基于GPRS的远程温度监测系统设计.doc

毕业设计说明书基于gprs的远程温度监测系统设计专业自动化学生姓名班级b自动化074学号指导教师完成日期2010年6月3日3基于gprs的远程温度监测系统设计摘 要温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化丁、机械、食品等领域。温度控制是丁业生产过程中经常遇到的过程控制。有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制；在农业生产、粮食储备、计算机机房等都需要对温度进行控制。因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。gprs作为一种高速、高效、经济的无线系统，具有网络覆盖范围广、数据带宽宽、适应性强、计价按数据流量计算、实时在线的优点，特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔大量的数据传输，能够满足数据采集及监控的双向数据信息传输。gprs技术从实验室研究、地区范围内试用到正式商用，经过了长时间的完善，技术先进可靠。gprs设备数据监控终端传输设备一开机就能自动附着到gprs网络上，与数据中心实时在线进行实时数据通信，高速输，可靠性高。文中设计了一种温度控制系统，用单片机作为微控器，选用数字温度传感器，对温度进行控制，提出了一种基于gprs技术的远程温度监测系统方案，采用at89c51单片机和ds18b20数字温度传感器实现现场温度数据的采集和处理，再通过gprs模块tc39i实现远程的数据传输和接收，具有精度高、稳定性好的特点。硬件方面设计了一个基于单片机的温度智能控制系统， 以at89c51单片机为核心，采用了温度传感器ds18b20，以gprs无线通信模块为基础，基于at指令和数据采集器，构建一个远程的温度数据采集系统，对温度进行控制。实践结果表明，该系统使用效果良好，有着广泛的应用前景。关键词：温度采集系统；监控软件；单片机 gprs-based remote temperature monitoring systemabstract:temperature is the main accused in the industrial production one of the parameters, associated with a variety of temperature control systems are widely used in metallurgy, chemical ding, machinery, food and other fields.temperature control is the small business often encountered in production process control.some on the temperature control process directly influences the quality of products.for example: in the metallurgical industry, chemical production, power engineering, paper industry, machinery manufacturing and food processing and many other areas, people need all kinds of furnace, heat treatment furnace, the temperature in the reactor and boiler testing and control;in agricultural production, food reserves, computer room and so the need for temperature control.therefore designed an ideal temperature control system is very valuable. as a high-speed, efficient and cost-effective wireless system，gprs has a wide range of network coverage, wide data bandwidth, adaptable, denominated by the data flow calculation advantage, the advantages of real-time online, especially for intermittent, and sudden or frequent , and a small amount of data transfer, but also for the occasional large amounts of data transmission, data collection and monitoring to meet the two-way data transmission. gprs technology from the laboratory studies, areas to the official business within the trial, after a long, technologically