毕业设计（论文）-基于GSM短信的城市路灯智能监控系统的设计与制作.doc

陕西理工学院毕业设计I基于GSM短信的城市路灯智能监控系统的设计与制作xxx（陕西理工学院物理与电信工程学院通信工程专业2010级3班，陕西汉中723003）指导教师：xxx摘要为了节约能源，有效的管理路灯，设计了一种城市路灯监控系统，系统包括硬件和软件两部分，硬件部分由单片机最小系统，GSM模块，路灯电路，电流检测电路等组成。软件部分包括主程序，读取短息子程序，回复短信子程序，通过Keil对C语言进行编译生成hex文件，将其下载到单片机中，经过实验验证，可实现实现了通过短信来控制路灯，实时时钟控制路灯，根据光照来控制路灯，同时实现路灯损坏的自动报警。关键词：路灯；全球移动通信系统模块；短消息；单片机陕西理工学院毕业设计IIDesignandproductionofintelligenturbanstreetmonitoringsystembasedonSMSofGSMxxx（Grade2010Class3MajorofCommunicationEngineeringSchoolofPhysicalandTelecommunicationEngineeringShaanxiUniversityofTechnologyHanZhong723003Shaanxi）Tutor:xxxAbstract:InordertosaveenergyandimproveenergyefficiencyofstreetlightsacitystreetsurveillancesystembasedonGSMSMSisdesigned.ThehardwarepartofthesystemismadeupofMCUGSMmodulestreetcircuitacurrentdetectioncircuitandothercomponents.SoftwareincludesthemainprogramsubprogramofreadingtheshortmessagesubprogramofreplyingSMS.HexfilegeneratedbyKeilcompilerwithClanguageThendownloadittothemicrocontrollerAfterdebuggingitcanachieveagoodaimviaSMStocontrollightsandachieveautomaticalarmfordamagedstreetlightssimultaneously.Keywords:StreetlightsGSMmoduleShortMessageMCU陕西理工学院毕业设计III目录11绪论绪论.11.11.1课题背景课题背景.11.21.2国内外研究现状国内外研究现状.122方案论证与选择方案论证与选择.32.12.1方案一：基于电力线载波通信的远程路灯控制系统方案一：基于电力线载波通信的远程路灯控制系统.32.2方案二：基于GSM的远程路灯控制系统.32.32.3方案选择方案选择.433硬件电路的分析与设计硬件电路的分析与设计.63.1单片机控制系统的设计单片机控制系统的设计.63.1.1单片机最小系统单片机最小系统.63.1.23.1.2串口通信的设计串口通信的设计.73.23.2华为华为GTM900CGTM900C模块模块.73.3光控电路设计光控电路设计.83.4实时时钟控制电路的设计实时时钟控制电路的设计.93.5电流检测电路设计电流检测电路设计.94软件部分的设计软件部分的设计.124.14.1系统主程序系统主程序.124.24.2子程序设计子程序设计.134.34.3程序编译下载程序编译下载.1455制作与调试制作与调试.165.15.1路灯电路的仿真路灯电路的仿真.165.25.2硬件制作与调试硬件制作与调试.1666总结与展望总结与展望.186.16.1总结总结.186.26.2展望展望.18致谢致谢.19参考文献参考文献.20附录附录AA：英文文献原文：英文文献原文.21附录附录BB：英文文献译文：英文文献译文.29附录附录CC：源程序：源程序.37附录附录D:D:元器件清单元器件清单.46陕西理工学院毕业设计第1页共46页1绪论1.11.1课题背景课题背景在市场经济的推动下，在招商引资的投资环境中，城市的基础建设和环境，备受投资者的关注。