毕业设计（论文）-基于单片机控制远程数据采集系统硬件设计.doc

沈阳建筑大学毕业设计（论文）摘要本文分析了gsm技术在远程温度监测系统中的应用现状，提出了基于tc35i的远程温度监测系统的方案。该方案硬件系统选用at89c52单片机，gsm模块tc35i，重点解决了温度采集的实时性与可靠性问题，构建了通信实时性强、可靠性高的应用系统，应用结果表明该方案的有效性。本文提出并设计了基于tc35i的远程温度监测硬件系统，主要论述了采用 at89c52单片机控制gsm模块（tc35i），利用短消息传输来实现远程温度监测系统的方案。本文通过分析gsm模块与单片机的接口设计简单介绍了tc35i模块的常用指令及编码规则，着重介绍了gsm网络、tc35i模块、单片机at89c52、ds18b20和ds1232的工作原理和外围接口电路，提出了at89c52在接收数据时应该注意的问题，从而设计出具有gsm模块的数据传输终端。系统具有结构简单、可靠性高、成本低等特点，使系统具有一定的高可行性和高性价比。该方案还具有通用性，可广泛应用于桥梁混凝土测温、油气井场、电力电缆火灾监测、粮仓及物资仓库温度监测。具有很广阔的发展前景。关键词： gsm网络; at指令; tc35i模块; 单片机at89c52；abstractthis article analyses the development of gsm technology in the remote temperature measurement system, shows a solution based on tc35i network communication. the hardware of this system uses at89c52 microcontroller and tc35i module.it mainly solves the problems of reliability and real time on temperature collection and constructs higher reliability system. the result of application shows this method is effective. it mainly discusses and designs a remote temperature measurement system based on at89c52 network communication in this dissertation, it discusses chiefly a scheme, which uses at89c52 microcontroller to control tc35i and make use of sms to complete remote temperature measurement. this article through analyzed the gsm module and the monolithic integrated circuit connection design simply introduced the tc35i module commonly used instruction and the coding rule, introduced emphatically the network of gsm,tc35i module the at89c52 microcontroller, the ds18b20 microcontroller and the ds1232 principle of work and the periphery connection electric circuit, at the same time has proposed at89c52 when receive data should pay attention question, thus designed has the gsm module the data transmission terminal. system is simple in structure, high reliability and low cost, so the system has a high feasibility and cost-effective. the program also has versatility; concrete bridge can be widely used in temperature measurement, the field of oil and gas wells, power cable fire monitoring, granary and materials storage temperature monitoring. it has a very broad prospect for development.key words: gsm; at instruction; tc35i module; at89c51 microcontroller；目录第一章 绪论11.1移动通信的发展11.2 单片机技术11.2.1 单片机技术的特点21.2.2 单片机技术的发展方向21.2.3 单片机技术的应用21.3 gsm网络及gsm 短消息业务的概述21.3.1 gsm网络的发展21.3.2 