仓库管理_单片机的仓库温湿度智能测控系统设计与实现论文

论文题目 基于单片机的仓库温湿度智能测控 系统的设计与实现 专业学位类别 软件工程 学 号 201191230326 作 者 姓 名 杨五忠 指 导 教 师 叶 茂 教授 分类号 密级 UDC 注1 学 位 论 文 基于单片机的仓库温湿度智能测控系统的设计与实现 （题名和副题名） 杨五忠 （作者姓名） 指导教师 叶 茂 教 授 电子科技大学 成 都 孙松周 高 工 河南省交通通信中心 河 南 （姓名、职称、单位名称） 申请学位级别 硕士 专业学位类别 工程硕士 工程领域名称 软 件 工 程 提交论文日期 2014.3.25 论文答辩日期 2014.5.23 学位授予单位和日期 电子科技大学 2014 年 6 月 25 日 答辩委员会主席 评阅人 注 1：注明国际十进分类法 UDC的类号。 1 INTELLIGENT TEMPRATURE AND HUMIDITY CONTROL SYSTEM DESIGN BASED ON SCM A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Master of Engineering Author: Yang Zhongwu Advisor: Ye Mao School : School of Information and Software Engineering 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。 据我所知， 除了文中特别加以标注和致谢 的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也 不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 日期： 年 月 日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、 使用学位论 文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权电子科技大学可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要 I 摘 要 随着科技的飞速发展和普及，高性能设备越来越多，各行各业对温湿度的要 求也越来越高。为解决传统温湿度检测以往主要以人为基础、依靠人工轮流值班， 人工巡回查看等方式来测量和记录环境状况信息的模式，避免许多由人为因素造 成的重大事故，解决效率低下不利于人才充分利用的问题，让测量更具有科学性， 本文提出设计一套方便和精确度高的测控系统。 本文通过采用单片机作为系统的主控制器，并使用 SHT10 温湿度传感器来采 集仓库中温度与湿度数据，并将采集到的模拟信号通过 A/D 转换后，发送给主控 制器进行分析处理来实现对仓库中温湿度是否合适的监测。最后，本系统将 GSM 应用于仓库的温湿度控制上，当测量与转换后得到的仓库中温湿度值不合适时， 将会产生警报，并将警报通过 GSM 的 TC35 模块发送短信给用户，以便用户可以及 时得到信息并做出合适的处理操作。这样有效的提高了测控的效率及准确性，实 现了拥护对仓库的远程控制。 本系统设计了四个子模块，包括温度和湿度采集模块，中央控制模块，警报 发送模块以及控制命令发送模块。主要实现的功能是对采集到的温度和湿度数据 进行分析，并且根据分析结果判断要执行的操作，从而实现对仓库温度和湿度的 精确检测和及时调控，并且向用户发送警报，当用户在认为有必要的情况下，可 以强制开关外置调控系统，从而来实现对仓库温度和湿度的有效控制。 本文中使用的单片机为STC89C52，其通过C语言编程来实现数据的测量分析和 处理。 温湿度采集使用SHT10传感器， 警报发送通过GSM模块采用TC35模块,目前GSM 网络的联网与漫游功能已经在全球范围内得到了实现，不须再组建专用通信网络， 所以对于通信量不大的系统设计，选择基于GSM网络的短消息数据通信是最优的。 关键字：关键字：单片机，SHT10， 温湿度，GSM ，C 语言 ABSTRACT II ABSTRACT With the rapid development and popularization of science and technology, more and more high performance equipment, all walks of life is becoming more and more high to the requirement of temperature and humidity. In order to solve the traditional temperature and humidity test in the past mainly based on human, rely on artificial turn on each other, artificial circuit to check the way to measure and record the environmental conditions