基于GPRS的温度实时监测系统设计

陕西理工学院毕业设计题目 基于 GPRS 的温度实时监测系统设计 学生姓名 李德林 学号 1113014003 所在学院 物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级 电子 1101 班 指导教师 贾建科 完成地点 物电学院实验室 2015 年 6 月 10 陕西理工学院毕业设计基于 GPRS 的温度实时监测系统设计李德林（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业电子 1101 班陕西汉中 723003）指导教师：贾建科摘要近年来，随着通信事业的不断 发展，移 动终端的设计也逐渐 倍受关注。随着无线网络的覆盖范围的扩大和完善，基于 远程的温度采集控制系 统在各行各业中大量使用。该系统主要由DS18B20单总线温度传感器、 GPRS传输模块SIM900A和AT89C52微控制器组成，具有无线传输网络的特征。可方便实现对各种现场温度进行远程监控和管理。具有传输速度快、可靠性高、适 应性强等特点。关键字GPRS，无线，数据采集，系统陕西理工学院毕业设计Design of GPRS temperature monitoring system for real timeLi Delin(Grade 11,Class 01,Major electronics and information engineering，School of Physics and Telecommunication Engineering.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong Shaanxi，723003)Tutor: Jia JiankeAbstract:In recent years, with the continuous development of communication enterprises, the design of mobile terminal also gradually attention. With the enlargement of the wireless network coverage and improvement of temperature acquisition based on the remote control system used in all walks of life. The system is mainly composed of DS18B20 single bus temperature sensor, GPRS transmission module of SIM900A and microcontroller AT89C52, has the characteristics of wireless transmission network. Easy to realize remote monitoring and management for all kinds of field temperature. With transmission speed, high reliability, strong adaptability, etc.Keyword:GPRS，Wireless， Data acquisition,System陕西理工学院毕业设计目录1 绪论 .11.1 课题的研究背景及意义 .11.2 发展历程及国内外研究现状 .11.3 系统组成 .12 系统硬件设计 .32.1 监测端 .32.1.1 AT89C52 模块 .32.1.2 DS18B20 模块 .42.1.3 LED 模块 .42.2 发射端 .72.2.1 SIM900A 模块 .73 软件设计 .83.1 DS18B20 测温流程 .83.1.1 初始化 .93.2 涉及 SIM900A 的串口初始化及 GPRS 协议转换 .93.2.1 单片机程序中涉及 SIM900A 串口初始化 .93.2.2 GPRS 应用系统中的协议转换 .103.3 简介 KeilUvision.113.4 上位机程序及仿真界面 .123.4.1 Visual Basic 简介 .123.4.2 Visual Basic 编译注意事项 .124.总结 .14致谢 .15参考文献 .16附录 A 程序代码 .17附录 B:温度采集仿真 .31附录 C 外文翻译 .32陕西理工学院毕业设计第 0 页 共 46 页1 绪论1.1 课题的研究背景及意义近年来随着科学技术的进步，温度测量的需求也越来越高，在测量机构的工业发达国家，相关的温度测量技术是一个重要研究课题。温度是一个非常重要的参数，用于工业和农业，医学，科研，国防工业，航天工业等。温度测量点一般约占一半的生产过程，一般情况国外的一些机构会注意温度测量技术的过程。温度测量技术的发展趋势是提高结构构件的检测。另一方面是完善二手仪器，特别是检测元件的小型化，提高动态特性，提高二仪器的灵敏度和可靠性和测量数字的值。GPRS是通用分组无线业务 4（General Packet Radio Service）的英文简称，是在现有的GSM系统开发了一种新的分组数据承载业务。此功能适用于大多数的移动互联网应用。采用该方法会大大节省人力和财力，减少工作人员在野外操作的困难，也可以替人类到环境比较恶劣的条件下进行正常作业，而且采集数据精确，速度快。监测人员操作方便，为人们带来很大的方便。采用有线温度采集，不但在组建采集系统时布线比较麻烦，而且数据传输距离比较近，组建系统的成本相对较高。而无线温度采集系统的组建省去了数据传输时的布线，而且数据传输距离可以很远，可靠性高。所以无线温度采集系统与有线温度采集系统相比，具有很大的优势。采用该方法会大大节省人力和财力，减少工作人员在野外操作的困难，也可以替人类到环境比较恶劣的条件下进行正常作业，而且采集数据精确，速度快。监测人员操作方便，为人们带来很大的方便。1.2 发展历程及国内外研究现状在应用在GPRS / GSM方面 1，事实上，我们是在我们离不开手机应用最广泛。现在移动互联网在3G业务的另一个常见的事情发展迅速。但仅仅在商业上的应用是不能够展现他的优势的。在工业上随着工业技术的不断发展在GPRS/GSM的技术可靠性得到了不断的提升。这为远程控制的可靠性提供了保证。目前从GSM到GPRS技术发展最好的国外公司是西门子公司的产品。此外国内的华为公司的一些产品比如EM310模块、EM770W模块、EM200、GTM900-C等销量也比较的大。由于大多数的GPRS/GSM产品都支持AT标准指令，所以大多产品都可以很好的兼容。