gsm网络的特点31.3.3 gsm网络的功能41.3.4基于gsm 短消息业务51.4 温度控制的现状和发展趋势7第二章 系统构架的设计92.1 系统构成92.2单片机外围电路设计92.3温度检测电路102.4 tc35i通信模块外围电路102.5系统抗干扰措施12第三章 系统的硬件设计133.1 系统结构分析与硬件框图133.2 at89c52单片机133.2.1 at89c52单片机内部结构说明133.2.2 at89c52 芯片的主要特性143.2.3 at89c52 芯片的外部引脚功能153.3 数字温度传感器ds18b20163.3.1 ds18b20器件的介绍173.3.2 ds18b20的外形和内部结构173.3.3 ds18b20的四个主要部件183.3.4 ds18b20的主要特性203.3.5 ds18b20的工作原理203.3.6 ds18b20使用中注意事项213.4 tc35i通信模块223.4.1 tc35i模块概述223.4.2 tc35i模块引脚介绍233.4.3 tc35i模块特性243.5 “看门狗”电路ds1232243.5.1 ds1232的结构及特点253.5.2 ds1232的功能263.5.3 ds1232的使用注意事项28第四章 at指令与pdu编码介绍294.1 模块中与sms有关的gsm at指令介绍294.2 pdu编码规则30第五章 技术经济分析32第六章 结论33参考文献34致谢35附录一 中文译文附录二 外文资料原文1 基于tc35i的远程温度监测系统的硬件设计第一章 绪论 随着科技的发展和自动化水平的提高，温度的自动监测已经成为各行各业进行安全生产和减少损失采取的重要措施之一。特定场合下由于监测分站比较分散、偏远，采用传统的温度测量方式周期长、成本高，而且测量员必须到现场进行测量，因此工作效率非常低。且不便于管理。本文提出了基于gsm的远程温度监测系统，采用美国dallas公司生产的dsl8b20数字温度传感器，通过现有的gsm网络将监测结果以短信方式发送至相应的监控终端(如手机、pc机)。系统具有结构简单、可靠性高、成本低等特点，可广泛应用于桥梁混凝土测温、油气井场、电力电缆火灾监测、粮仓及物资仓库温度监测。1.1移动通信的发展进入21 世纪，移动通信技术以惊人的速度迅猛发展。无论是cdma、2.5g 还是3g，移动通信的发展目标都是在更好的语音通信之外，向用户提供更加丰富多彩的高速无线数据应用。移动通信技术的进步使得高速的无线数据应用成为可能。可以预见，高速的无线数据应用的发展也将使新的移动通信技术更具吸引力。随着2.5g 的逐渐成熟，世界各国3g 网络的投入研究，基于无线数据应用的各项服务展现出其独特的魅力。因此，通过gsm短消息业务(sms)作为gsm(global system for mobile communication)网络的一种基本业务，以其连接简单、费用低廉、覆盖范围广、实现方便等优点得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于短消息业务的各种应用也蓬勃发展起来。短消息业务与语音及传真是gsm 网络提供的主要电信业务，它通过无线控制信道进行传输，经短消息中心完成存储和转发功能，每条短消息的信息量为140bit。在短消息的可靠传递基础上，gsm 专业调制解调器的出现给gsm 的发展注入了新的活力，它改变了传统的以语音为主要的通信手段，使gsm 网络数据通信得到广泛的应用。目前市场上提供的gsm 调制解调器和模块提供了rs232 标准数据接口，采用at 指令控制，符合etsi 标准gsm0707 和gsm0705。基于这种技术，以gsm 网络作为无线传输平台可以开发出多种应用领域。1.2 单片机技术单片微型计算机(single chip microcomputer)简称单片机,是指在一块芯片上集成了中央处理器cpu、随机存储器ram、只读存储器rom或eprom、定时/计数器、中断控制器以及串行和并行i/o接口等部件,构成一个完整的微型计算机。目前,新型单片机内还有a/d及d/a转换器、高速输入/输出部件、dma通道、浮点运算等特殊功能部件。由于它的结构和指令功能都是按照工业控制要求设计的,特别适用于工业控制及数据处理场合,因此确切的称谓应是微控制器(microcontroller),单片机只是其习惯称呼。1.2.1 单片机技术的特点1单片机由于将 cpu、内存和一些必要的接口集成到一个芯片上，并且面向控制功能将结构作了一定的优化，所以它有一般芯片不具有的特点：体积小、重量轻。电源单一、功耗低。功能强、价格低。全部集成在一块芯片上，布线短、合理。数据大部分在单片机内传送、运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高。1.2.2 单片机技术的发展方向 自从1971年微型计算机问世以来，随着大规模集成电路技术的不断进步，微型机主要向两个方向发展：一个向高速度，高性能的高档微型计算机方向发展。一个向稳定可靠，小而廉价的单片机方向发展。1.2.3 单片机技术的应用 按照单片机的特点,单片机可分为单机应用和多机应用。单机应用领域包括测控系统、智能仪表、机电一体化产品、智能接口和智能民用产品等。多机应用领域包括功能集散系统、并行多机处理和局部网络系统。1.3 gsm网络及gsm 短消息业务的概述1.3.1 gsm网络的发展gsm数字移动通信系统源于欧洲。