such as the mode of information, avoid many of the catastrophic accidents caused by human factors, solve the problem of low efficiency for talent make full use of, make the measurement more scientific, in this paper, design a set of convenient and high precision measurement and control system. In this paper, by adopting single chip microcomputer as main controller in the system, and use SHT10 temperature and humidity sensor to collect the temperature and humidity in warehouse data, and will be collected after the analog signal by A/D conversion, sent to the main controller is analyzed to realize the monitoring of the warehouse temperature and humidity are appropriate. Finally, this system is applied to the GSM warehouse temperature and humidity control, when the measurement and the warehouse temperature and humidity value resulting from the conversion is improper, will produce a warning, alarm through TC35 GSM module and send text messages to the user, so that users can get the information in time and make the appropriate processing operations. It effectively improved the efficiency and accuracy of measurement and control, realized the support the remote control of the warehouse. This system is designed by four modules, including temperature and humidity acquisition module, the central control module, control module and sending alarm command sending module. Main function is to analyze the temperature and humidity data collected, and judge according to the results of the analysis to perform the operation, so as to realize the precise detection of temperature and humidity of warehouse and timely adjustment, and send the alarm to the user, when the user deems it necessary, can be forced to switch the external control system, thus to realize the effective control of temperature and humidity in the warehouse. In this article, we use the STC89C52 as the SCM, It is through the C language programming to achieve the measurement data analysis and processing. Temperature ABSTRACT III and humidity acquisition using SHT10 sensors, The alarm is sent by GSM module adopts the TC35 module, due to the GSM network on a global scale to achieve the networking and roaming, need not to form a special communication network, so for the traffic system to design not quite, choose a short message based on GSM network data communication is optimal. Keywords：SCM，SHT10，Temperature-Humidity，GSM，C Language 目录 IV 目 录 第一章 绪论 1 1.1 选题背景及意义 . 