基于gprs的远程温度监测系统设计-浙江大学(编辑修改稿)

基于gprs的远程温度监测系统设计-浙江大学(编辑修改稿)内容摘要：

放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 复位电路 按键复位是利用开关按钮来实现的，即通电后，按下开关，使得瞬间 RST 端的电位与 Vcc 相同，随着电容上储能增加，电容电压也增大，充电电流减少， RESET端的电位逐渐下降。 这样在 RST 端就会建立一个脉冲电压，调节电容与电阻的 大小可对脉冲持续的时间进行调节。 RST 引脚是复位信号的输入端。 复位信号是高电平有效。 高电平有效的持续时盐城工学院本科生毕业说明书 ( 2020) 11 间应为 24 个振荡周期以上。 若时钟频率为 6MHz，则复位信号至少应持续 4 微秒以上，才可以使单片机复位。 本次设计中采用按键复位的方法进行复位操作。 如下图25 所示。 A T 8 9 C 5 1R E S E TS1R120 0R210 K+C110 uFV C CR E T 图 25 单片机复位电路 单片机时钟电路 单片机时钟电路就是提供单片机内部各种操作的时间基准的电路，没有时钟电路单片机就无法工作。 设计中，采用由内部方式产生时钟的方法形成 时钟电路，具体如图所示。 内部方式：在 XTAL1 和 XTAL2 端外接石英晶体作定时组件，内部反相放大器自激振荡，产生时钟。 时钟发生器对振荡脉冲二分频，即若石英频率 fosc＝ 6MHz，则时钟频率＝ 3MH2，因此，时钟是一个双相信号，由 P1 相和 P2 相构成。 fosc 可在 2MHZ—12MHZ 选择。 小电容可以取 30PF 左右。 Y11 2 M H ZC83 3 p FC93 3 p FA T 8 9 C 5 1X 2X 1 图 26 时钟电路 基于 GPRS 的远程温度监测系统设计 12 单片机外围电路设计 图 27 是单片机的外围电路，主要包括晶振电路、复位电路、采集电路。 单片机选用 AT89C51，采集电路中的传感器用 DS18B20 数字温度 传感器。 图中， C C2 和 Y1 与单片机的 XTAL XTAL2 管教相连，组成时钟电路，C R1 以及 S1 与单片机的复位信号的输入端相连，组成单片机复位电路，完成复位功能。 右边，温度传感器 DS18B20 接上下拉电阻，形成输入电路部分，单片机根据温度传感器的输入，形成输出。 这就是输入部分的电路图设计。 DQ2GND1VCC3U?DS18B20EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40AT89C51100pFC233pF100pFC133pF12Y112MHZ10uFC3200R111610KR25AS1GNDVCC123J810KR26GNDVCCVCCVCCGNDRRes2VCC10uFC5C2GND 图 27 单片机外围电路图 盐城工学院本科生毕业说明书 ( 2020) 13 通信电路设计 GPRS DTU 的简介 GPRS DTU(Data Terminal unit)全称数据传输单元 ， 是专门用于将串口数据转换为 IP 数据 或将 IP 数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。 GPRS DTU 就是用 GPRS 网络来传输数据的设备，它采用工业级嵌入式处理器，内嵌 TCP/IP 协议栈。 为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。 GPRS DTU 的选型 ZWG23A 是一款基于 GPRS 网络的无线数据传输终端设备，提供全透明数据通道，可以方便的实现远程、无线、网络化的通信方式。 可以轻松实现与 Inter 的无线连接。 ZWG23A 具有网络覆盖范围广（移动网络覆盖范围， 能使用移动电话的地方就可以使用）组网灵活快捷（安装即可使用）、运行成本低（按流量计费）等诸多优点。 可应用于电力系统、工业监控、交通管理、气象、水处理、环境监控、金融证券、煤矿、石油等行业。 ZWG23A的结构特点  支持数据透明传输与协议转换  支持备用数据中心  支持点对点互连功能  支持 APN 虚拟专网业务  支持数据中心动态域名或 IP 地址访问  支持永远在线、空闲下线和空闲掉电三种工作方式  支持短信和电话唤醒功能  支持断线自动重连功能  具有连接时机可控功能，节约流量  支持本地和远程图形化界面配置与维护  支持 短信配置与维护  支持本地和远程固件升级  RS232 DB9 串口，具有流控信号线和上线指示信号线  支持数据中心虚拟串口功能，无缝衔接现有上位机软件  支持 5V～ 26V 宽范围供电  工作电流最大 300mA 、在线待机电流 ≤31mA、休眠时 ≤14mA  多重软硬件可靠设计，复合式看门狗技术，使设备安全运行 图 28就是 ZWG23A的实物图 基于 GPRS 的远程温度监测系统设计 14 28 GPRS DTU 实物图 串口通信电路 为了提高串行通信的可靠性，增大通信距离，一般采用标准串行接口、 RS232C、RS． 422A 等标准接口 来进行串行通信。 EIA RS232C 是异步串行通信中应用最广泛的标准总线，它包括了按位串行传输的电气和机械方面的规定。 在微机通信中，通常使用 RS232C 接口即 PC 机的 COM 口 ， 其引脚定义如图 29 所示。 图 29 RS232C引脚定义图 PC 机的 COM 口，输入输出为 RS232C 电平，而 51 单片机串行口的输入输出均为 1frL 电平。 由于 TTL 电平和 RS232C 电平互不兼容，所以两者接口时，必须进行电平转换。 