基于gsm温度监测系统的研制

基于gsm温度监测系统的研制内容摘要：

使用可靠。 它只需直 流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，借口也很简单。 作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力。 AD590 的测量信号可远传百余米。 方案三：采用 DS18B20。 DS18B20 采用独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯；在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内，故电路比较简单；它的测温范围在 55℃～ +125℃之间，在一 10℃ ~十 85℃时精 度为士 ℃。 综合比较，方案一、二电路复杂，调试复杂，不容易得出正确的温度值；方案三电路简单而且容易调试，易得出正确的温度。 同时，系统要求的测温时间间隔 1~10ms左右，可以弥补 DS18B20 测温时间比较长的缺点。 所以经过以上分析选择方案三作为本系统的测温模块比较合理。 GSM 无线通讯模块 目前，基于 GSM 无线通讯模块实终现数据传输的有两种：短消息和 GPRS。 两者都是利用公用网络，不同的是 GPRS 的监测终端使用 inter 才能获得数据，在互联网世界下，使用 GPRS 是一大优点，但是在没 有互联网下就是它的缺点。 短消息没有这样的限制，使得它的适用范围更广。 所以这里选择短消息作为系统的无线传输方式。 而 TC35I 是一个非常好用的 GSM 模块，它的设计主要是针对短消息的发送和接收。 所以这里选择 TC35I 作为本系统的 GSM 无线传输模块。 显示模块 从系统看，系统需要显示的地方有：按键设置上下限温度值和测量温度值。 要显示的数据量不大。 如果采用 LCD 作为显示模块就显有点大材小用，而且 LCD 程序编写复杂， STC89C51 的程序存储器空间可能不够。 而一般的 LED 显示程序编写简单，硬件设计方 面也简单，适合作为本系统的显示模块。 XXXXXX 学院毕业设计（论文） 第 8 页 3 DS18B20 简介 单总线 (1 一 Wire)的基本原理 概述 单总线 (lWire)是 Maxim全资子公司 Dallas 的一项专有技术。 与目前多数标准串行数据通信方式，如 SP/I2C/MICROWIRE 不同，它采用单根信号线，既传输时钟，又传输数据，而且数据传输是双向，它具有节省 I/O 口线资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。 1Wire 单总线适用于单个主机系统，能够控制一个或多个从机设备。 当只有一个从机位于总线上时，系统 可按照单节点系统操作。 而当多个从机位于总线上时，则系统按照多节点系统操作。 为了较为全面地介绍单总线系统，将系统分为三个部分讨论硬件结构命令序列和信号方式 (信号类型和时序 )。 命令序列 典型的单总线命令序列如下 : 第一步 :初始化。 第二步 :ROM 命令 (跟随需要交换的数据 )。 第三步 :功能命令 (跟随需要交换的数据 )。 每次访问单总线器件，必须严格遵守这个命令序列，如果出现序列混乱，则单总线器件不会响应主机。 但是，这个准则对于搜索 ROM 命令和报警搜索命令例外，在执行两者中任何一条命令之后，主机不能执 行其后的功能命令，必须返回至第一步。 1)初始化 基于单总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，初始化过程由主机发出的复位脉冲和从机响应的应答脉冲组成应答脉冲使主机知道总线上有从机设备且准备就绪。 2)ROM 命令 在主机检测到应答脉冲后，就可以发出 ROM 命令。 这些命令与各个从机设备的唯一64 位 ROM 代码相关，允许主机在单总线上连接多个从机设备时，指定操作某个从机设备。 这些命令还允许主机能够检测到总线上有多少个从机设备以及其设备类型，或者有没有设备处于报警状态。 从机设备可能支持 5 种 ROM 命令 (实际情况与具体型 号有关 )， XXXXXX 学院毕业设计（论文） 第 9 页 每种命令长度为 8 位。 主机在发出功能命令之前，必须送出合适的 ROM 命令。 ROM 命令主要包括 :搜索 ROM【 FOh】、读 ROM【 33h】、匹配 ROM【 55h】、跳越 ROM【 CCh】、报警搜索【 ECh】等。 3)功能命令 在主机发出 ROM 命令，以访问某个指定的单总线器件，接着就可以发出单总线器件支持的某个功能命令。 功能命令主要包括 :转换温度【 44h】、读暂存器【 BEh】、写暂存器【 4Eh】、复制暂存器【 48h】、回读 EEPROM【 B8h】、读供电方式【 B4h】等。 信号方式 所有的单总线器件要 求采用严格的通信协议，以保证数据的完整性。 该协议定义了几种信号类型 :复位脉冲、应答脉冲、写 0、写 读 0 和读 1。 所有这些信号，除了应答脉冲以外，都由主机发出同步信号。 并且发送所有的命令和数据都是字节的低位在前，这一点与多数串行通信格式不同 (多数为字节的高位在前 )。 DS18B20 介绍及测温电路设计 美国 MAXIM 公司的子公司 — Dallas 半导体公司的数字温度传感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，新一代的 DS18B20 体积更小、更经济、更灵活。 使你可以充分发挥“一线总线” 的优点。 DS18B20 的主要特性 ◎适应电压范围更宽，电压范围 :~，在寄生电源方式下可由数据线供电。 ◎独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 ◎ DS18B20 支持多点功能，多个 DS18B20 可以并联在位的三线上，实现网络多点测量。 ◎ DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 ◎测温范围一 55℃ ~+125℃，在一 10℃ ~十 85℃时精度为士 ℃。 ◎可编程的分辨率为 9~12 位，对应的测温精度为 ℃、 ℃、 ℃、 ℃，可实现高精度测温。 ◎在 9 位分辨率时最多在 内把温度转换为数字， 12 位分辨率时最多在 750ms XXXXXX 学院毕业设计（论文） 第 10 页 内把温度值转换为数字，速度更快。 