1 1.2 国内外研究现状 . 2 1.3 论文的主要内容和架构 . 4 第二章 相关技术介绍 5 2.1 温度、湿度采集模块的选型及其参数设置 . 5 2.1.1 温湿度传感器的选择 5 2.1.2 温湿度传感器 SHT10 5 2.2 中央控制模块的选型及参数控制 11 2.2.1 单片机概述 . 11 2.2.2 STC89C52 介绍 13 2.2.3 STC89C52 技术指标 16 2.3 警报发送模块的选型及参数控制 . 21 2.3.1 各种远程数据通讯方式的比较 21 2.3.2 SMS 短消息业务 22 2.3.3 TC35 模块 . 23 2.4 控制之命令发送模块设计 . 26 2.5 本章小结 . 27 第三章 需求分析与总体设计方案 28 3.1 需求分析 . 28 3.1.1 系统功能需求分析 28 3.2 仓库温湿度智能测控系统的设计原则 . 29 3.3 仓库温湿度智能测控系统的设计方案 . 30 3.4 本章小结 . 31 第四章 系统硬件电路设计 32 4.1 系统电源电路设计 . 32 4.2 单片机信号处理模块电路设计 . 32 4.2.1 单片机复位电路 33 4.2.2 单片机晶振电路 34 4.3 温湿度采集模块电路设计 34 目 录 V 4.4 警报发送模块电路设计 . 35 4.5 本章小结 . 37 第五章 系统软件设计与实现 38 5.1 选择编程语言 38 5.2 主程序的实现 . 38 5.3 温湿度采集程序 . 42 5.4 短信报警模块子程序 . 46 5.5 滤波程序设计 48 5.6 串口通信程序设计 51 5.7 本章小结 53 第六章 系统仿真 54 6.1 系统硬件调试 . 54 6.2 系统软件调试 . 55 6.3 系统硬件与软件的联调 . 57 6.4 测试结果及分析 . 58 6.5 本章小结 . 59 第七章 总结与展望 60 7.1 论文总结 . 60 7.2 系统展望 . 60 致 谢 62 参考文献 63 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 选题背景及意义 科技的飞速发展和广泛普及，促进了性能高的设备逐渐丰富，产品的生产在 各行各业中、生产出的产品的管理以及其存储环节也越发的重视。很多重要的、 容易受潮、容易腐蚀、易发霉、易爆炸的产品如果存储不当，很容易造成经济损 伤，甚至对财产安全造成隐患。为了使得仓库存储的商品的质量上有保证，安全 上有保障，创建合适的商品贮存环境是必不可少的。其中仓库中的温湿度是决定 商品是否可以很好存储的重要因素之一。所以，建立良好的温湿度监测系统已成 为各大仓库的重要指标。 湿度是用来表示大气的干燥程度的物理量。湿度等于湿空气中水气的质量除 以湿空气中干空气的质量。空气的温度越高，则它能够容纳的水蒸气的能力就越 强。绝对湿度只有与温度同时出现时才有意义，绝对湿度是随着空气的体积以及 温度的变化会发生变化。相对湿度等于绝对湿度/最高湿度，该值能够显示出水蒸 气的饱和度有多高。水蒸气保持不变，相对湿度会随着温度的升高下降。所以， 相对湿度必须在提供温度的数据时才能表示。若一定体积重的空气在一定的温度 条件下含水气越少，就表明空气越干燥；若水气含有量越多，则表明空气越潮湿。 湿度的表示方法用的较多的是绝对湿度和相对湿度，另外，湿度也可以用比较湿 度、饱和差、混合比以及露点等物理量来表示。一定体积的空气中所容纳的水蒸 气的质量为绝对湿度，其单位是 g/m 3。 温湿度是工业生产中最常见最基本的参数，温湿度与生产、生活密不可分。 在档案管理行业中纸制的文档对环境中的温湿度是十分敏感的，若保存不当则会 减少档案的保存年限，更有可能导致文档的破损、丢失；而对于饮食行业来说， 食品的存储对于温湿度的要求相当高，温湿度的变化会直接导致食物变质，引起 食品安全问题；温室大棚中温湿度直接影响植物生长的好坏，动物的养殖也会受 到温湿度的影响，要想达到高产和高质必须给动物一个合适的温湿度环境；药品 和烟草行业同样离不开温湿度，烟草在发酵的过程中必须严格控制温湿度，否则 会发生虫害，造成原料的大量损失。仓库作为存储各类食品、产品的空间，其温 湿度合适与否直接导致存储质量的好坏，所以，温湿度监测对于仓库存储来说是 十分重要的。 传统的温湿度监测主要以人工为基础、靠人为的轮流值班等方式来记录、观 测和测量空间中的温湿度信息。这种模式存在着很多的缺陷和弊端，它不仅不利 电子科技大学硕士学位论文 2 于人力资源的充分利用又效率低下，而且缺乏科学性,测量所得数据误差也较大， 人工维护缺乏完整的管理系统，许多重大事故都是由人为因素造成的。 