在诸多的硬件基础建设中，城市路灯、景观灯等无疑是照亮和点缀整个城市夜晚的亮点，为城市的夜色增添无穷魅力。近年来在市、区领导的关注下，城市的道路绿化、灯饰亮化、美化工程已取得良好的效果，大大改善了人居环境和市容市貌，提升了整体城市的对外形象，为创建和谐社会奠定了良好基础。目前国内城市的路灯控制方式，还停留在手动、光控、钟控等控制模式，作为城市照明工作的管理部门，原有的控制和管理方式已经不能满足城市路灯发展和管理的需求。近年来，随着计算机网络、无线通讯和自动化技术的飞速发展，城市路灯控制方式也步入到计算机网络、自动控制和信息化管理模式。随着国民经济的快速增长，能源缺乏（电能、煤、水、有色金属等）已是目前经济持续稳定增长的瓶颈。从节约电能、提高管理水平的角度和改善城市投资环境的社会效应出发，路灯监控信息化建设已成为市政建设的必然趋势，目前城市路灯及路灯控制和管理方式，存在很大的局限性。根据现阶段全国路灯管理部门的管理现状，综合全国城市路灯建设的实际情况，以推广，改造和保证原有设备的安全性，达到路灯节能增效，提高城市照明智能化管理水平为宗旨。遵循整体规划、分步实施原则，建设城市智能路灯及路灯监控管理网络系统。)目前国内城市路灯开关控制方式主要采用：手动、光控和钟控模式，其缺点如下：手动开关灯方式：适应小范围专职人员管理，如：宾馆、学校、医院等场合。国内路灯已基本取消此种开关控制方式。国外如：印度等国还在保留使用。光控开关灯方式：路灯配电箱遍及城市的每个角落，而光控设备极易受环境、季节、天气和环境变化等因素影响、开灯和关灯统一性差，开关灯误差大，智能化水平低，不能控制半夜灯。不能应急突发事件（如：节庆日、接待参观等需要提前开灯任务）也极易造成巨大的能源浪费，增加财政负担。钟控开关灯方式：不能随时了解，钟控时间误差，不能及时校正时钟和修改开关灯时间。修改一次开关灯时间工作量大，人为因素极易造成开关灯时间不统一。其它缺点同光控开关灯方式一样。1.21.2国内外研究现状国内外研究现状城市路灯监控在国内外研究都是前沿课题，国内外学者都做了深入的研究。今天，路灯监控的研究主要集中在基于远程通信技术的基础上，利用主机对远程路灯实时监控，用到的主要技术是GSM的SMS业务，另外通过合理的软件编程，工作人员即可在控制中心对路灯管理，这样既可以节约人力物力，又可以实时控制，满足人们的需要。各国积极推动落实节能减排项目，尤其中国的LED路灯因商机庞大而被受LED路灯厂家重视。数据显示，2012年LED封装应用于照明市场的产值约$26.6亿美元，相较于2011年，成长了23.5%。其中以LED封装应用于建筑景观照明或是投射灯、灯泡等室内照明的比重最高。然而，在LED封装价格不断下滑的情况下，各国照明市场的需求也慢慢受到先期导入与价格诱因而逐渐打陕西理工学院毕业设计第2页共46页开。如今，我国具备巨大的照明市场规模和雄厚的照明产业基础，这为我国LED照明产业的发展创造了巨大的市场发展前景。随着半导体照明技术的不断成熟、LED照明灯具性能的提升和成本的降低，我国LED照明市场的前景将逐步显现出来。2004年6月中国科学院半导体研究所和杭州市签定了关于发展半导体照明产业合作备忘录在杭州市建设半导体照明产业基地。从此杭州市半导体照明产业迅速发展。目前全市专业从事半导体照明产业的企业有60多家年产值近10亿元人民币还有200余家配套企业。国内80%以上的半导体照明相关检测设备的研发和制造集中在杭州例如杭州浙大三色仪器公司、杭州中为光电有限公司、杭州远方光电信息有限公司等。杭州士兰微电子科技股份有限公司是LED领域不多的上市公司之一。杭州中宙光电有限公司是LED企业的龙头企业之一2008年11月其“大功率白光LED扩展光源器件”项目成功列入2008-2009年国家火炬计划。