統(tǒng)采用串行LCD與PIC連接，其中根據(jù)串行時序圖，可知CS置高，SCLK為時鐘信號線，SID為數(shù)據(jù)線，PSB選擇串行還是并行，PSB為低電平選擇串行。 圖3-5 LCD12864管腳連接圖定義的端口：RE2：串行數(shù)據(jù)線RE3：時鐘信號線3.5.5.1綜述LCM128645ZK為帶中文字庫圖形點陣液晶顯示模塊。其液晶屏幕為128*64，可顯示四行，每行可顯示8個漢字。其背光為藍色，字符為白色中文液晶顯示模塊LCM128645ZK的字型ROM含8192個16*16點中文字

43、型和128個16*8半寬的字母符號字型；另外繪圖顯示畫面提供一個64*256點的繪圖區(qū)域GDRAM；而且含CGRAM提供4組軟件可編的16*16點陣造字功能。 圖3-6 LCM128645ZK芯片引腳圖串并行工作方式的選擇:串并行工作方式的選擇通過改接模塊反面短路電阻來完成。當PSB腳接低電位模塊反面S/P的短路電阻在"S側(cè)，模塊將進入串行模式；在串行模式下將使用二條傳輸線作串行資料的傳送，主控制系統(tǒng)將配合傳輸同步時鐘SCLK與接收串行數(shù)據(jù)線SID，來完成串行傳輸?shù)膭幼鳌２豢稍诓桓慕佣搪冯娮璧那闆r下將此引腳直接引線改接低電平。外部硬件電路串行工作方式: 串行工作電路如上圖3-6所示：

44、并行傳輸?shù)腞S信號作為片選CS信號直接接高電平，讀寫選擇R/W作為串行數(shù)據(jù)輸入SID，讀寫使能信號作為串行輸入時鐘信號。VO與VOUT引腳跨接10K電位器以調(diào)節(jié)液晶比照度。RST復位信號可懸空。背光電源陽極A需接+5V。數(shù)據(jù)輸入端3.3V高電平可正常驅(qū)動。3.5.6 12864串行時序圖圖3-7 12864串行時序圖串行數(shù)據(jù)傳送共分三個字節(jié)完成：第一字節(jié)：串口控制格式 11111ABCA 為數(shù)據(jù)傳送方向控制：H 表示數(shù)據(jù)從 LCD 到 MCU，L 表示數(shù)據(jù)從 MCU 到 LCDB 為數(shù)據(jù)類型選擇：H 表示數(shù)據(jù)是顯示數(shù)據(jù)，L 表示數(shù)據(jù)是控制指令C 固定為 0第二字節(jié)：(并行)8 位數(shù)據(jù)的高 4

45、位格式 DDDD0000第三字節(jié)：(并行)8 位數(shù)據(jù)的低 4 位格式 0000DDDD串行接口時序參數(shù)：(測試條件：T=25 VDD=4.5V)3.5.7 LCD流程圖圖3-8 LCD流程圖3.6 GSM模塊3.6.1 GSM概述GSM 網(wǎng)絡是國覆蓋圍最廣，應用最普遍的無線通信網(wǎng)絡。短消息業(yè)務SMS是通過GSM網(wǎng)的控制信道傳輸用戶分組信息的一種增值效勞，經(jīng)短消息業(yè)務中心完成存儲和前轉(zhuǎn)功能，每個短消息的信息量限制為140個字節(jié)。特別適合信息量不大的業(yè)務數(shù)據(jù)，它使用GSM網(wǎng)的公共控制信道，通話期間不影響短消息的傳輸。短消息業(yè)務的優(yōu)點是傳輸速度快，單個數(shù)據(jù)傳輸價格廉價，不占用話音通信通道。在短消息的

46、可靠傳遞的根底上，GSM 網(wǎng)絡與因特網(wǎng)技術的結合以及GSM調(diào)制解調(diào)器的出現(xiàn)和應用將給目前以提供話音效勞為主的GSM移動通信網(wǎng)絡帶來新的生機。尤其GSM調(diào)制解調(diào)器和GSM通用通信模塊的出現(xiàn)和應用給GSM的開展注入了強大的活力，它改變了傳統(tǒng)的以話音為主的通信手段，翻開了GSM網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信及其應用的大門。基于這種技術，以GSM網(wǎng)絡作為無線傳輸網(wǎng)絡，可以開發(fā)出多種前景極其樂觀的各類應用， 3.6.2 GSM無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的功能數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)中重要的一個環(huán)節(jié)，是一個既有監(jiān)控功能，又有強大管理功能的完善系統(tǒng)，由主控端系統(tǒng)、GSM 通信網(wǎng)絡及遠程監(jiān)控終端系統(tǒng)組成。監(jiān)控終端通過GSM網(wǎng)絡和主控端監(jiān)控