控制仓库的温湿度首先要解决的问题就是对仓库温湿度的检测以及及时的控 制，传统的测控方法主要是人工测控，效率低，误差大，因此设计出一套使用方 便和精确度高的测控系统就显得尤为重要。全球移动通信 GSM 系统是系统可靠性 最高、国内覆盖最广、发展最成熟、话机持有量最大的通信系统。其包含短消息 业务、话音业务、数据业务等多项功能于一体。日趋成熟的 S MS 短消息服务业务 以 GSM 无线传输网络为通信系统，其具有投资费用少，建网速度快，占用系统资 源少，开发出，适用于银行服务台、公安系统、医疗维护系统、社区服务等各个 行业的多种前景乐观的各类应用，还能远程监控在 GSM 网覆盖范围内所有的特定 移动、固定目标。将 GSM 应用于仓库的温湿度控制能有效的提高准确性以及测控 的效率。 同时，科技的迅猛发展和传感器技术的快速进步，也使得精确测控有据可循， 通过单片机对数据进行分析，可以做出及时正确的判断，使得温度和湿度的测控 更加的精确和及时，并且，单片机可以根据收到的指令的来控制外置的温度或者 湿度控制系统，从而大大节省了劳动力，提高了整体效益。 综上所述，可知该课题的研究对类似的项目有普遍的意义。 1.2 国内外研究现状 科技的飞速发展影响着人类生产的各个方面，在仓库温湿度控制方面也不例 外。温度控制器从模拟温度控制器、集成控制器到智能数码温度控制器，发展到 如今的数字智能、网络化的温度控制器，不论是在软件技术上还是在硬件支持上 都是有目共睹的。 温度和湿度在生活的各个方面都能见到，温湿度环境与农业、工业生产等领 域都有着密不可分的关系，尤其在温室种植、工程建筑研究、机器制造、粮食存 储等领域对温湿度都有着非常高的要求。因此，在环境监测领域一个新的发展方 向研究和开发稳定性高、精度高的温度湿度环境参数的监控系统。传感器是 温湿度智能测控系统的重要组成部分。传感器技术从 20 世纪 80 年代就被日本、 美国等科技发达国家列为高新技术的第一位，并延伸向国防技术和工业控制等多 个领域。 20世纪80年代以来我国也在国家高新技术发展项目中加入了传感器技术。 九十年代初期，国内一些企业、高校及科研机构都就传感器研发了一些测试装置。 2004 年中国科学院电子学研究所研制了气体传感器智能测试装置，它的设计采用 传统电子仪器方式，由于还不是很完善，所以其自动化程度、测试效率和功能有 第一章 绪论 3 待进一步提高。目前国际上温湿度测控系统正从正在从模拟走向数字、由集成化 走向智能化和网络化。我国在温湿度测控方面相较于世界领先水平仍有一定的距 离，总体看来我国温湿度测控系统的不足之处主要在于： 温湿度控制精度相对国外技术来说还不是很高； 硬件电路结构复杂导致成本较高； （3）抗干扰性能低，在强干扰场所不适用； （4）普通的温湿度控制系统不仅内部器件功耗较高，而且工作稳定性不高； 所以对于高精确度、低成本、高稳定性的温湿度智能测控的研究显得尤为必 要，并且对其他领域的温湿度测控有着积极的参考意义。 最早的温度检测主要采用温度计量算法，其工作原理就是根据经验把温度计 放在特定的插杆中，工作人员定期进行读书，根据得到的温度值来决定应该采取 何种应对措施。随着科学技术的发展，温度传感器技术在国内外的应用渐渐得到 了大规模的运用。最初的热敏电阻的工作原理是温度变化导致阻值的变化，热敏 电阻具有体积小、成本低、使用简单容易为主要的优点。数字式温度传感器的工 作原理是：数字式温度传感器首先处于能量关闭的状态，供电后通过改变寄存器 的分辨率来使得传感器处于单一转换或连续转换温度模式。单一转换模式执行一 次温度转换使得数字式温度传感器得到的结果并直接存于温度寄存器中，连续转 换模式使得数温度连续转换并将得到的结果存于温度寄存器中;执行完成之后到关 闭模式。湿敏元件是最简单的湿度传感器，其主要有电阻式和电容式两大类。电 阻式的特点是一层感湿材料膜在基片上面覆盖，只要在感湿材料膜上吸附空气里 的水蒸气时电阻值和电阻率就都会发生变化。电容式的特点是用高分子薄膜电容 制成感湿元件，当湿度改变的时候，湿敏电容的电容量的变化通过介电常数的变 化而跟着变化。湿敏元件使用简便但是它若长期暴露在待测环境中的话其稳定性 以及精确度很容易被污染而影响。除湿敏元件外湿度传感器还有氯化锂湿度传感 器，这种传感器是利用氯化锂电湿敏元件进行工作的。碳湿敏元件的研发具有相 当多的优点比如响应速度快、无冲蚀效应、重复性好等等。 温湿度传感器作为电子技术和物理和化学原理的复合技术产物。硬件指标占 温湿度传感器的百分之五十左右。温湿度传感器通过将监测到的温度值、湿度值 转换成容易被测量处理的电信号来实现，现在温度和相对湿度为一般所见到的温 湿度传感器的主要测量指标。 仓库的温湿度监测技术的研究随着网络通信技术和微处理器芯片的发展也在 不断的发展。在国外的仓库监测技术中高科技的数字传感器被广泛的应用于仓库 的温湿度监测系统中，该传感器将微控制器与半导体集成电路的最新技术集成到 电子科技大学硕士学位论文 4 一个芯片上，小小的一个芯片聚集了温度监测、计算机接口、存储和数字信号转 换。所以其功能也相当强大，不仅可以监测温度还可以设置温度的监测范围、进 行 A/D 转换等等。国内的数字传感器的配套产品也很丰富，如：中继器、插接器、 分线器和远程控制模块等等。 1.3 论文的主要内容和架构 本论文共包含七个章节，各章的主要内容和基本的框架结构如下： 第一章，仓库温湿度智能测控的系统概述。