基于gsm无线传输的远程抄表终端设计(编辑修改稿)

基于gsm无线传输的远程抄表终端设计(编辑修改稿)内容摘要：

时器和 E2PROM 组合在单个芯片之内。 因其体积小、占用 I/O 口少等优点已被广泛 应用于工业控制、仪器仪表等领域，是一种理想的单片机外围芯片。 其引脚及描述如下： ：芯片选择输入； Vss：地； SCK：串行时钟输入； Vcc：电源电压； ：写保护输入； RESET：复位输出。 SI：串行输入； SO：串行输出； 它 采用 CMOS 工艺的 512 字节串行 E2PROM， 可以直接与微控制器的 I/O 口串行相接。 它的每个字节可擦写 10 万次以上，内部数据可保存 100 年以上，具有低功耗、长寿命、可编程锁定等功能。 使用 3 线总线串行外设接口 SPI，就可对芯片进行读写操作。 利用编程器与计算机相连，来实现对 E2PROM 进行读写。 如果在看门狗定时器预置的超时时间内没有总线的活动，那么 X25045 将提供复位信号输出。 X25045 内部有一 个“写使能”锁存器，在执行写操作之前该锁存器必须被置位，在写周期完成之后，该锁存器自动复位。 它还有毕业论文 12 一个状态寄存器，用来提供 X25045 状态信息以及设置块保护和看门狗的超时功能。 X25045 模块的接法如下图： 图 本系统 X25045 接法 X25045 是高电平复位，复位端与单片机的 RESET 相接，并接电阻加 VCC 拉高电平，也是为了让复位更有保障。 它内有一个位指令寄存器，该寄存器可以通过 SI 来访问。 数据在 SCK 的上升沿由时钟同步输入，在整个工作期内， 必须是低电平且 必须是高电平。 特别提出的是，看门狗定时器对单片机提供了独立的保护系统，当系统出现故障时，只要其计时达到其编程的超时极限，或者当电源电压降到最低转换点以下时， RESET 引脚就会立即输出高电平复位信号。 该芯片在系统上电或掉电时， RESET 引脚也会立即输出高电平复位信号，从而避免了因系统故障、电源开断、瞬时电压不稳等的影响。 “ 看门狗 ” 电路的功能就是对 CPU 进行实时检测，当 CPU 落入死循环之后，能及时发现并使整个系统复位。 在软件编程中，设置约 1秒访问一次看门狗芯片，当程序跑飞或大于 1． 4秒 (设置的超时时间 )没有访问看门狗芯片， X5045 将输出复位脉冲，直至程序正常运行。 16C550 串口扩展模块 本系统选用 16C550 异步通信单元实现与电表的通讯。 TL16C550B 是 TL16C450 异步通信单元 （ ACE）的功能升级产品，它对外围器件或调制解器接收的数据实行串行至并行的转换，对 CPU 接收的数据实行并行至串行的转换。 在 ACE 工作任何时候 CPU 均可读和报告ACE 的状态。 这些状态信息包括：正在进行的传输工作状态，工作类型以及遇到的任何错误条件。 TL16C550B 包括可编程的片内波特率产生器，它能用 1至（ 2161）的除数对基准时钟分频并产生驱动内部发送器逻辑的 16X 时钟。 它还包括一些措施以便将这种 16X时钟用于驱动接收器逻辑。 在 ACE 中也包括完善的调制解调器控制能力和处理中断系统。 它可被置于一种方式（ FIFO）中，接收和发送方式时，内部 FIFOs 可存储 16 个字节，为了使系统毕业论文 13 开销最小并且系统效率最高，所有逻辑均在片内。 它有标准的异步通信位（起始，停止及奇偶校验）加至串行数据流或从串行数据流删除；有完整的状态报告能力；有线中断产生和检测；有独立的接收器时钟输入；有独立控制的发送，接收，线状态以及数据设置中断；有完全优先级中断控制。 其中断控制功能如下表： 表 16C550 中断控制表 ACE 具有片内中断产生和确定优先级的能力（表中已说明），能灵活与常用微处理器相接口。 当中断产生时， IIR 指示中断挂起 并在其三个最低有效位（位 0， 1 和 2）指示中断类型。 该寄存器的内容归纳于上表中。 下图是基本的 16C550B 的配置： MR 主机复位高电平有效，与单片机 RESET 复位脚相连，中断 INTRPT 也是高电平有效即通知 CPU，原理图中接了一电阻接地加反相器再接与W78E516B 的 INTO 作用是确保拉低电平后经反相后为高电平，由于本系统的 TTL 电路中高低电平并非绝对的 0 或 1 而是介于一定范围的，低： ~，高： ~5V；所以此处的电阻接地拉低电平是必要的，保障了系统的可靠性。 关于原理图中的 550 地址片选，因为 在 16C550 说明中 CS0， CS1， 2为 110 时选择 ACE，而本系统把 2与单片机 AD13 相连，所以片选为 1101 1111 1111 1111，即 0XDFFF。 