advanced and reliable. gprs equipment data monitoring terminal transmission equipment can automatically attach a boot to the gprs network, and data centers for real-time data in real-time online communication, high-speed transmission and high reliability.in this paper, design a temperature control system, with the microcontroller as the microcontroller the choice of digital temperature sensors, temperature control, a gprs-based technology solutions for remote temperature monitoring system, using at89c51 microcontroller and digital temperature sensor for field ds18b20 temperature data acquisition and processing, and through the gprs module tc39i remote data transmission and reception, with high accuracy, good stability. hardware design of a microcontroller-based smart temperature control system to at89c51 microcontroller as the core, using a temperature sensor ds18b20, the gprs-based wireless communication module, based on at commands and data acquisition, to build a remote temperature data acquisition system for temperature controlthe results show the good effect of the system and have broad application prospects.key words:temperature acquisition system, monitoring software, microcontrolle目 录1. 概 述51.1 课题设计背景51.2 课题设计意义52. 系统的总体结构与硬件电路设计62.1 系统总体结构设计62.2 温度采集模块设计62.3 单片机电路设计82.4 通信电路设计123.下位机软件设计143.1 下位机总体软件的设计143.2温度采集程序设计163.3通信模块设计184.上位机软件设计224.1 gprs通信网络224.2 远程温度检测的实现原理234.3 gprs dtu 远程温度监测界面245.系统集成与调试256.结束语27致 谢29附录1：采集系统接线图30附录2：元器件表31盐城工学院本科生毕业说明书( 2011)1. 概 述1.1 课题设计背景温度与人们的生产生活密切相关，需要对温度监测的场合非常多。传统的有线测温方式存在着布线复杂，线路容易老化等问题。无线测温技术与有线测温技术相比，有成本低、携带方便、搭建网络简单快捷等特点，特别是在有线网络不通畅或由于现场环境因素的限制不便架设线路的情况下，使用无线通信技术进行温度监测显得更加实用、快捷。随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机远程无线监控技术在工业控制领域中的应用越来越广泛。gprs技术从实验室研究、地区范围内试用到正式商用，经过了长时间的完善，技术先进可靠。gprs设备数据监控终端传输设备一开机就能自动附着到gprs网络上，与数据中心实时在线进行实时数据通信，高速输，可靠性高。gprs网络覆盖全球，不存在信号盲区，按照流量收费，没有数据流量传递时不收费用，计费合理、科学、企业运行投资小、效益高。这些特点适合于提高企业计量信息的及时性、可靠性、准确性和实现企业生产管理的信息化。温度自动监测技术在我国工业生产中应用非常普遍，但大多数是传统的分散式三级系统（下位机、中位机、上位机），采用有线的传输方式。其远程线路铺设及维护的成本过高，引线过长，导致整个系统的传输速率变慢、功耗上升、稳定性下降。随着无线通信数字网络的发展，采用gsm和gprs无线通信网作为通信方式为上述问题提供了一个新的解决方案。随着无线通信技术的发展，采用无线的传输方式已成为远程分布式温度监测技术的发展趋势。gprs技术在移动通信领域的发展，已经能够实际应用到许多需要无线数据传输的领域，也为温度采集传输及监控提供了一种新的数据通信方式。温度传输的实时性与可靠性成了设计远程数据采集系统的关键。1.2 课题设计意义 本文对gsm远程温度监测系统硬件和软件设计进行说明。温度检测采用 ds18b20，非常适用于多点、恶劣环境下的温度监测系统。