早在80年代初，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧的nmt（北欧移动电话）和英国的tacs（全接入通信系统），西欧其他各国也提供移动业务。但是模拟系统有一些限制：第一，尽管在80年代初的过低估计下，移动业务的潜在需求也远远超过当时模拟蜂窝网的预计容量；第二，运营中的不同系统不能向用户提供兼容性：一个tacs终端不能进入nmt网，一个nmt终端也不能进入tacs网。为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统。 1982年在欧洲邮电行政大会（cept）上成立“移动特别小组”（groupspecialmobile）简称“gsm”，开始制定使用于泛欧各国的一种数字移动通信系统的技术规范。1990年完成了gsm900的规范，产生一套12章规范系列。随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，gsm逐渐演变为“全球移动通信系统”(global system for mobile communications)的简称。gsm可以说是一种数字蜂窝无线电系统。是可以使任何人在任何地理位置同任何其他人进行通信的一种逻辑的科学技术。蜂窝网为我们人类的移动通信起到了不可忽视的重大作用。gsm是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。我国于20世纪90年代初引进并采用此项标准，此前一直是采用模拟蜂窝移动通信技术，即第一代gsm技术（2001年12月31日我国关闭了模拟蜂窝移动网络）。目前，中国移动、中国联通各拥有一个gsm网络，是世界上最大的移动通信网络。gsm系统包括gsm900（900mhz）、gsm1800（1800mhz）、gsm1900（1900mhz）等几个频段。gsm系统有几项重要的特点：防盗铐能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。目前我国主要的两大gsm系统为gsm900和gsm1800，由于采用了不同的频率，所以使用的手机也不尽相同。不过目前大多数手机基本是双频手机，可以自由地在这两个频段间切换。欧洲国家普遍采用的系统除了gsm900和gsm1800外还加入了gsm1900，此时手机为三频手机。在我国随着手机市场的进一步发展，现在也出现了三频手机。即可以在gsm900、gsm1800和gsm1900三个频段内自由的切换，真正达到了一部手机可以畅游全世界的目的。1.3.2 gsm网络的特点21. 频谱效率。由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。 2.容量。由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9db，故gsm系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使gsm系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比tacs系统高35倍。 3.话音质量。鉴于数字传输技术的特点以及gsm规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。 4.开放的接口。gsm标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且报刊网络直接以及网络中个设备实体之间，例如a接口和abis接口。 5.安全性。通过鉴权、加密和tmsi号码的使用，达到安全的目的。鉴权用来验证用户的入网权利。加密用于空中接口，由sim卡和网络auc的密钥决定。tmsi是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。 6.与isdn、pstn等的互连。与其他网络的互连通常利用现有的接口，如isup或tup等。 7. 在sim卡基础上实现漫游。漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。gsm系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营者之间的某些协议，例如计费。 在gsm系统中，漫游是在sim卡识别号以及被称为imsi的国际移动用户识别号的基础上实现的。这意味着用户不必带着终端设备而只需带其sim卡进入其他国家即可。终端设备可以租借，仍可达到用户号码不变，计费帐号不变的目的。1.3.3 gsm网络的功能 gsm是一种多业务系统，可依据用户要传输信息的特点，提供各种形式的通信。传统上，我们将话音业务与数据业务分开：话音业务中，信息是话音，而数据业务包括电文、图像、传真、计算机文件和消息等。另外，gsm提供了一组非传统业务，即短消息业务。 1 话音业务 gsm提供的最重要的业务是电话业务，它使gsm用户和通过普通电话网可达到的任何电话用户间能进行双向语音呼叫。根据gsm的术语，紧急呼叫是电话演变来的一项单独业务。它允许用户通过一个简单固定的步骤就可找到附近的紧急服务部门（如警察局或消防部门）。 由电话发展而来的另一项业务是话音留言。gsm规范未将该业务定义为一项单独业务，但许多运营者将其作为一项基本业务。 2 数据业务 作为isdn的继承者，gsm从一开始设计就提供了多种数据业务。