但由于生产技术的不同，各厂家的产品的性能各不相同，且GSM网络是一种电路交换系统，而GPRS网络是一种分组交换系统。因此，GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的数据传输。介于以上理由及系统的可靠性，本设计主要使用GPRS网络来实现远程无线温度的采集和对其控制。1.3 系统组成本设计的整个系统通过数字温度传感器采集工作现场温度，将数字信号传给单片机，并由LED现场显示温度，单片机将处理过的数据信息通过GPRS模块操作，连接到GPRS网络，将数据由GPRS网络上传到Internet网络 2，在服务器端由VB编写的上位机程序通过使用Run-Time Engine控件来对数据进行处理显示。其系统框图如图1.1所示。陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 46 页图 1.1 系统组成框图陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 46 页2 系统硬件设计硬件组成：检测端和发射端两部分组成。温度实时检测端是通过 DS18B20 从现场采集温度信息，AT89C52 对获取的数据信息进行汇总并加工处理，按照上位机要求上传网络。发射端是 TCP/IP 协议 GPRS 模块通过 SIM900A 来完成，来完成温度数据的监测。在此说明，最初我选用的单片机是 STC89C52，因为 STC89C52 相对 AT89C52 功能更齐全一些，STC89C52 有512 字节的数据存储空间，而 AT89C52 只有 256 字节数据存储空间；另外 STC89C52 单片机内部有 2K 字节的 EEPROM 存储空间，AT89C52 却没有。但实际操作中没有烧录的设备，所以就选则 AT89C52 单片机。 2.1 监测端监测端主要包括：AT89C52,DS18B20,LED数码管。第一部分：温度信息获取，DS18B20传感器从现场采集温度信息，第二部分为：对传递进来的数据进行处理，AT89C52单片机将DS18B20传递进来的数字信号进行处理，将实时温度传递给LED和SIM900A（GPRS模块） ；第三部分为LED八段数码显示管，它将AT89C52处理的实时温度数据显示出来，以便于读数。本次毕设中在实际操做中采用12M的晶振来完成，电源采用的是五伏直流电源的蓄电池。实现步骤主要分为：第一，根据需要设计电路；第二，根据设计电路进行温度实时监测的仿真；第三，在仿真通过时，进行电路优化；第四，进行实体电路的焊接并进行温度实时监测。2.1.1 AT89C52 模块（1）AT89C52的功能特性描述作为普通51单片机已与广泛应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，且功能强大，因此本系统采用AT89C52单片机作为主控制芯片。AT89C52单片机功能使用有以下标准:8字节的FLASH闪存,256字的竹内部RAM,3个16位定时器/计数器,32个I / O端口线,一个两级6向量中断结构、全双工串行通信端口,芯片上的时钟振荡器电路。AT89c52可降至OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时计数器串行通信口及中断系统继续工作。振荡器停止工作和其他工作,直到下一个硬件复位所有部分.（2）涉及到AT89C52电路简图本系统设计所涉及到的AT89C52最小系统 8，仅有芯片，晶振，和复位键组成。外接5V的电源电路。如图2.1所示。图 2.1 AT89C52 最小系统陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 46 页2.1.2 DS18B20 模块（1） DS18B20一般说明及特点概述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0.0625C，其提供9位温度读数，指示器件的温度。（2）DSl8B20的外部管脚及特点DS18B20有三个管脚。GND为接地线，DQ为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。VDD为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围3.0V5.5V。本文使用外部电源供电。引脚排列如图所示。DALLASDS18B20123G N DD CV D D图 2.1.2 DS18B20 引脚排列图（3） DS18B20的内部结构本系统所用的DS18B20主要由四个部分组成:温度传感器, 64位光刻R0M, 配置寄存器，非易失性的温度报警触发TH和TL。R0M交货前64位序列号被光刻技术,它可以被认为是DSISB20地址码序列,每个DSI8B20 64序列号是不一样的。表 2.3.2 DS18B20 精度位数对应表R1R0 精度位数 最大转换时间R1R0=00 9 位精度 93.75 msR1R0=01 10 位精度 187.5 msR1R0=10 11 位精度 375 msR1R0=11 12 位精度 750 ms注：编程时默认是12精度。本系统采用的也是12位的精度。2.1.3 LED 模块(1) LED数码管简介LED数码管其实是由七个发光管组成8字形构成的，再加上小数点为8个发光管。这些部由字母a,b,c,d,e,f,g,dp分别来标识；如图2.1.3所示。（2）LED管脚数码管加上特定电压后会发光, 让我们的眼睛看到两个8数码管字 11。如：显示一个“0”字，所以应该是a b c d e f亮，g和dp并不明亮。通常为明亮,非常明亮,也有不同的尺寸0.5寸,1寸等。一般来说,一个发光二极管的管压降约为1.8 V,电流不得超过30 mA。当阳极接在一块并且连接在电源正极的发光二极管是共阳数码管，当阴极接在一块并且连接在电源负极的发光二极管是共阳数码管。LED数码管显示数字和字符常用的是陕西理工学院毕业设计第 4 页 共 46 页0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B, C,D,E,F。图 2.1.3 DS18B20 引脚排列图2.2 发射端发射端主要包括：SIM900A GPRS模块，它的主要功能是将监测端采集的温度数字信号同过SIM900A的GPRS业务发送给远程检测端（上位机） 。GPRS不局限GSM网络只能提供思维的电路交换模式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行一部分改造和分组交换