47、中心進展雙向的信息傳輸。它將采集到的數(shù)據(jù)信息送到監(jiān)控中心，同時接收監(jiān)控中心操作命令，對受控設備實施相應的操作。整個系統(tǒng)實現(xiàn)了以下的主要功能:(1)多數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。可采集對象的各項數(shù)據(jù)，并根據(jù)參數(shù)設定對被測對象實現(xiàn)實時監(jiān)控和檢測。(2)信息發(fā)送。可設定信息向主控端發(fā)送消息，報告引起狀態(tài)改變的事件及相關數(shù)據(jù)。(3)運行狀態(tài)遠程查詢。操作人員可隨時在值班中心操作主控端軟件，查詢遠端設備的當前運行狀態(tài)，遠端設備接收到該命令后即將站點當前設備運行狀態(tài)與全部數(shù)據(jù)返回給主控端。(4)參數(shù)設定。操作人員可操作主控端軟件向各遠端站點發(fā)送用于監(jiān)控被控對象的參數(shù)值，從而實現(xiàn)遠程控制。(5)數(shù)據(jù)記錄。主控端軟件將接

48、收到的數(shù)據(jù)儲存在數(shù)據(jù)庫中，以備日后檢索查看。(6)消息轉(zhuǎn)發(fā)。當主控端軟件接收到*一遠端設備的信息后，可根據(jù)設定轉(zhuǎn)發(fā)到其它站點(可以是另外一部手機或PC 機)。GSM系統(tǒng)的主要特點:(1)移動臺具有漫游功能。GSM給移動臺定義了三種識別碼：一個是DN碼，是在公用簿上可以查到的統(tǒng)一；第二個是移動臺漫游MSRN，是在呼叫漫游用戶時使用的，由VLR臨時指定，并根據(jù)此將呼叫接至漫游移動臺；第三個是國際移動臺識別碼IMSI，是在無線信道上使用的，用于用戶尋呼和識別移動臺。根據(jù)上述三個識別碼，可以準確無誤地識別*個移動臺。漫游用戶必須進展位置登記。當A區(qū)的移動臺進入B區(qū)后，它會自動搜索該區(qū)基站的播送信道，從

49、中獲得位置信息。當其發(fā)現(xiàn)接收到的區(qū)域識別碼與自己的不同時，漫游移動臺會向當?shù)鼗景l(fā)出位置更新請求，B區(qū)的被訪局收到此信號后，通知本局的VLR，VLR即為漫游用戶指定一個臨時MSRN，并將此通過CCS7號信令通知移動臺所在業(yè)務區(qū)備案。這樣，當固定用戶呼叫漫游移動用戶時，撥移動臺的DN碼，DN碼首先經(jīng)公用交換網(wǎng)絡接至最靠近的本地GSM移動業(yè)務交換中心GSMC，GSMC利用DN碼母局位置登記器即歸屬位置存放器HLR，從中獲取漫游臺的MSRN碼，GSMC根據(jù)此碼將呼叫接至被的移動業(yè)務交換中心VMSC，VMSC接到MSRN后，證實漫游臺是否仍在本區(qū)工作，經(jīng)確認后，VMSC將MSRN碼轉(zhuǎn)換成國際移動臺識別

50、碼IMSI，通過基站，在無線信道上向漫游臺發(fā)出呼叫，從而建立通話。(2)可提供多種業(yè)務。除語音通話外，GSM系統(tǒng)還能提供多種數(shù)據(jù)業(yè)務、三類 、可視圖文等，并能支持ISDN終端。 (3)具有較好的功能。措施通過"認證中心實現(xiàn)，認證方式是一個"詢問響應過程。在通信過程開場時，首先由網(wǎng)絡向移動臺發(fā)出一個信號并同時啟動自己的"用戶認證單元，移動臺收到這個信號后，連同部的"電子密鑰一起來啟動"用戶認證單元，并將結果返回網(wǎng)絡；網(wǎng)絡將這兩個"用戶認證單元結果相比較，只有一樣才為合法。 (4) 越區(qū)切換功能。在微蜂窩移動通信網(wǎng)絡中，高頻率的越區(qū)切換是