只要无线传输允许，它基本上包括了提供给固定电话用户和isdn用户（包含一些专用网，如分组交换数据网）的绝大多数业务。数据业务的分类主要取决于：可能的通信方（电话网、isdn网或专用网用户），端到端信息流的特性（原始数据、传真、可视图文、智能电报），传输方式（分组或电路交换，端到端数字传输或利用音频调制解调器，同步或异步传输）以及终端的特性等等。 依据通信用户所连接的网络类型可分为以下五种： a、 与pstn用户的连接 b、 与isdn用户的连接 c、 gsm用户间的连接 d、 与分组交换公用数据网（pspdn）用户的连接 e、 与电路交换公用数据网（cspdn）用户的连接 3短消息业务 1）gsm能传输点对点短消息，并能区分接收短消息的“移动台被呼点对点短消息业务”（sms-mt-pp）和使gsm用户能向另一gsm用户发短消息的“移动台呼叫点对点短消息业务”（sms-mo/pp）。 2）另一种短消息业务是“蜂房广播短消息业务（sms-cb），它能以固定的时间间隔将一般的短消息向给定地理区域中所有用户广播。 4 附加业务 附加业务修改、丰富了基本业务，主要允许用户选择网络处理主呼/被呼呼叫的方法，或提供给用户一定信息使之能智能地利用业务。这些功能不是gsm特有的，也不是无线蜂窝特有的，绝大部分是直接继承固定网络，少部分在需要适应移动性时作了修改。gsm的最终目标是提供广泛的附加业务。具体说来，有如下附加业务。 阻塞所有呼出呼叫（baoc）：可禁止任何呼叫。 呼叫保持（hold） 阻塞所有呼入呼叫（baic） 移动台不能被找到时呼叫转发（cfnrc） 移动用户忙时呼叫转发（cfb） 呼叫等待（cw） 呼叫线路识别显示（clip） 呼叫线路识别限制（clir） 无应答呼叫转移（cfnry） 连接线识别显示（colp） 连接线识别禁止（colr） 另外，还有计费、多方会议、闭合用户组（如vpn虚拟用户网） 5 本地业务 作为一个gsm集成终端，它无需网络的帮助，就可以完成许多本地功能。例如：缩位拨号，存储接收的短消息，编辑短消息，自动重复失败了的呼叫，自动呼叫应答等等。另一点值得注意的是，“+“键的存在，它被指定为代替国际前缀的捷径。 1.3.4基于gsm 短消息业务sms（short message service）短信息服务是gsm（global system for mobile communication）系统中提供的一种gsm终端（手机）之间，通过服务中心(service center)进行文本信息收发的应用服务，其中服务中心完成信息的存储和转发功能。短消息业务中心是与gsm网完全分离的单独实体3，不但可以服务于gsm客户，也可服务于具备接收短消息业务功能的固定网客户，尤其是把短消息业务与话音信箱业务相结合，更能经济、综合地发挥短消息业务的优势。点-点地信息发送或接收过程即可在ms处于呼叫状态时进行，也可以在空闲状态下进行。短消息也有其容量限制，当其在控制信道内传送时，信息量限制为140个八位组。短信息服务作为gsm网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。本设计以gsm网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用。典型的应用有：变电站、电表、水塔、水库或环保监测点等监测数据的无线传输和无线自动警报；远程无线控制高压线路断电器、加热系统、防洪拦阻系统或其它机电系统的启动和关闭；车队交通管理和控制指挥系统；控制和监测香烟、食品和饮料自动售货机的运行状态和存货水平等。这里选用gsm模块tc35i，给出其和pc机的通信电路；同时，也给出与单片机at89c52制成一款无线modem，与pc机协同收发短信，在pc和应用系统之间以此modem和gsm网络为纽带，实现远地数据的传输。其工作模式如图1-1和图1-2所示。 图1-1 gsm网络的工作模式 目前，国内已经开始使用的gsm模块有falcom的a2d系列、wavecome的wmo2系列、西门子的tc35系列、爱立信的dm10/dm20系列、中兴的zxgm18系列等，而且这些模块的功能、用法差别不大。其中西门子的tc35系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证。所以本设计选用的是西门子tc35系列的tc35i。这是西门子推出的最新的无线模块，功能上与tc35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。tc35i与gsm 2/2+兼容、双频(gsm900/gsml800)、rs232数据口、符合etsi标准gsm0707和gsm0705，且易于升级为gprs模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的at命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。 图1-2 gsm网络gsm网络是国内覆盖范围最广，应用最普遍的无线通信网络。主要利用其短消息业务（sms）实现上述功能，sms是通过gsm网的控制信道传输用户分组信息的一种增值服务，经短消息业务中心完成存储和前转功能，特别适合信息量不大的业务数据，它使用gsm网的公共控制信道，通话期间不影响短消息的传输。短消息业务的优点是传输速度快，单个数据传输价格便宜，不占用话音；利用这些特点，及其双向传输的性能，可方便地实现对于采集站设备的信息采集和远程控制，实现遥控、遥测等。