XIN 和 XOUT 使内部晶振工作原理与单片机相仿所以直接 XTAL1 和 XTAL2 即可。 /RD1/WR1 读写口均由单片机读写口引入。 此处的 550 的接收发送 SIN 和 SOUT 都送入 232 的 TI1 和 RO1，由它中转。 毕业论文 14 图 16550 硬件电路实现 由于 电表数据采集后由 485 总线传至 232 进行电平转换，由 232 转化成 TTL 电平，再传至 16C550 中。 RS232 来实现电平转换。 电平标准如下：逻辑 “0” 的电平范围为 5V15V，逻辑 “1” 的电平 范围为 5V15V。 这里选用的 MAX232A 是 MAXIM 公司的 RS232 电平转换芯片。 当 PC 机的 TXDPC 输出到 R1IN 时候，首先由 MAX232A 转换成 TTL 电平由 R1OUT 输出，经过 6N137 光电隔离后输入 DI 脚，从而转换为 RS485 电平由 Z、 Y 输出。 以下是 MAX232A 的典型电路连接： 图 MAX232A 典型连接 在电表通讯规约里采用 TTL 负逻辑， 1： ~； 0： ~5V（本系统），具体的电表通讯规约将在下章介绍。 毕业论文 15 GSM 模块 本系统选用 蜂窝通信引擎 TC35I， 是 Siemens 推出的新一代 GSM 无线 通信模块。 它设计小巧、功耗很低，可以为很多通信应用提供经济高效的解决方案。 可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务 (Short Message Service)和传真。 适用 于远程信息处理和通信等工业领域。 TC35I 的数据输入 /输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合 ITUT RS232 接口标准。 它有固定的参数： 8 位数据位和 1 位停止位，无校验位，波特率在 300bps~115kbps 之间可选，硬件握手信号用 RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF， CMOS 电平，支持标准的 AT 命令集。 模块的工作电压为 － ，可以工作在 900MHz和 1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为 2W（ 900M）和 1W（ 1800M）。 常用工作模式有省电模式、 IDLE、 TALK 等模式。 软件流量控制用 XON/XOFF， CMOS电平，支持标准的 AT 命令集。 这里选用 GSM 模块 TC35i，给出其和 PC 机的通信电路 , 在PC 和应用 系统 之间以此 Modem和 GSM 网络为纽带，实现远地数据的传输。 图 本系统 GSM 模块的连接图 TC35I 通过标准串口与单片机连接 ，它有 40 个引脚，通过一个 ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座 )连接器引出。 这 4 些 引脚可以划分为 5类，即电源、数据输入 /输出、SIM 卡、音频接口和控制。 毕业论文 16 通过独特的 40 引脚的 ZIF 连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。 通过 ZIF连接器及 50Ω天线连接器，可分别连接 SIM卡支架和天线。 TC35模块主要由 GSM 基带处理器、 GSM 射频模块、供电模块 (ASIC)、闪存、 ZIF 连接器、天线接口六部分组成。 作为 TC35 的核心，基带处理器主要处理 GSM 终端内的语音、 数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。 在不需要额外硬件电路的前提下，可支持 FR、 HR 和 EFR 语音信道编码。 基带处理器集成了一个与 ISO 78163 IC Card 标准兼容的 SIM 接口。 为了适合外部的 SIM 接口，该接口连接到主接口 (ZIF 连接器 )。 第 1~14 脚为电源部分： 1~5 为电源电压输入端 Vbatt+， 6~10 为电源地 GND， 112 为充电引脚， 13 为对外输出电压 (共外电路使用 )， 14 为 ACCUTEMP 接负温度系数的热敏电阻。 24~29 为 SIM 卡引脚，分别为 CCIN、 CCRST、 CCIO、 CCCLK、 CCVCC 和CCGND。 33~40 为语音接口，用来接电话手柄。 1 31 和 32 脚为控制部分： 15 为点火线 IGT(Ignition)， 当 TC35i 通电后必须给 IGT 一个大于 100ms 低电平，模块才启动；30 为 RTC backup， 31 为 Power down， 32 为 SYNC。 