电平转换最常用的芯片是传送线驱动器 MC1488 和接收器 MC1489，其作用除了电平转换 外，还实现正负逻辑电平转换。 图 210 是单片机与 PC 机通信接口电路。 盐城工学院本科生毕业说明书 ( 2020) 15 A T 8 9 C 5 1T X DR X DG N DC 1 +C 2 C 2 +C 2 T l i nR l o u tG N DM A X 2 3 2V C CV +T l o u tR l i nV P CR S 2 3 2R X DT X DG N D+ 5 v+1 u f1 u f+1 u f1 u f++图 210 单片机与 PC 机通信接口电路 下位机总体软件的设计 在主程序流程图中，系统软件的重点在于对单片机利用汇编语言编程。 包括向AT89C51 对 GPRS DTU 的初始化以及对串行口通信速率、短消息模式、短消息中心号码的初始化。 这些初始化指令是通过 AT 指令写入的，因此 在编程时将这些常用到的 AT 指令编成表格，存放在 AT89C51 的程序存储器内，以便使用。 流程图如图 34 所示。 其中 A、 B、 C、 D 中断子程序只是发送数据内容不一致，对应的流程一致，因此使用一个中断子程序表示； P2． i 中 i=0， 1， 2， 3 对应着不同的指示灯。 开 始采 集 数 据温 度 采 集 设 定 温 度 上 限温 度 采 集 设 定 温 度 上 限中 断 入 口A单 片 机 自 身 初始 化 ， T C 3 9 I 初始 化中 断 入 口B开 始采 集 数 据温 度 采 集 设 定 温 度 上 限温 度 采 集 设 定 温 度 上 限中 断 入 口A单 片 机 自 身 初始 化 ， T C 3 9 I 初始 化中 断 入 口B 基于 GPRS 的远程温度监测系统设计 16 开 始采 集 数 据温 度 采 集 设 定 温 度 上 限温 度 采 集 设 定 温 度 上 限中 断 入 口A单 片 机 自 身 初始 化 ， T C 3 9 I 初始 化中 断 入 口B 盐城工学院本科生毕业说明书 ( 2020) 17 发 送 成 功。 向 T C 3 9 i 发 送 指 令 ， 发 送 信息读 取 发 送 数 据 ， 用 户 账 号 ， 发 送 内容 ， 短 信 息 中 心 号 码 单 片 机 自 身 初 化 , 初 始 化T C 3 9 i结 束开 始延 迟 1 秒NY 图 31 下 位机软件主流程图 温度采集方面，首先初始化温度传感器，等待单片机的应答，一旦单片机检测到应答脉冲，便执行跳过 ROM 匹配操作命令，就可以使用内存操作命令，启动温度转换，延时一段时间后，等待温度转换完成。 再执行跳过 ROM 匹配操作命令，然后读暂存器，将转换结果读出，并转为显示码，送到液晶显示。 温度传感器程序设计流程图如下图所示。 基于 GPRS 的远程温度监测系统设计 18 DS18B20跳 过 ROM匹 配启 动 温 度 转 换DS18B20复 位跳 过 ROM匹 配读 取 温 度温 度 匹 配 图 32 DS18B20 模块程序流程图 DS18B20 温度值读取程序设计： void delay_18B20(unsigned int i) { while(i)。 } void ds1820rst()/*ds1820 复位 */ { unsigned char x=0。 DQ = 1。 //DQ 复位 delay_18B20(4)。 //延时 DQ = 0。 //DQ 拉低 delay_18B20(100)。 //精确延时大于 480us DQ = 1。 //拉高 delay_18B20(40)。 } uchar ds1820rd()/*读数据 */ { unsigned char i=0。 盐城工学院本科生毕业说明书 ( 2020) 19 …………… tflag=0。 else {tvalue=~tvalue+1。 tflag=1。 } tvalue=tvalue*。 //温度值扩大 100 倍 return(tvalue)。 } 通信模块设计 GPRS DTU 模块 GPRS(General Packet Radio Service， 即通用无线分组业务 )是一种基于 GSM 系统的无线分组交换技术 ， 提供端到端的、广域的无线 IP 连接。 通俗地讲 ， GPRS是一项高速数据处理的技术 ， 方法是以 “分组 ”的形式传送资料到用户手上。 现 场 仪 表 或 控 制 设 备G P R S D T U 图 33 GPRS DTU 从仪表采集数据 GPRS DTU ( GPRS Data Transmission Unit) ， 即基于 GPRS 的工业现场数据控制器。 GPRS DTU 由 GPRS 模块、嵌入式计算机及相应电路组成 ， 主要功能如下 :。 数据接口有 RS232 /485 /422 串口、 4mA～ 20mA 或 1V～ 5V模拟量 (记录瞬时值及累计量 )、开关量。 量检测及输出。 把从仪表采集到的数据 ， 以定时 (时间间隔由监控中心设定 ) 、事件触发方式上报。 可以响应监控中心发出的查询请求 ， 将查询时刻的数据发送给监控中心。 ， 可以增加检测、告警等功能。 GPRS DTU 的应用 通过 ZWG23A 模块可以让远端的用户设备和管理中心的电脑进行透明数据通信。 基于 GPRS 的远程温度监测系统设计 20 透明数据通信：意思即为用户设备与 DTU 之间没有通信协议， DTU 将用户设备发送过来的数据不做修改的传送到目标 PC 上，运行在 PC 上的软件可以 完整的接收到 DTU 发来的数据包。 比如用户设备发送一个字节数据为 0xAA，那么在 PC 端运行的软件就会收到一个字节数据 0。