由于gsm网络在全国范围内实现了联网和漫游，具有网络能力强的特点，用户无需另外组网，在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵建网费用和维护费用。同时，它对用户的数量也没有限制，克服了传统的专网通信系统投资成本大，维护费用高，且网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷。比起传统的集群系统在无线网络覆盖上具有无法比拟的优势，加上gsm的sms本身具备的数据传送功能，都使得这些应用得到迅速的普及。利用gsm短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定，为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。基于gsm网络的短消息作为一种数据传输模式，具有网络覆盖面广、用户投资小、运营费用少的优点，对于监控采集点分散、覆盖面广、监控点不固定、实时性要求较低的监控采集系统具有无可比拟的优势。1.4 温度控制的现状和发展趋势 温度是工业对象中一个主要的被控参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。温度控制是许多机器的重要的构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。不论是在生活中还是在工业生产过程中，温度的变化对生活、生产的某些细节环节都会造成不同程度的影响，所以适时地对温度进行控制具有重要的意义。目前，市场上有很多比较先进的温度控制仪，如美国福禄克公司(fluke corporation)提供的紧凑式高准确度标准温度炉，能满足只有极少公司才可达到的iecioio 和csa安全标准。其500系列温控仪有以下特点:-45670可选温度范围，温度稳定性为0.02，温度一致性为0.05，温度不确定性0.1，计算机接口包括rs-232标准配置，重量13.6kg，尺寸为318*203*267mm 。福禄克公司旗下的hart公司更是温度校准的恒温曹世界第一销量的公司，hart设计的独一无二的控制技术能够给出0.0001的温度稳定性。恒温槽设置点的超高分辨力可达到小数点后5位的高精度。另外，还有德国的lauda公司生产的加热/冷却恒温浴槽、冷却器，温度控制精度可达正负0.01。这些都是当今在温度控制领域研究出来的比较先进的产品，其势头还将一路发展下去，本领域的研究还将不断地进行，也必将会有更多、更加先进、经济的产品问世。 第二章 系统构架的设计2.1 系统构成系统分为监测中心站和远程监测分站两部分：监测中心站主要由监测中心站服务器、gsm无线通信模块、数据库系统及其应用软件组成；远程监测分站主要由at89c52单片机及外围电路、温度传感器和gsm无线通信模块(tc35i)组成。监测中心控制gsm无线通信模块收发短消息，接收各监测分站采集的温度数据,然后对数据进行显示、处理和打印等。远程监测分站实现温度数据的采集、处理和显示。同时控制gsm无线通信模块收发短消息。监测中心站与远程监测分站之间通过gsm网络实现无线远程通信。实现了基于gsm网络的远程监测系统。2.2单片机外围电路设计 该系统的mcu采用atmel公司生产的at89c52单片机。它是一种低电压、低功耗、高性能的cmos 8位单片机，片内含8 kb可反复擦写的程序存储器和256 b的数据存储器。单片机外围电路除了包括单片机正常工作所必须的元件外，还包括键盘、led显示电路及看门狗电路等，系统硬件电路原理图如图2-1所示。图2-1 单片机外围电路原理图按键用于对终端进行参数设置。4位led显示器可以显示现场的温度数据。方便相关人员现场读取。为了实现可靠的复位信号，并且能在计算机受到干扰，程序不能正常运行时自动产生复位信号。设计温度采集电路时应选用dallas公司生产的微机监控电路dsl232(看门狗)。其主要功能为：产生上电复位和手动复位；监视电源电平；监视软件运行状态；当程序运行出现飞车时，产生复位信号。2.3温度检测电路温度检测电路采用dallas公司生产的1-wire接口数字温度传感器dsl8b20，它采用3引脚t0-92封装：温度测量范围为-55+125编程设置912位分辨率。现场温度直接以1-wire的数字方式传输。大大提高了系统的抗干扰性。多个dsl8b20可并联至3或2根总线上cpu只需1根端口线就能与多个dsl8b20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。温度检测电路原理图如图2-1所示，主机控制dsl8b20实现温度转换，dsl8b20采用外接电源方式，其vdd端采用3 v5.5 v电源供电。2.4 tc35i通信模块外围电路随着通信技术的发展，基于移动通信网络服务功能，正向工业控制和遥控领域有不断扩大的趋势。为适应这种需要，西门子公司推出了新一代无线通信gsm模块tc35i，基于该模块的短消息功能，可以快速安全可靠地实现用户信息处理等功能，特别适用于控制中心与终端设备距离很远，或不便采用有线通信介质等场合，例如油井信息采集后的传输、远程抄表系统、城市交通导向等均基于tc35i模块来实现。tc35i外围电路接线图如图2-2所示。 图2-2 tc35i外围电路接线图电源电路分为充电电池 和稳压电源模块两部分。