本章主要介绍了课题的选题背景 和意义，主要介绍了当前温度传感器、湿度传感器和温湿度传感器的发展状况， 也详细阐述了本课题的独特之处和实现该系统的必要性。 第二章，本章主要对仓库温湿度智能测控系统进行整体方案的分析，详细分 析系统需要实现的主要功能和实现这些功能所需的基本元器件，并简明扼要的阐 述对系统的整个实现流程。 第三章，对于系统的硬件设备详细介绍。该仓库温湿度智能测控系统采用的 单片机为STC89C52并用C语言编程实现数据的测量分析和处理， GSM模块采用TC35 模块，温湿度传感器采用 SHT10。 第四章，本章主要阐述系统的硬件实现和各个硬件功能模块间的设计实现。 从系统的基本硬件选取开始，详细描述各个硬件功能模块的结构设计，使得系统 的整体框架结构显而易见。 第五章，本章为系统主要软件功能的实现。对应第四章中硬件结构的系统设 计，本章中将其对应的功能用软件编程的方式加以实现，并对于软件编程的实现 过程进行详细的介绍，对于系统中的主要功能代码进行具体描述。 第六章，系统仿真。本章中主要对系统的整体进行模拟仿真，通过模拟仿真 软件，测试本文设计的可行性，并测试个元器件之间与软件编程之间是否能够正 常运作，为以后在实际运用中提供基础。 第七章，总结与展望。对系统的实现的功能进行总结，之处本系统的将来应 用前景，并了解系统未来在实际中应用时需要改进的地方，并对系统以后的发展 前景进行展望。 第二章 相关技术介绍 5 第二章 相关技术介绍 2.1 温度、湿度采集模块的选型及其参数设置 温度和湿度采集模块的主要功能是负责温度和湿度的采集，并且进行 A/D 转 换，将转换后的数字信号发送给中央控制模块；所以根据电路的设计本系统温湿 度采集模块的主要功能就是采集环境温湿度信号，并将得到的信号进行转换。 2.1.1 温湿度传感器的选择 要想进行仓库的温湿度预测，选择合适的温湿度传感器是完成这一项任务必 不可少的首要条件。能否选择争取合适的温度传感器选对于整个系统性能等等有 着巨大的影响，它直接决定着系统系能的好坏，设计复杂程度的高低、耗费资金 的多少等等。 通常情况下，温度传感器选用主要有以下几方面的考虑： 表 2-1 传感器选用考虑的问题 问题一 测量温度和湿度范围大小、测量精度要求 问题二 测温元件大小是否适当 问题三 被测环境条件对测温元件是否有损害 问题四 价格合理的前提下，是否使用方便 问题五 被测对象温度是否要记录、要远距离传送和测、要报警及进 行自动控制 问题六 在温度变化与时间有关系的情况下，温湿度测量元件能否适 应要求。 2.1.2 温湿度传感器 SHT10 综上所述，本系统采用SHT10单片数字温湿度传感器。SHT10温湿度传感器具 有可靠性强，稳定性高的特点，它采用采用CMOSens technology微加工专利技术 加工而成。SHT10温湿度集成传感器主要由 1个聚合体电容式湿敏元件、1个能隙 式材料温敏元件、1个2-wire数字接口和内置的14位的A/D转换器。其反应快、低 功耗和抗干扰性强等优点的实现主要由两线制的串行接口实现的。这种线制串行 接口使得集成外围系统能够快速可靠简单。 电子科技大学硕士学位论文 6 图2-1 传感器原理框图 2.1.2.1 温湿度传感器 SHT10 的特点 SHT10温湿度集成传感器主要特点：全部校准，数字输出；露点为相对湿度和 温度的测量所兼有输出量；功耗特别低，还具有自动休眠的功能；7.552.5 mm 3 的小型体积，在使用的时候比然后打来便捷；使用两线制数字接口方式，不仅价 格低廉而且系统集成起来也简便，且其反应速度也相当的快；具有的可靠性也是 相当的高；SHT10的温度范围是：- 40 到123. 8 之间, 湿度量程范围是从0 % RH 到 100 % RH 。测量的温度的精度250. 5 ，可测量的湿度的精度范围 是4. 5 %RH ,另外SHT10有着的稳定性也是非常长久的；可以分辨出的湿度精确 到0. 03 %RH , 可以分辨出的温度精确到0. 01 ； 2.1.2.2 引脚说明及典型接口电路 SHT10和其他的硬器件一样都有着引脚，具体的引脚图如图2-2所示。 图2-2 SHT10引脚图 STH10引脚的具体功能如下表所示： D A Amplification 校验存储器 数字 2-线 接口 参数： 1. 工作电压：5V单片机的工作电压：5.5V3.3V；3V 单片机的工作电压为： 3.8V2.0V。 2. 8051单片机的增强型，机器周期可以任意选择6时钟和12时钟机器周期两种 兼容传统8051单片机的全部指令代码. 3. 8K字节的用户应用程序空间 4. 实际工作频率可达48MHz，040MHz的工作频率范围相当于普通8051 的0 第二章 相关技术介绍 15 80MHz， 5. 32 个通用I/O 口，标准双向口/弱上拉P0P3复位后，上拉电阻的使用与 否可以直接决定P0 口是作为I/O通讯口使用还是作为总线扩展使用。 6. 片上集成RAM的大小为512 字节 7. 具有EEPROM 功能 8. 不用专用编程器和仿真器，既可以利用ISP在系统编程也可以在应用编程 利用IAP，可通过串口相当短的耗时下载使用程序 9.电源关闭的模式可由低电平触发外部中断的中断方式唤醒。