系统进行温度数据的实时监测，监测数据精度高，系统操作简单，而且可应用于有线网络设备无法到达的地方，实现了温度监测的自动化智能化，具有成本低廉分布灵活，实时在线的优点。gsm模块利于系统集成，成本较低，运行稳定可靠，适用于远距离监测，不受地形条件的限制，有着广泛的应用前景。系统的实现给远程对温度的要求提供了方便，而且快捷，成本不高等，为农业工业生产带来极大的方面。2. 系统的总体结构与硬件电路设计2.1 系统总体结构设计系统的总体设计思路是温度采集模块将采集到的数据通过gprs模块发送到监控计算机上。温度传感器把室内温度的处理发送给at89c51单片机，温度数据通过单片机处理，再由gprs发送模块发送出去。gprs接收模块接收发送模块发送过来的数据，通过rs232通信接口连接gprs模块实现与上位机通信，将数据上传至上位机，实现在上位机中对室内温度远程的分析、管理。图2-1 系统的总体框图2.2 温度采集模块设计在设计中，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。2.2.1 ds18b20 简介ds18b20为单总线数字化温度传感器，由其组成的测温系统精度较高，能达到小数点后3位，而且具有连接方便，占用接口线少等优点。ds18b20与传统的热敏电阻相比，能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现912 位的数字值读取 ，读取ds18b20的信息仅需一根总线，总线本身可以向所有挂接的 ds18b20芯片提供电源 ，而不需额外的电源。温度测量的范围为- 55+ 125，测量的分辨率为0. 5，最高可达01062 5 ，工作的电压范围: + 3105. 5 v。ds18b20其内部64位光刻 rom是出厂前被光刻好的，它由8位产品系列号，48位产品序号和8位crc编码组成，ds18b20的产品系列号均为28 h ，每个器件48位产品序号各不相同。其中vcc接313 v电源，电源端外接一个约为417 k的上拉电阻 ，当总线闲置时，其状态为高电平。2.2.2 温度传感器的测温原理 ds18b20的测温原理如图2-2所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，ds18b20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定， 每次测量前，首先将- 55所对应的基数分别置入减法计数器1，温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在- 55所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器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。图中的频率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值。另外，由于ds18b20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要系统对ds18b20的各种操作必须按协议进行。操作协议为: 初始化ds18b20(发复位脉冲)发rom功能命令发存储器操作命令处理数据。预置频率累加器计数比较器低温度系数振荡器高温度系数振荡器减法计数器减到0减法计数器2减到0预置温度寄存器增加停止图2-2 测温原理图 2.2.3 温度传感器接口电路设计 在设计中，由ds18b20组建温度采集系统。其中，1脚gnd，2脚为数据输入端，3脚vcc，2脚与3脚间接上一个4.7k的电阻，形成上拉电阻。详细的采集电路如图2-3所示。 图2-3 ds18b20温度采集电路2.3 单片机电路设计2.3.1 单片机选择及简介单片机选用的是atmel公司的at89c51单片机，at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能cmos 8位微处理器。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器。at89c51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。单片机的外围电路主要包括时钟电路和复位电路。a 主要特性：与mcs-51 兼容；4k字节可编程闪烁存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0hz-24hz；三级程序存储器锁定；128*8位内部ram；32可编程i/o线；两个16位定时器/计数器；5个中断源 ；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。b管脚说明：图2-4 at89c51芯片引脚图 vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为低八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。 p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断0） p3.3 /int1（外部中断1） p3.4 t0（记时器0外部输入） p3.5 t1（记时器1外部输入） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。 