51、不可防止的。在GSM中，移動臺應主動參與越區(qū)切換。移動臺在通話期間，不斷向所在工作區(qū)基站報告本區(qū)及相鄰區(qū)的無線環(huán)境的詳細數(shù)據(jù)，當需要越區(qū)切換時，移動臺主動向本區(qū)基站發(fā)出越區(qū)切換請求。固定方MSC或BSC根據(jù)來自移動臺的數(shù)據(jù)，查找是否有替補信道。如果不存在，則選擇第二替補信道，直至選中一個空閑信道，使移動臺切換到該信道上繼續(xù)通信。3.6.3 SIM900A簡介目前，國已經(jīng)開場使用的GSM模塊有SIM300、SIM900、西門子的TC35系列、愛立信的DM10/DM20系列、華為GTM900系列、中興的Z*GM18系列等，而且這些模塊的功能、用法差異不大。本系統(tǒng)采用SIM公司的sim900模塊，S

52、IM900A模塊是一款尺寸緊湊的GSM/GPRS模塊，采用SMT封裝，基于STE的單芯片案，采用ARM926EJ-S架構,性能強大，可以置客戶應用程序。可廣泛應用于車載跟蹤、車隊管理、無線POS、手持PDA、智能抄表與電力監(jiān)控等眾多方向。SIM900A模塊主要特點：SMT封裝：易于客戶生產(chǎn)加工尺寸小： 24×24×3mm功耗低：待機模式電流低于18mA、sleep模式低于2mA操作溫度圍： -40+85供電圍寬：3.24.8V支持頻段：GSM/GPRS 900/1800MHz語音編碼：支持半速率、全速率、增強型速率支持回聲抑制算法，可以基于不同客戶設備通過AT命令調(diào)節(jié)回音抑

53、制消除。3.6.4與單片機接口電路圖3-9 GSM模塊接口電路圖和SIM900A實物圖3.7電源模塊3.7.1穩(wěn)壓芯片電路圖本系統(tǒng)外部采用5V供電，PIC單片機3.3V供電，LCD 5V供電，GSM 5V 2A其他模塊采用3.3V供電，系統(tǒng)采用HT7533轉(zhuǎn)換芯片5V轉(zhuǎn)3.3V。電路圖如下 圖3-10穩(wěn)壓芯片3.7.2電氣特性(1) 低功耗(2) 低溫度系數(shù)(3) 高輸入電壓高達24V(4) 高輸出電流：100mAPD250MW(5) 輸出電壓精度：3寬容(6) TO-92，SOT-89和SOT-25封裝4.系統(tǒng)軟件設計本系統(tǒng)軟件設計采用自上而下的設計方法，首先分析系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，然后確定系

54、統(tǒng)方案，再分別實現(xiàn)系統(tǒng)各局部的功能。本系統(tǒng)按功能可劃分為串口發(fā)送接收模塊、LCD顯示模塊、AD采集模塊、GSM模塊 、溫度采集模塊、E2PROM模塊等，下面將逐一介紹。4.1 12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D模塊 PIC18F66K22 單片機部集成了24路輸入，此模塊能將一個模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成相應的12位有符號數(shù)字信號。此模塊有5個存放器：A/D控制存放器0ADCON0A/D控制存放器1ADCON1A/D控制存放器2ADCON2A/D端口配置存放器0ANCON0A/D端口配置存放器1ANCON1A/D端口配置存放器2ANCON2ADRESH(A/D結果存放器高字節(jié))ADRESL(A/D結果存放器低字節(jié)

55、)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)為差分A/D，用于測量出兩個通道之間的差分電壓并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，也可通過清零 CHSN 位ADCON1<2:0>將轉(zhuǎn)換器配置為測量單個輸入的電壓。在此配置下，負通道輸入從部連接到 AVSS 如下列圖：圖4-1 單通道測量 差分轉(zhuǎn)換為單位增益差分放大器提供了兩個輸入通道。使用CHS位ADCON0<6:2>選擇正輸入通道，而使用CHSN 位ADCON1<2:0>選擇負輸入通道。放大器的輸出提供給A/D 轉(zhuǎn)換器。12位結果保存在 ADRESH 和 ADRESL 存放器中。除此之外，還有一個符號位，用于表征12 位結果是正值還是負值。圖4-2差分通道測量圖4-3 AD結果對齊方式本系統(tǒng)設計為每隔一段時間采集一次電源電壓，下面是每一次采集的流程圖：圖4-4采集結果流程圖4.2 E2PROM數(shù)據(jù)存取4.2.1 I2C協(xié)議簡介 I2C協(xié)議使用兩線制：串行數(shù)據(jù)SDA和串行時鐘SCL線在連接到總線的器件間傳遞信息。每個器件都有一個唯一的地址識別無論是微控制器、LCD驅(qū)動器、存儲器或鍵盤接口，而且都可以作為一個發(fā)送器或接收器由器件的功能決定。除了發(fā)送器和接收器外，器件在執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸時也可以被看作是主機或從機，主機是