在下降沿中断或 低电平触发电路， 10. T0、T1、T2共3 个16 位定时器/计数器。 11. 工业级工作温度范围：-40+85，商业级工作温度范围为：075。 12. 可用定时器软件实现多个通用UART异步串行口， 13. PDIP封装 STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可重写的只读存储器。兼容MCS-51与工 业标准的输出引脚和指令集。该器件采用ATMEL技术不易丢失信息的高密度存储器 制造而成， 单片机总控制电路如下图2-9所示： 电子科技大学硕士学位论文 16 图2-9 单片机总控制电路图 2.2.3 STC89C52 技术指标 2.2.3.1 时钟电路 时钟电路的产生当时有内部方式和外部方式两种。STC89C52内部有一个高增 益反相放大器用于构成振荡器，STC89C52中放大器的输入端引脚和输出端引脚分 别为TXD和RXD。内部振荡器在RXD和TXD引脚上外接定时元件时会产生自激振荡。 530pF之间电容值，1.212MHz之间的晶体振荡频率，电容值可微调频率。电容 和石英晶体并联组成定时元件的谐振回路。内部方式的时钟电路如图2-10所示。 第二章 相关技术介绍 17 图2-10 内部方式时钟电路 在 STC89C52 中 TXD 用来连接外部的振荡器， RXD 用于接地。 在保证脉冲宽 度不变、方波信号频率低于 12MHz 的情况下，就不再对外部振荡信号做其他的要 求。相时钟 P1 和 P2 的产生是由于片内的荡频率把时钟发生器振分两频，供单片 机使用。外部方式的时钟电路如图 2-11 所示： 图2-11 外部方式时钟电路 2.2.3.2 复位及复位电路 （1）复位 把上位机与单片机连接端口设为0000H是复位的主要操作，能够使单片机执行 程序可以从0单元开始。由于人为操作错误或程序运行的过程中可能由于某些问题 出错使系统死机，为了使得机器能够正常的工作，除了正常初始化之外，重新启 动的方式还可以按单片机的复位键。 复位操作除了对上位机外有影响之外，对寄存器也有一些影响，它们的复位 状态如图2-12所示。 OCT1 XTAL1 XTAL2 外部振荡器外部振荡器 +5V XTAL1 XTAL2 晶振晶振 电子科技大学硕士学位论文 18 图 2-12 寄存器复位状态 （2）复位信号及其产生 要使得复位信号有效，则其必须使得 RST 引脚处于高电平。二个机器周期也 就是24 个振荡周期以上为复位信号有效时间持续。 超过 4us 复位操作时间和 6MHz 的晶振颇率复位信号。 复位信号的产生逻辑电路如图 2-13 所示： 图2-13 单片机复位信号电路逻辑图 施密特触发器得到的由复位电路的外部电路产生的RST复位信号，内部复位操 D1 D2 施密特触发器施密特触发器 复位电路复位电路 片内片内 RAM RST/VPD Vcc Vss 第二章 相关技术介绍 19 作所需信号得到由施密特触发器在每个机器周期对片内复位电路进行输出采样。 复位操作有手动复位和自动复位按键两种方式。 如图2-14（a）所示，外部复位电路通过的电容充电来实现上位机的自动复位 功能，其电路系统的复位初始化接通电源就可以，只要通过电源Vcc的上升时间不 超过1ms就可以上实现电复位。 如图2-14（b）电路所示，按键电平复位的原理就是讲电源端接通电阻，这样 所有的电流就很难经过，最终导致复位。其中，按键手动复位方式有电平和脉冲 方式两种。 如图2-14（c）电路所示，RC微分电路产生的正脉冲是按键脉冲复位的实现的 主要方法： 图 2-14 单片机 3 种复位方式电路图 为了保证复位信号持续大于2个机器周期时间的高电平则要保证图2-14中（a） （b） （c）三个电路图中用6MHz晶振的电阻、电容。 图2-14（a）是本系统的复位电路采用的方式。 STC89C52单片机的主要引脚介绍如图2-15所示： 电子科技大学硕士学位论文 20 图 2-15 STC89C52 主要引脚介绍 STC89C52主要功能如表2-7所示。 表 2-7 STC89C52 主要功能 主要功能特性主要功能特性 指令系统兼容MCS51的 Flash ROM可反复擦写，大小为8K 双向I/O口32个 内部RAM大小为2568bit 串口中断2个 UART可编程串行通道 16位可编程定时/计数器中断3个 时钟频率0-24MHz 读写中断口线2个 3级加密位 外部中断源2个 共6个中断源 低功耗空闲和掉电模式 软件设置唤醒和睡眠功能 第二章 相关技术介绍 21 2.3 警报发送模块的选型及参数控制 报警发送模块的主要功能是根据从数据分析模块接收到的指令给用户发送报 警信号。 在目前基于时分多址技术的移动通讯体制中GSM（Global System for Mobile communication） 系统的应用最广泛， 且该系统不仅成熟而且还是一种完善的系统。 目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，主要提供短信息、语音、数据 等多种业务，是我国公众移动通信网的主要方式。 2.3.1 各种远程数据通讯方式的比较 1. PSTN公用电话交换网通信。公用电话交换网的原理是利用调制载波方式和 公用电话线路媒介来对信息进行传输和通信的。