令测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 ◎负压特性 :电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 DS18B20 的外形和内部结构 DS18B20 内部结构主要有四部分组成 :64 位光 刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器， DS18B20 的外形及管脚排列因封装不同而不同，其外形封装及内部结构分别如图 31 和 32 所示。 图 31 DS18B20的外形封装 图 32 DS18B20内部结构 DS18B20 工作原理 DS18B20 测温原理如图 33 所示。 图中低温度系统晶振的振荡频率受温度影响很小，用于生产固定频率的脉冲信号送给计数器 1。 高温度系数晶振随温度变化其振荡明显改变，所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。 计数器 1 和温度 寄存器被设置在一 55℃所对应的一个基数值。 计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计算，当计数器 1 的预置值减到 0 时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1 的预置将重新被装入，计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器 2 计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器 1 的预置值。 XXXXXX 学院毕业设计（论文） 第 11 页 图 33 DS18B20测温原理框图 DS18B20 有一个配置寄存器，它用来配置测温分辨率的，配置寄存 器的结构如表 31所示。 表 31 配置寄存器结构 TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是“ 1”， TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。 Rl 和 RO 用来设置分辨率，具体配置如表 42 所示 (DS18B20 出厂时被设置为 12 位 )。 表 32 温度分辨率设置表 R1 R0 分辨率 温度最大转换时间 0 0 9位 0 0 10位 1 0 11位 375MS 1 1 12位 750MS 测温电路设计 对于 DS18B20，可以采用两种方式给它供电 :一种是寄生电源供电方式。 另一种是外接电源给它供电。 在寄生电源供电方式下，如图 34 所示， DS18B20 从单线信号线上汲取能量 :在信号线 DQ 处于高电平期间能把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源 (电容 )充电。 要想使 DS18B20 进行精确的温度转换， I/O 线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个 DS18B20 在温度转换器件工作电流达到 lmA，当几个温度传感器挂在同一根 UO 线上进行多点测温时，只靠 上 拉电阻就无法提供足够的能量，会造成 XXXXXX 学院毕业设计（论文） 第 12 页 无法转换温度或温度误差极大。 就此电路，做过大量的实验，在实验中，降低电源电压 VCC，当低于 时，测出的温度比实际的温度高误差大。 当电源电压降为 4V 时，温度误差有 3℃之多，这是因为寄生电源汲取能量不够造成的，因此，不适用用于组建多点测温系统。 有人改进过寄生电源供电方式，如图 35 所示。 为了使 DS18B20 在动态转换周期中获得足够的电流供应，当进行温度转换或拷贝到存储器操作时，用 MOSFET 把拍线直接接到 VCC 就可提供足够的电流，在发出任何涉及到拷贝到 EEPROM 存储 器或启动温度转换指令后，必须在最 1181。 S 内把 I/0 线转换到强上拉状态。 在此前上拉可以解决电流供应不足的问题，因此也适合于多点温度应用，缺点就是多占用一根 I/O 口线进行上拉切换，软件编程也复杂些。 图 34 寄生电源供电图 图 35 改进型寄生电源供电图 DS18B20 的时序图 单总线系统包括一个总线控制器和一个或多个从机。 DS18B20 是从机。 系统要通过单总线选择合适的时序才能驱动它。 具体为：初始化时序、写时序、读时序。 (1) 初始化时序 主机控 制 DS18B20完成任何操作之前必须先初始化，即主机发一复位脉冲 (最短为480181。 s的低电平 )， 接着主机释放总线进入接收状态， DS18B20在检测到 I/O引脚上的上升沿之后，等待 15~60181。 s然后发出存在脉冲 (60~240181。 s的低电平 )。 时序图如图 36。 XXXXXX 学院毕业设计（论文） 第 13 页 图 36 初始化时序图 (2) 读 /写时序 写时间片：将数据线从高电平拉至低电平，产生写起始信号。 在 15181。 S 之内将所需写的位送到数据线上，在 15181。 S 到 60181。 S 之间对数据线进行采样，如果采样为高电平，就写1，如果为低电平， 写 0 就发生。 在开始另一 个写周期前必须有 1181。 S 以上的高电平恢复期。 时序图如图 37 所示。 图 37 读 /写时序图 读时间片主机将数据线从高电平拉至低电平 1181。 S 以上，再使数据线升为高电平 , 从 XXXXXX 学院毕业设计（论文） 第 14 页 而产生读起始信号。 主机在读时间片下降沿之后 15181。 S 内完成读位。 每个读周期最短的持续期为 60181。 S ,各个读周期之间也必须有 1181。 S 以上的高电平恢复期。 时序图如图 所示。 DS18B20 的 ROM 和存储器命令 由 DS18B20 的结构可以看出，要完成温度采集就必须用软件对 DS18B20 内部的 ROM和存储器进行操作。 如果计算机检测 到单总线上有器件存在，就可以发出传送 ROM 命令。 具体的传送 ROM 命令格式如表 33 所示。 表 33 DS18B20的 ROM命令 传送 RAM 命令是当上述命令之一被成功执行后，控制机发出的控制命令，它用来访问被选中的器件的存储和控制部件，例如，启动单总线温度传感器 DS18B20 温度转换的命令。 具体命令见表 34。 表 34 DS18B20的存储命令 主机对 DS18B20 进行 ROMT 和存储器的操作就可实现温度采集。 举例如下表 35 XXXXXX 学院毕业设计（论文） 第 15 页 表 35 存储器操作举例 小结 : DS18B20 是。