充电电池为整个系统提供3.6 v 工作电压同时产生max232所需要的高电平：三端电源模块lm7806将外部12 v直流电源转换为6 v连接至zif连接器的11、12引脚。在充电模式下可为tc35i提供6v500ma的充电电源。 启动电路由漏极开路三极管和上电复位电路组成。模块上电10ms后(电池电压须大于3 v)，为使之正常工作，必须在15引脚(igt)施加低电平信号，至少保持100 ms且该信号下降沿时间小于1ms，启动后15引脚应保持高电平。 基带处理器集成了一个与iso 7816-3 ic card标准兼容的sim接口。为了适合外部的sim接口，该接口连接到主接口(zif连接器)。在gsm11.11为sim卡预留5个引脚的基础上，tc35在zif连接器上为sim卡接口预留了6个引脚，所添加的ccin引脚用来检测sim卡支架中是否插有sim卡。当插入sim卡，该引脚置为高电平时，系统方可进入正常工作。 数据通信电路主要实现短消息收发、与pc机通信、软件控制等功能。tc35i的数据接口采用串行异步收发，符合rs-232接口电路标准。工作在cmos电平(2.65 v)。数据通信电路以max232为核心实现电平转换及串口通信。tc35的sync引脚有两种工作模式，可用at命令at sync进行切换。一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示tc35的工作状态。本模块使用的是后一种功能：当led熄灭时,表明tc35处于关闭或睡眠状态；当led为600ms亮/600ms熄时，表明sim卡没有插入或tc35正在进行网络登录；当led为75ms亮/3s熄时，表明tc35已登录进网络，处于持机状态。2.5系统抗干扰措施抗干扰设计是单片机应用系统设计的重要组成部分，没有良好的抗干扰措施，系统就无法安全可靠的工作。当然，我们只能通过系统软件、硬件设计尽可能的减少干扰带来的影响，而不可能完全消除干扰。本系统在抗干扰方面考虑了如下的问题。电源去耦，在电源线和地线之间并联47uf和0.1uf两个去耦电容，并联大电容为了去除低频干扰，并联小电容为了去除高频干扰。加宽地线和电源线，加宽后的地线和电源线是信号线的7倍。 所有芯片可靠接地，并且接地线构成环路。 手工布置元件和布线，连线尽可能短。 双面板两面的线条尽可能垂直交叉。 避免来自传感器，测量信号功能模块，控制信号功能信号的干扰，模拟电路通路通过隔离放大器进行隔离，数字电路通过光电耦合器进行隔离。 软件设计中采用一些方法抗干扰，如软件数字滤波，去抖动，重复初始化等。 第三章 系统的硬件设计3.1 系统结构分析与硬件框图目前，国内已经开始使用的gsm模块有很多，而且这些模块的功能、用法差别不大。本设计采用的是西门子tc35系列的tc35i 。这种无线模块功能上与tc35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。tc35i与gsm2/2兼容、双频（gsm900/gsm1800）、rs232数据接口，该模块及射频电路和基带与一体，向用户提供标准的at命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。网络通信系统总体结构框图如图3-1所示。 图3-1 系统总体结构框图系统主要的任务是监测被控对象的温度然后通过tc35i发送到监测中心。下面分别对硬件电路的各部分进行说明。3.2 at89c52单片机43.2.1 at89c52单片机内部结构说明制造工艺为cmos的at89c52单片机采用的是40只引脚的双列直插封装（dip）方式。其片内的结构如图3-2所示，如果按功能划分，它由8个部件组成，即微处理数据（cpu），存储器（ram），程序存储器（e2prom），i/o口（p0口、p1口、p2口、p3口），串行口，定时器/计数器，中断系统及特殊功能寄存器（sfr）。图3-2 89c52单片机片内结构图数据存储器（ram）：片内为256个字节（单元），片外最多扩至64k字节。程序存储器（e2prom）：at89c52单片机含有8k字节的快擦写可编程/擦除只读存储器（e2prom）。片内最多可扩至64k字节。中断系统：具有6个中断源，2级中断优先权。定时器/计数器：3个16位的定时器/计时器，具有四种工作方式。串行口：1个全双工的串行口，具有四种工作方式。p0口、p1口、p2口、p3口：为4个并行8位i/o口。特殊功能寄存器（sfr）：共有21个，用于对于片内各功能模块进行管理，控制监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的ram区。微处理器（cpu）：为8位的cpu，且内含一个1位cpu（微处理器），不仅可处理字节数据，还可进行位变量的处理。3.2.2 at89c52 芯片的主要特性 与 mcs-51兼容 8k 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256*8位内部ram；32 可编程 i/o 线；三个 16 位定时器/计数器6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 3.2.3 at89c52 芯片的外部引脚功能 如图3-3所示：vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏极开路双向i/o口，每脚可吸收8个ttl门电流。 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。 