具有如下特点：线路覆盖范围广、 连接到户，方便快捷，设备简单；传输时效不理想，传输效率比以太网要慢得多； 电话线路质量不高，防御自然灾害的能力低；实时性和保密性都比较差；使用费 用较高；覆盖范围也不是最大，因此不是最优的远程通讯方式。 2. 以太网通信。随着互联网技术的迅速发展，在远程监控系统已经广泛的使 用到了以TCP/IP协议为基础的的以太网。使用以太网远程测控系统，实现了在任 意时刻、任意地点获取到测量信息的功能。将以太网技术用于远程测控系统主要 有以下几个方面的优势：以太网不需构建专用的通信线路，仅仅需要使用少量的 费用就可以到大高速的传输效率，而且其建设和维护时候耗费成本也相对低的多； 另外其还可以很方便的进行组网应用，可以说，只要你的网线能够搭建到这里， 这里就可以使用以太网，应用范围很广泛。但是由于以太网介质是有线网络，覆 盖范围较小。 3. GPRS通信。GPRS是在GSM网络基础上升级而成的，其传输速率能够达到到 100kbit/s以上，另外，GPRS的数据传输的方式是分组传输，移动用户利用分组数 据通过GPRS系统接入Internet。GPRS网络的优势：可靠性高；实时性强；监控范 围广，可对各监测点仪器设备进行控制；采用GPRS公网通信，虽然系统运营成本 低；而且建设的时候耗费的财力也低；但是系统在进行数据传输的时候可以支持 大容量、良好的扩容性能、较低的传输功耗，对于信号弱的野外供电环境非常实 用。 4. 基于GSM网络的短消息数据通信。短消息是一种还有无线数据信息的一种 载体。GSM短信息组网不仅具有稳定的信道、质量好传输，还有组网十分灵活不需 维护通信网，只要有网络覆盖的地方就可以建设测控站点可；使用费用低（一般 是0.1元/条）；不仅具有高的可靠性，还方便携带，易于使用、扩展新站点。具 电子科技大学硕士学位论文 22 备这么多的优点，但是它还是具有课承载的通信的信息量小而且有的时候不注意 就容易丢失等等的缺点的。 5. 其它无线通信。无线电台和卫星通信等也是较为常见的一种通信方式。无 线电台的通信主要利用超短波进行，由于超短波的传播距离较短，所以要使得其 能够进行正常的工作就需要建设大量的中继站，基于这样的特点所以远程数据传 输一般不使用无线通信，因此目前使用较少。卫星通信利用的是航天技术，利用 人造地球卫星来转发无线电波，利用这种方式进行通信数据不仅传输质量高，而 且不会轻易丢失，另外它的覆盖面也得长的广，不受地形条件的限制，但是其缺 点也是显而易见的，比如如果想要连接到卫星终端，那么安装要求是很高的，且 设备的耗电较大。因此在民用通信系统中基本不用。 从以上比较来看，由于GSM网络的优点，和其少量的缺点，所以在全球范围内 得到了广泛的使用，所以对于通信量不大的系统设计，选择基于GSM网络的短消息 数据通信是最优的。 2.3.2 SMS 短消息业务 利用GSM网经短消息业务中心完成存储和前转功能来实现SMS短消息业务，他 是一种增值服务，特别适合传输少量的数据信息量业务。短消息业务在使用的时 候不仅价格便宜而且使用的时候传输速度快，另外它有专用的传输通道不会影响 到育婴通信。自从有了短信息的业务之后，人们的通信生活变得丰富富哦才，不 仅仅是打电话，这样给有语言障碍的人提供了方便，让他们也可以有远距离传输 信息的体验。 短信息服务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的重视。其应用十 分广泛，如在公交调度和电子站牌系统中，用GSM的短消息业务传输GPS位置信息 和电子站牌显示信息，可实现车辆调度和动态电子站牌显示；在水情自动测报系 统中，应用短消息业务来传输水情数据，不用组建专门的通信网络，可以节约建 设成本和建设周期，还可以有效解决“防雷”的问题，提高系统的稳定性、灵活 性，数据通信的可靠性也可以得到有效提高 20；在家庭设备遥控系统中，利用GSM 短消息的收发实现对家庭环境状况监测和数据的传输，该系统克服了普通电话遥 控的人机界面不友好，话费高，且控制功能少等缺点；其还应用在移动车辆监控 定位系统中，机房监控、远程维护系统中，数据采集系统中，移动IC卡电话、固 定无线接入中等。 GSM模块采用TC35模块，由于GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，不须 再组建专用通信网络，所以对于通信量不大的系统设计，选择基于GSM网络的短消 第二章 相关技术介绍 23 息数据通信是最优的。 6. GSM系统中提供的SMS短信息服务（Short Message Service）是一种GSM与 终端手机之间的一种功能，信息的存储和转发功能是由文本信息进行收发的应用 服务通过服务中心来完成。GSM网络可靠性高；实时性强；监控范围广，可对各监 测点仪器设备进行控制；采用GPRS公网通信，虽然系统运营成本低；而且建设的 时候耗费的财力也低；但是系统在进行数据传输的时候可以支持大容量、良好的 扩容性能、较低的传输功耗，对于信号弱的野外供电环境非常实用。运营商、发 商越来越重视短信息服务业务，基于这种业务的蓬勃发展在其他各类应用中也得 到了认可和肯定，都要发展这种好的业务，好的功能。另外，没有限制用户的数 量，传统的专网通信系统克服了高额的维护费用、庞大的投资成本。