基于gprs的远程无线温度采集系统的设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

基于gprs的远程无线温度采集系统的设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

脚定义 管脚号 信号名 描述 4 4 4 4 50 VBAT 供电电源电压输入管脚 4 4 4 4 49 GND 地 35 VCOIN 实时时钟 (RTC)备用电源输入管脚 40 VIO 对外电源输出管脚 （ 1） VBAT 接口 MG323 模块正常工作时需要通过 VBAT 管脚来提供供电电源，供电电源电压输入范围为 ～ （典型值 ）。 50PIN B2B 连接器为外部供电电源输入提供 5 个 VBAT 管脚和 5 个 GND 管脚， MG323 模块在正常使用时，需保证全部管脚都得到有效使用。 当 MG323 模块针对不同外部应用时，需重点关注供电电源方面的设计。 由于实际网络 环境的差异，当 MG323 模块以最大功率发射时，电源供电的瞬时电河北联合大学信息工程学院 10 流将有可能达到 左右的瞬时峰值，届时将会引起 VBAT 电压的跌落，所以应确保 VBAT 在任何 情况下供电电源电压的跌落不能低于 ，否则可能会引起 MG323 模块重启等异常情况。 对于外部供电电源，推荐使用电流输出能力大于 2A 的 LDO 或开关电源，并且 在模块 的电源端口处并联一个 2mF 以上的蓄能电容。 对于蓄能电容，推荐使用 以上的 电解电容。 此外，为了降低通路上阻抗对电压跌落的影响，建议尽量缩短 VBAT 的走 线。 （ 2） VCOIN 接口 VCOIN 是 MG323 模块内部实时时钟 RTC 备用电源输入接口。 当 VBAT 在位时，实时 时钟 RTC 可以优先通过 VBAT 供电；当 VBAT 不在位时， VCOIN 为实时时钟 RTC 提 供备用电源输入，此时 MG323 模块维持实时时钟 RTC 功能所需电流约为 5uA。 VCOIN 可 以使用外部电池供电，推荐使用的电池电压 为 3V；如果不使用电池，也可以外接电容，电容的容值大小决定了在 VBAT 不在位时实时时钟 RTC 的持续时间。 MG323 模块支持对外部备用电池进行充电，当 VBAT= 时，充电电流约为 (典型值 )。 （ 3） VIO 接口 VIO 接口可对外提供 供电电压，输出电流为 10mA（典型值），可以用于外部电平 转换或者其他应用。 当 MG323 模块处于 SLEEP 模式下， VIO 处于开启的低功耗状态（ 500uA）；当 MG323 模块在 Power Down 模式时， VIO 则处于关闭状态。 控制信号接口和开 /关机时序 MG323 模块 B2B 接口的控制信号部分主要包括：开 /关机（ TERM_ON）接口，硬件复位（ RESET）接口，网络状态指示（ LED_SEATUS）接口。 表 22 控 制信 号 接口 管 脚定义 管脚号 信号名 描述 20 TERM_ON 开 /关机控制管脚 22 RESET 硬件复位管脚 25 LED_STATUS 网络状态指示管脚 （ 1）输入控制信号 对于输入控制信号接口部分， MG323 模块主要实现开 /关机控制和硬件复位功能。 第 2 章 系统主要模块介绍和硬件设计 11 TERM_ON 管脚用于实现开 /关机功能。 当 TERM_ON 管脚拉低 ≥1s 后，即可开机；开 机后，如果再次将 TERM_ON 管脚拉低 ≥1s ，即可关机。 RESET 管脚用于实现模块硬件复位。 当模块出现软件死机的情况时，通过拉低 RESET 管脚≥10ms 后，模块进行硬件复位。 （ 2）输出控制信号 MG323 模块提供了一个网络状态指示接口 LED_STATUS，通过该接口输出的脉冲信号 来控制用户接口板上的 LED 状态指示灯，显示网络连接的状态。 LED 状态指示灯闪烁的不 同模式，代表了不同的网络状态，管脚状态如下表所示。 表 23 LED_STATUS 管 脚状 态 指 示 说明 工作或网络状态 LED_STATUS 管 脚输出状态 睡眠模式 持续低电平 搜网状态或无网络时（含无 SIM 卡或未解 PIN 码时） 周期 1s， 高 电平输出 已注册上 2G 网络 周期 3s， 高 电平输出 GPRS 数据业务 周期 ，高电平输出 语音呼叫 持续高电平 在实际应用中， LED_STATUS 管脚不能直接用于驱动 LED 状态指示灯，需要配合三极 管使用， LED 灯的限流电阻选择，请根据 LED 的实际压降和额定电流选择合适的限流 电阻，驱动示意电路如图所示。 图 MG323 信号指示灯 河北联合大学信息工程学院 12 （ 3）开 /关机时序 MG323 模块可以通过开 /关机键 TERM_ON 进行开机，开机后软件会根据实际设置情 况上报相关信息。 图 开机时序 MG323 模块支持硬件复位功能。 当 MG323 模块出现软件死机的情况时，您可以通过 RESET 信号控制模块实现硬件复位功能。 当硬件复位完成后，软件开始开机流程，开 机后软件会根据实际设置情况上报相关信息。 图 关机时序 UART 接口 MG323 模 块 对外提供一路异步 RS232 UART1(8 线全串口 )通信接口。 UART1 支持标准 Modem 握 手信号控制方式，通过 UART1接口与外界进行串行通信和 AT 指令输入。 第 2 章 系统主要模块介绍和硬件设计 13 表 24 UART 接口定义 管脚号 信号名 描述 29 UART1_RD 模块数据发送端 33 UART1_TD 模块数据接收端 38 UART1_RIN G 模块振铃指示 32 UART1_DSR 模块数据设备就绪 34 UART1_RTS 请 求发送 36 UART1_DTR 数据终端就绪 28 UART1_CTS 模块清除发送 24 UART1_DCD 模块载波检测 SIM 卡接口 MG323 模块提供了符合 ISO78163 标准的 SIM 卡接口，支持自动检测 和 SIM 卡， SIM 卡接口定义如下表所示。 表 25 SIM 卡接 口 定 义 表 管脚号 信号名 描述 1 SIM_CLK SIM 卡时钟 3 VSIM SIM 卡电源 5 SIM_DATA SIM 卡数据 7 SIM_RST SIM 卡复位 11 GND SIM 卡地 MG323 模块上没有预留 SIM 卡座，而是通过 50pin 的 B2B 连接器将 SIM 卡相关信号 引到外部，由用户自行在接口板上放置 SIM 卡座。 SIM 卡接口硬件电路如下图所示。 图 SIM 卡原理图 河北联合大学信息工程学院 14 图 SIM 卡原理图 温度传感器简介 在设计中，温度采集模块我使用的是美国 DALLAS 公司采用单总线技术生产的一种新型数字式温度传感器 DS18B20。 DS18B20 温度芯片是一种集成芯片，能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度，简化电路的结构。 使用集成芯片，已经慢慢的成为设计电路的一种趋势。 本系统设计使用温度芯片 DS18B20，也正是顺应了这一趋势。 DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，其测温分辨率可达，其提供 9位温度读数，指示器件的温度。 信息经过单线接口送入 DS1820或从 DS1820 送出。 因此从中央处理器到 DS1820 仅需连接一条线（和地），读写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。 因为每一个 DS1820 有唯一的系列号，因此多个 DS1820 可以存在于同一条单线总线上，这样占用微 处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。 这就允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。 此特性的应用范围包括 HVAC 环境控制、建筑物设备或机械内的温度检测，以及过程监视和控制中的温度检测。 DS18B20 支持 “ 一线总线 ” 接口，测量温度范围为 55～ +125186。 C，在 10～+85186。 C 范围内 ,精度为 177。 现场温度直接以 “ 一线总线 ” 的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。 适合于恶劣环境的现场温度测量。 温度芯片 DS18B20转换速度快，转换精度高，与微处理器的接口简单，给硬件设计工作带来了极大的方便，能 有效地降低成本，缩短开发周期。 在本检测系统设计中采用外部电源供电测温的工作方式，其中电阻 R是上拉电阻，使得单线总线的空闲状态是高电平。 第 2 章 系统主要模块介绍和硬件设计 15 DS18B20 管脚配置和内部结构 图 DS18B20 管脚图 引脚定义： (1)GND 为电源地； (2)DQ 为单数据总线，是数字信号输入 /输出端； (3)VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 内部结构： 图 DS18B20 内部结构图 （ 1）光刻 ROM 中的 64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码。 64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（ 28H）是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码（ CRC=X8+X5+X4+1）。 光刻 ROM的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。 河北联合大学信息工程学院 16 （ 2） DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例：用16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 ℃/LSB 形式表达，其中 S为符号位。 图 DS18B20 温度值格式表 这是 12位转化后得到的 12位数据，存储在 18B20 的两个 8比特的 RAM中，二进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5位为 0，只要将测到的数值乘于 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘于 即可得到实际温度。 例如 +125℃ 的数字输出为 07D0H， +℃ 的数字输出为 0191H，℃ 的数字输出为 FF6FH， 55℃ 的数字输出为 FC90H。 DS18B20 的工作原理 DS18B20 的温度检测与数字数据输出全集成于 一个芯片之上，从而抗干扰力更强。 其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。 在讲解其工作流程之前我们有必要了解 18B20 的内部存储器资源。 18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是： （ 1） ROM 只读存储器，用于存放 DS18B20ID 编码，其前 8 位是单线系列编码（ DS18B20 的编码是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后 8 位是以上 56的位的 CRC码（冗余校验）。 数据在出产时设置不由用户更改。 DS18B20 共 64 位 ROM。 （ 2） RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电 后丢失， DS18B20 共 9 个字节 RAM，每个字节为 8位。 第 2 个字节是温度转换后的数据值信息，第 4 个字节是用户 EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。 在上电复位时其值将被刷新。 第 5 个字节则是用户第 3 个EEPROM 的镜像。 第 8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。 第 9个字节为前 8 个字节的 CRC 码。 EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据， DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在 镜像，以方便用户操作。 第 2 章 系统主要模块介绍和硬件设计 17 DS18B20 的使用方法 （ 1） DS18B20 的初始化。 图 DS18B20 的初始化时序图 先将数据线置高电平 “1”。 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点） 数据线拉到低电平 “0”。 延时 750 微秒（该时间的时间范围可以从 480 到 960 微秒）。 数据线拉到高电平 “1”。 延时等待（如果初始化成功则在 15 到 60 毫秒时间之内产生一个由 DS18B20 所返回的低电平 “0”。 据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待， 不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。 若 CPU读到了数据线上的低电平 “0” 后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（ 5）步的时间算起）最少要 480 微秒。 将数据线再次拉高到高电平 “1” 后结束。 （ 2） DS18B20 的写操作 图 DS18B20 的写操作时序图 数据线先置低电平 “0”。 延时确定的时间为 15 微秒。 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。 延时时间为 45 微秒。