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4个ttl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编程校验时，p1口作为第八位地址接收。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。 图3-3 at89c52引脚图 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，并可用作输入接口。另外，被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流（iil）。p3口也可作为at89c52的一些特殊功能口，如下所示：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（计时器 0 外部输入） p3.5 t1（计时器 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。at89c52单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。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，at89c52是一种高效微控制器，且对开发设备的要求很低，从而使开发时间也大大缩短。at89c52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，有利于小型化设计。3.3 数字温度传感器ds18b20随着社会的不断发展，控制设备也跟着不断变化，对产品试验环境的要求也越来越严格。鉴于此，环境温度是试验环境中的一项重点，环境温度的高低直接影响产品的电气和机械性能参数。环境温度的准确度对测试温度的方法要求越来越高，我们为了准确的测试环境温度，采用了ds18b20数字温度传感器器件。将该器件与微处理芯片系统一起进行控制，对环境温度进行测试。该器件从测试环境的精度、可靠性、稳定性等方面有许多优越性。3.3.1 ds18b20器件的介绍ds18b20是dallas公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚to92小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为9位12位a/d转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个ds18b20可以并联到3根或2根线上，cpu只需一根端口线就能与诸多ds18b20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使ds18b20非常适用于远距离多点温度检测系统。3.3.2 ds18b20的外形和内部结构 图3-4 ds18b20的外形及管脚排列ds18b20的外形及管脚排列如上图3-4所示（1）dq为数字信号输入/输出端；（2）gnd为电源地；（3）vdd为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 图3-5 ds18b20的内部结构图 ds18b20内部结构如图3-5所示，主要由四部分组成：64位光刻rom、温度传感器、非挥发的温度报警触发器th和tl、配置寄存器。3.3.3 ds18b20的四个主要部件5（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自身序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验（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。（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0.0625/lsb形式表达，其中s为符号位。如表3-1所示：表3-1 ds18b20温度值格式表ls bytebit 7 bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 bit 023 22 21 20 2-1 2-22-32-4ms byte bit 15 bit 14 bit 13 bit 12 bit 11 bit 10 bit 9bit 8 s s s s s262524 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0.0625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0.0625即可得到实际温度。例如表3-2所示：+125的数字输出为07d0h，+25.0625的数字输出为0191h，-25.0625的数字输出为ff6fh，-55的数字输出为fc90h。 表3-2 ds18b20温度数据表temperaturedigital output (binary)digital output (hex) +1250000 0111 1101 0000 07d0h +850000 0101 0101 0000 0550h +25.06250000 0001 1001 0001