无线网络覆 盖优势得到迅速的普及，数据传送功能SMS本身具备。远程故障报告系统的开发， 作为数据无线传输网络以GSM网络。他可以应用在机房监控、环境监控、远端无人 机房监控和远程维护及像发电、产煤、管理等实时监控维护系统情况中。利用GSM 短信息具有双向数据传输功能，为远程监控设备的通信提供了一个强大的支持平 台，性能稳定。 2.3.3 TC35 模块 2.3.3.1 TC35 主要接结构 新一代无线通信GSM模块是Siemens公司生产的TC35i，它主要由6部分组成， 分别为：GSM无线模块、天线接口、ZIF连接器、闪存、电源模块(ASIC)以及GSM基 带处理器核心模块。TC35i不仅设计小巧而且功耗很低，模块内部的各种信号处理 过程由CPUC166一个和DSP处理器内核控制。GSM无线部分是一个由射频锁相环路、 外差式接收器、发送器和中频合成器四个主要功能模块构成 SMARTi单片收发器， 其中信号的接收和处理之后的发送都是由各个功能模块相互作用共同完成的。在 GSM模块中电流的变化是非常大的，所以，对供电电路的要求较高的。GSM模块电 源ASIC部分使用经过稳压处理的电源电压，电压经过处理之后供给无线部分和GSM 基带处理器使用。GSM无线模块可以直接使用外部输入电压。闪存和电脑中的一样 用来存储各种信息。其结构框图如图2-16所示。 电子科技大学硕士学位论文 24 图2-16 TC35结构框图 2.3.3.2 TC35 的基本性能 1. GSM 类型：小型移动站。 2. 单电压供电，电源电压在：3.35.5 V。 3. 支持语音、数据、短消息和传真服务。 4. 低功耗：处于睡眠状态时仅 3.0 mA。 5. 传输数字和音频信号， 支持 EGSM900 和 GSM1800 双频， 采用 GSM Phase2/2+ 标准。 6. 传输功率：GSM1800 为 1 W ；EGSM900 为 2 W。 7. 支持 3 种语音编码的传送速率。 8. 传输速率： 可选波特率为 300 b/s115 kb/s。 2.4 kb/s， 4.8 kb/s， 9.6 kb/s 9. 短信息服务：协议单元数据和文本模式。 10. 大小：54.5*36*6.85 mm。 11. 温度范围：正常操作位-20 55，可存放在-30 85。 12. SIM 卡：外部连接界面，SIM 卡支持的电压范围： 1.8 V3 V。 13. 界面接口：采用 CMOS 标准的 RS 232，AT 控制下的数据/命令双总线。 14. 语音接口：模拟（麦克风，耳机，免提方式） 。 15. 电话本：通过 SIM 卡实现。 16. 自动波特范围：1.2115 kb/s。 17. TC35i 复位：复位命令通过 Power Down 信号或 AT 命令实现。 18. 时钟：32.768 kHz。 19. 软件下载：RS 232 或者 SIM 卡。 40 口口 ZIF 连连 接接 插插 槽槽 天线连接器天线连接器 闪闪 存存 GSM 无线装无线装 置置 GSM 基基 带处理器带处理器 电源（集成电路）电源（集成电路） 第二章 相关技术介绍 25 20. 定时功能：通过 AT 编程获得。 2.3.3.3 TC35 的引脚功能 TC35 总共 40 个引脚，这些引脚通过一个 ZIF 连接器引出。引脚的类型有电 源、数据输入/输出、音频接口和控制以及 SIM 卡五类。从引脚 1 到引脚 14 为电 源部分，其中 15 引脚为电源电压的输入端，610 引脚为电源地，引脚 11 和引脚 12 是充电引脚，引脚 13 为对外输出电压，引脚 14 连接热敏电阻，引脚 24 到引脚 29 接 SIM 卡；引脚 33 到引脚 40 是用来接接电话的语音接口。如图 2-17 所示： 图2-17 TC35硬件结构图 2.3.3.4 GSM 的原理及硬件组成 在过去各种各样的工作环境中，由于维修人员不在和无人值守的工作环境出 现问题后，到现场排除故障得不到迅速的解决，许多可以避免的损失，许多潜在 的危机得不到解决。但是如今使用了自动的报警系统之后在发生错误的情况的时 电子科技大学硕士学位论文 26 候就可以将警告信息以手机短消息的方式，发送到用户手机终端或监控中心实现 了远程遥控、遥测通过。GSM原理框图如图2-18所示： 图 2-18 GSM 原理框图 通信控制模块是基于 SMS 短信息服务系统的重点，它是一对多通信和控制系 统。通过 GSM 网络报告、告警信号等信息送来的监控系统故障再对进行接收和整 理发至各个终端。 2.4 控制之命令发送模块设计 控制之命令发送模块的主要功能是在特殊情况下，向中央控制模块发送相应 的指令，进而由中央控制模块来控制外置温度调控系统或者外置湿度调控系统的 启动或者关闭。 图 2-19 控制模块结构 在本系统中选用无触点隔离固态继电器作为控制开关，分别控制温度调节装 置和湿度调节装置，其主要特点是光电隔离且抗干扰性能强、负载效应稳定。 固态继电器是一种全电子电路组合元件，是四段有源器件，分别有两个控制 输入端和输出受控端。该器件使用高耐压的光耦合器来实现输入和输出的隔离， 当输入信号有效时主电路导通，当没有信号输入时主电路呈阻断状态，其有类似 单片机单片机 继电器继电器 控制部分控制部分