xtal1：反向振荡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。2.3.2 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2-5所示。图2-5 单片机复位电路2.3.3 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fosc6mhz，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2mhz12mhz选择。小电容可以取30pf左右。图2-6时钟电路2.3.4 单片机外围电路设计图2-7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，c1、c2和y1与单片机的 xtal1、xtal2管教相连，组成时钟电路，c3、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。图2-7 单片机外围电路图2.4 通信电路设计2.4.1 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。 2.4.2 gprs dtu 的选型zwg-23a 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internet 的无线连接。zwg-23a 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。zwg-23a的结构特点l 支持数据透明传输与协议转换l 支持备用数据中心l 支持点对点互连功能l 支持 apn 虚拟专网业务l 支持数据中心动态域名或ip 地址访问l 支持永远在线、空闲下线和空闲掉电三种工作方式l 支持短信和电话唤醒功能l 支持断线自动重连功能l 具有连接时机可控功能，节约流量l 支持本地和远程图形化界面配置与维护l 支持短信配置与维护l 支持本地和远程固件升级l rs232 db9 串口，具有流控信号线和上线指示信号线l 支持数据中心虚拟串口功能，无缝衔接现有上位机软件l 支持 5v26v 宽范围供电l 工作电流最大 300ma 、在线待机电流31ma、休眠时14mal 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2-8就是zwg-23a的实物图2-8 gprs dtu 实物图2.4.3 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、rs-232c、rs422a等标准接口来进行串行通信。eia rs-232c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rs-232c接口即pc机的com口，其引脚定义如图2-9所示。图2-9 rs-232c引脚定义图pc机的com 口，输入输出为rs-232c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rs-232c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2-10是单片机与pc机通信接口电路。图2-10 单片机与pc机通信接口电路3.下位机软件设计3.1 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3-4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；p2i中i=0，1，2，3对应着不同的指示灯。图3-1 下位机软件主流程图3.2温度采集程序设计温度采集方面，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。图3-2 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480usdq = 1; /拉高delay_18b20(40); uchar ds1820rd()/*读数据*/ unsigned char i=0; tflag=0; else tvalue=tvalue+1;tflag=1; tvalue=tvalue*6.25;/温度值扩大100倍return(tvalue);3.3 通信模块设计3.3.1 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。 图3-3 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: a.从仪表采集数据。数据接口有rs232 /485 /422串口、4ma20ma或1v5v模拟量(记录瞬时值及累计量)、开关量。b.开关量检测及输出。c.数据上报。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。 d.实现数据点播。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。e.不同的用户需求，可以增加检测、告警等功能。 3.3.2 gprs dtu的应用通过 zwg-23a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。 