16~23 为数据输入 /输出，分别为 DSR0、RING0、 RxD0、 TxD0、 CTS0、 RTS0、 DTR0 和 DCD0。 TC35 的数据输入 /输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合 ITUT RS232 接口标准。 它有固定的参数： 8 位数据位和1 位停止位，无校验位，波特率在 300bps~115kbps 之间可选，硬件握手信号用 RTS0/CTS0。 在 为 SIM 卡预留 5 个引脚的基础上， TC35 在 ZIF 连接器上为 SIM 卡接口预留了 6 个引脚，所添加的 CCIN 引脚用来检测 SIM 卡支架中是否插有 SIM 卡。 当插入 SIM卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。 但是目前移动运营商所提供的 SIM卡均无 CCIN 引脚，所以在设计电路时将引脚 CCIN 与 CCVCC 相连。 在设计中为 SIM 卡布线时，发现了一个值得引起注意问题： 如果将 SIM 卡的第六脚 CCGND 直接与印刷电路板的 GND 相连，不作任何信号的隔离保护，则通话时音量很小。 考虑到设计中的电磁兼容和静电保护等因素，为了达到最佳的通话效果，采用在 SIM 支架下，即印刷电路板的顶层敷设一层铜隔离网，该层敷铜与 SIM 卡的 CCGND 引脚相连， CCGND 和电路板的 GND之间通过两个并联的电容和电感耦合。 此举为 SIM 卡构成了一个隔离地，屏蔽了其他信号线对 SIM 卡的干扰。 启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。 模块上电 10ms 后 (电池电压须大于 3V)，为使之正常工作，必须在 15 脚 ()加时长 至少为 100ms 的低电平信号，且该信号下降沿时间小于 1ms。 启动后， 15 脚的信号应保持高电平。 毕业论文 17 电源模块 本系统想把电源内置在 PCB 板上，所以设计中也这种考虑了电源模块，对其稳定性和滤波都作了分析。 先经 7805DCDC（直流到直流）把 12V 电压转换为 5V 电压供给单片机等芯片，经 LM2576 稳压后 12V 转换成 再传给 П型滤波电路，用来供给 TC35I。 图 本系统的电源模块图 过高的电压除造成测量误差外，还可能会损坏芯片。 所以该系统选用 7805 集成稳压器。 该芯片是 1A 输出 DCDC 系列器件， 是一个三端稳压集成器件。 它是由输出脚 Vo,输入脚 Vi 和接地脚 GND 组成 ,它的稳压值为 +5V,输入端接电容可以进一步的滤波 ,输出端也接电容可以改善负载的瞬间影响 ,此电路的稳定性也比较好 ,只是采用的电容必须要漏电流要小的钽电容 ,若采用电解电容 ,则电容量要比其它的数值要增加 10 倍。 内部 7805 稳压杜绝了电源不干净造成的烧板现象。 由于 7805 发热量较大，如果散热条件不好，是容易烧坏的。 模块的电源输入端是直接连到内部的芯片电源引脚上，供给模块的电源应该使用标准的 5V 稳压电源。 本系统还 采用 LM2576，由它加周边电容电阻产生 电压再经 П 型电路滤波然后把 电压来供给 TC35I。 该芯片 内部包含 52kHz 振荡器、 基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等。 采用此 开关稳压电源可大大减少散热片体积和 PCB 板的面积，甚至在大多数情况下不需要加装散热片，从而减少了对 MCU工作环境的有害影响 ；另外采用此 开关稳压电源作为 MCU 电源的另一个优势是：开关管的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自于电源的高频干扰具有较强的抑制作用。 不仅可以提高稳压电源的工作效率，减少能源损 耗，减少对 MCU 的热损害，而且可减少外部毕业论文 18 交流电压大幅波动对 MCU 的干扰，同时可降低经电源窜入的高频干扰，这对保障 MCU 的安全和可靠运行能起到事半功倍的作用。 此外，由于开关稳压电源 “ 热损失 ” 的减少，设计时还可提高稳压电源的输入电压，这有助于提高交流电压抗跌落干扰的能力。 LM2576 具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为 MCU 的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。 软件的实现 软件设计思想也是按模块结构，分单片机主模块； 16C5。