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0xaa。从 pc 到用户设备的通信过程与之相同。 3.3.3 gprs dtu的工作模式gprs dtu有5种常用的工作模式，分别是：透传模式、命令模式、自动ip注册、远程维护模式和流控模式。本文用到的是它的透传模式，下面对透传模式34作详细说明。透传模式是指将本地异步串口通信转换成基于tcp/udp协议的网络通信。其主要目的是将串行通信的简单设备实现在ip网络上的通信，而数据格式不发生任何改变，这点非常重要，由于数据格式在经过dtu前后均不放生任何变化，对于原有的设备及软件不用作任何升级，就可直接应用，通过这种通信方式的转换，使得只能本地控制的设备扩展成可远程控制的设备，改进了控制手段及维护方式，对于远程维护、控制和数据采集都有实际意义。 dtu的透传模式的应用，当下位机发起通讯请求时，dtu必须与上位机建立网络连接，也就是说，下位机与上位机进行数据传输时，首先下位机要与dtu设备的串口相连，dtu在进入透传模式后，自动被调用去与上位机建立网络连接，当网络连接被建立后，数据就可以在这条链路上实现双向数据传输了。 dtu进入透传模式后，既可以作为客户端模式也可作为服务端模式。工作在透传模式下的dtu将自动完成串口到网络通信的转换，所有数据可透明的在上位机软件与下位机之间双向传输。 透传模式的建立首先要用at+i命令定义所有相关的参数，然后再用特殊at+i！snmd命令进入透传模式。 dtu一旦进入透传模式，将不再接收任何at+i命令，通过与主机串口的连接，dtu专注于处理下位机串口的数据，dtu不对数据做任何处理（即透明传输）。在这种模式下，需要特殊说明的是自动波特率不起作用，在进入透传模式之前，固定波特率必须设置，即bdrm不能设置成自动波特率。 通过串口连续输入3个“+”号，间隔在半秒以内输入，dtu将退出透传模式进入命令模式，此时dtu切换到命令模式并可再次响应at+i命令。 3.3.4 gprs dtu的工作原理及过程gprs dtu由a /d转换模块、开关量控制模块、综合控制模块构成。gprs dtu上电后，首先读出内部flash中保存的工作参数（包括gprs拨号参数，串口波特率，数据中心ip地址等等，事先已经配置好）35。gprs dtu登陆gsm网络，然后进行gprs ppp拨号。拨号成功后，gprs dtu将获得一个由移动随机分配的内部ip地址(一般是10.x.x.x)。也就是说，gprs dtu处于移动内网中，而且其内网ip地址通常是不固定的，随着每次拨号而变化。 我们可以理解为gprs dtu这时是一个移动内部局域网内的设备，通过移动网关来实现与外部internet公网的通信。这与局域网内的电脑通过网关访问外部网络的方式相似。gprs dtu主动发起与数据中心的通信连接，并保持通信连接一直存在。 由于gprs dtu处于移动内网，而且ip地址不固定。因此，只能由gprs dtu主动连接数据中心，而不能由数据中心主动连接gprs dtu。这就要求数据中心具备固定的公网ip地址或固定的域名。数据中心的公网ip地址或固定的域名作为参数存储在gprs dtu内，以便gprs dtu一旦上电拨号成功，就可以主动连接到数据中心。具体地讲，gprs dtu通过数据中心的ip地址（如果是采用中心域名的话，先通过中心域名解析出中心ip地址）以及端口号等参数，向数据中心发起tcp或udp通信请求。在得到中心的响应后，gprs dtu即认为与中心握手成功，然后就保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，gprs dtu将立即重新与中心握手。由于tcp/udp通信连接已经建立，就可以进行数据双向通信了。对于dtu来说，只要建立了与数据中心的双向通信，完成用户串口数据与gprs网络数据包的转换就相对简单了。一旦接收到用户的串口数据，dtu就立即把串口数据封装在一个tcp/udp包里，发送给数据中心。反之，当dtu收到数据中心发来的tcp/udp包时，从中取出数据内容，立即通过串口发送给用户设备。3.3.5 通信模块的设计流程由于检测的任务是被控对象的温度， 通过 gprs dtu发送到监测中心。通过向 gprs dtu写入不同的 at 指令完成多种功能。监测软件主要包括初始化程序、 信号采集处理程序和短消息收发程序等。初始化程序包括硬件初始化、定时器和串口初始化。信号采集和处理主要完成外部采集的温度转换，接收短消息采用查询方式， 一旦短消息到达，调用串口接收程序解码短消息内容并做出相应处理;发送温度信号采用定时方式，将采集的温度编码为短消息，然后调用发送指令将短消息发送到监测中心。通过gprs网络收发数据 通过 gprs 网络发送数据，最简单的办法就是使用 gprs dtu 设 备（data terminal unit：数据传输设备）数据通信过程如下：dtu 上电后，首先完成网络注册等初始化工作，然后自动进行 ppp拔号，再通过 tcp/ip 协议与位于互联网上的数据中心建立连接，为用户设备建立一条双向透明传输的无线通信链路。建立透明通道后，用户设备便可以通过串口向 dtu 发送数据，dtu 收到数据后将其封装成 ip包，经过 gprs 网络及 internet 网络发送到数据中心，数据中心通过网络程序可以获取到这些数据。这个过程也称之为“上行”，“下行”则反之。 整个通信过程虽然看似简单，但是要想实现 dtu 的功能并使其稳定可靠的工作，还有许多地方需要注意。首先，dtu 中的 tcp/ip和 ppp协议栈是一套复杂的协议程序，需要多年的积累才能可靠稳定。而市面上许多 gprs 模块中内嵌的协议栈或多或少的存在一些问题，需要用户在使用过程中不断发现和规避。其次，抗干扰性能是工业产品重要指标之一，在硬件设计上需要特别重视。例如防静电、抗群脉冲、浪涌等等，这都要求在设计过程中要注意干扰源以及干扰作用方式，并设计出消除干扰的电路或预防干扰的措施，才能让设备更加稳定的工作。 最后，gprs 设备在长期工作中，还会遇到许多外界的特殊情况。如信号弱、sim 卡欠费、sim 卡不兼容、无可用网络、通信链路异常断开、服务器出错等，这些都有可能造成设备故障而且无法恢复，所以必需针对各种可能出现的故障制定有效的解决方法才能保证设备可靠的工作。 gprs通信流程图如下：图3-5 通信模块流程图#include#include#define uchar unsigned charsbit realy2=p02; /继电器3sbit realy3=p03;/继电器4sbit realy4=p04; /继电器5sbit realy5=p05; /继电器6sbit realy6=p06; /继电器7sbit realy7=p07;/继电器8sbit key1=p20; /开关1sbit key2=p21; /开关2sbit key3=p22; /开关3sbit key4=p23; /开关4sbit key5=p24; /开关5sbit key6=p25; /开关6sbit key7=p26; /开关7sbit key8=p27;/开关8void delay_ms(uint i);void start_gsm(void);void uart_init (void);void sendchar(uchar ch);void sendstring(uchar *p);void gsm_init(void);void receive_ready(void);void message_read(void);void read_message(void);void sendmessage(void);4.上位机软件设计4.1 gprs通信网络利用移动通信gprs网络作为通信平台，监控中心通过此通信平台向各dtu发送控制及配置信息，同时接收下位机上报的数据及状况信息。整个系统网络示意图如图所示。 图4-1 gprs 通信网络 如图所示，利用gprs移动通信网络完成数据的传输，:免去了用户自己组网的初建设费用及日后的网络维护费用。通过gprs dtu与现场二次仪表相连，将采集到的现场数据以ip包形式发送到监控中心，在监控中心进行数据处理、存储，并提供相应的查询、统计及报表功能。监控中心也可以通过向dtu发送ip包形式设定下位机配置信息或控制命令，也可点播某一时刻的相应数据。监控中心站由一台具有公网ip地址的计算机组成。dtu可以将采集到的信息以ip包的形式直接发送给监控中心站ip地址，监控中心站将dtu发送的ip包处理后，获得相应数据存入数据库。监控中心站可以向各dtu发送相应的控制指令，dtu解析后，执行相应的操作。由此可见，gprs dtu在gprs通信网络中起到了数据采集、命令控制及远程数据监控的关键作用，是整个通信网络的中转枢纽。4.2 远程温度检测的实现原理本系统下位机的主要功能是对系统的温度参数进行远程实时监测与分析。同时系统具有记录保存断电时间，lcd及键控的人机交互界面，串行通信和gprs无线传输等功能。在软件开发时本文应用了基于实时嵌入式操作系统的软件结构远程数据实时监控系统的软件体现结构如图所示。 图4-2 数据监控系统体系结构图a.监控中心对整个系统的运行的基础数据进行设置，从数据库读入预处理的现场监测信息并加工处理，把处理结果显示给监控人员，监控人员在此可以发出主动控制指令。采用c/s软件体系结构。数据代理读入来自gprs，internet的现场监测信息并经预处理后存入数据库，从数据库读监控人员发出的主动控制指令并通过gprs，internet传送至于现场检测点。采用c/s软件体系结构。b.数据采集采集检测现场设备运行信息，控制gprs dtu发送信息、接收指令.面向过程的编程方式实现。4.3 gprs dtu 远程温度监测界面用gprs dtu来收发温度实时监测信息，通过单片机的传送，温度微小的变化就会显示在应经做好的界面上，实现了上位机对温度的实时监测。监测的界面如下图4-5所示。图4-3 gprs dtu 的温度监测界面图 5.系统集成与调试当系统的硬件和软件设计完成之后，需要对软、硬件分别进行调试，以验证系统各项功能是否实现，结果是否正常，精度能否达到要求。如果调试结果达不到要求就需要分析原因，找出问题所在。如果达到了预期的要求，就可以将软、硬件集成一个完整的功能系统进行调试，继而完成样机的研制。 本系统的测试工作主要分为下位机的硬件测试和上位机软件测试。对下位机硬件测试的主要完成以下几项工作： 检查硬件系统的短路、断路测试，电压、电流、接地是否正常，包括芯片输入、输出引脚电平测试。下位机测试步骤如同5-1所示。图5-1 下位机系统测试流程图 下位机硬件测试完成后可以确定硬件系统能正常工作，然后就可以对上位机软件需要在计算机上以各种可能的数据和操作条件对软件进行测试。对上位机软件调试的主要步骤：a.打开监控软件b.选择串口c.对串口参数进行设置d.打开串口在监控界面上显示出温度实时曲线。6.结束语本文以室温控制系统为研究对象，选取了pc+单片机方式，gprs无线通信模块为基础，基于at指令和数据采集器，构建一个远程的温度数据采集系统