据介绍杭州市已经制定了杭州市半导体照明产业发展规划和杭州半导体照明产业化基地发展规划计划创建国家半导体照明工程产业化基地。“十一五”期间杭州市每年安排1000万半导体照明产业专项产业发展资金目标是在五年内使年产值达到150个亿。今年4月中国科学院半导体研究所又与萧山区签约帮助后者发展半导体照明产业。在临安市高虹镇飞利浦、欧司朗和通用电气三家国际照明巨头在此设立主要的供应基地经济优势明显产业集聚度高。美国能源与节约组织日前指出，组织的目的在于搜集有关路灯监控相关事例，尽可能的完成美国城市路灯节能的要求，提升美国在这方面的世界领先地位。城镇政府、公用事业单位和能效组织等都可加入会员；而尽管制造商不在会员范围之列，但还可以获邀在协会会议上提供专题资讯。以上事例说明了一点：路灯控制正朝着具体化，智能化，远程化，节能化的方向发展。论文主要分为五个部分：（1）绪论部分。要讲了课题的研究背景，国内外的研究现状，研究的目的和意义以及这次设计的研究思路。（2）方案的论证与选择。主要就两种方案的原理及特点进行了分析，最后选择了基于GSM的远程路灯控制方案。（3）硬件电路分析与设计。主要设计了单片机最小系统，路灯电路模块，电流检测模块等，并详细的分析了原理。（4）软件的设计。软件设计主要包括主程序和两个子程序，并对其进行了详细的分析。（5）制作与调试。这章主要就整个制作过程进行了详细的论述。陕西理工学院毕业设计第3页共46页2方案论证与选择2.12.1方案一：基于电力线载波通信的远程路灯控制系统方案一：基于电力线载波通信的远程路灯控制系统基于电力线载波通信的远程路灯控制系统的设计框图见图2.1所示。路灯电路耦合电路单片机SC1128前级放大器功率放大器带通滤波器故障检测电力线耦合电路功率放大器带通滤波器SC1128前级放大器单片机计算机图2.1基于电力线载波的城市路灯控制发送系统由耦合电路、带通滤波器（FIL）、自动增益前级放大器(AMP电路)、功率放大器(DAMP功放电路)、电力线载波模块、单片机、时钟电路等组成。路灯故障检测到路灯损坏的信息，向单片机申请中断服务，单片机查阅灯开闭的时间，如在开灯的时间内，则启动发送程序，将故障发送至监控中心。信息包括灯的编号（地址）及故障发生的时间。具体工作原理：单片机将路灯故障信号发送到SC1128进行调制，然后将调制后的信号再送至功率放大器进行功率放大，接着将放大后的信号经耦合电路发送到电力线上进行传输。接收系统电路由电源电路、耦合电路、电力线载波模块、单片机组成。电源电路主要承担为系统提供+12V与+5V电压。耦合电路是指扩频信号与220V交流电力线的连接电路。主要由保护电容、中频变压器(5:8)、浪涌保护二极管、起限幅作用的二极管等组成。滤波器电路是由电容与电感组成的带通滤波电路。信号耦合电路输入，滤掉杂波，再把信号输入到前级放大电路。前级放大器是将接收的信号进行不失真放大，再输入SC1128内进行信息解调。功率放大器电路是将SC1128输出的已调信号扫频正弦波放大，保证有足够的通信距。电力线载波通信是电力系统特有的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。但由于电力线载波通信本本身的缺点，带宽小，干扰大，衰减也大，所以其应用的范围也越来越小。2.22.2方案二：基于方案二：基于GSMGSM的远程路灯控制系统的远程路灯控制系统基于GSM的远程路灯控制系统的原理框图如图2.2所示。陕西理工学院毕业设计第4页共46页单片机实时时钟电路路灯驱动电路光控传感电路电流检测电路GTM900C模块PC机大屏幕投影仪打印机GTM900C模块图2.2基于GSM的城市路灯控制系统GSM通讯作为移动通讯的一种主干网络也是发展比较成熟、运行非常稳定的一项通讯技术。GSM标准由欧洲多个国家共同制订，使得这一系统在全欧洲范围内，以及世界各地被采用。这样带来的另一个好处是GSM产品的市场增大，生产厂家生产的设备数量增加，产品质量也得到提高。同时，由于生产厂家增多，相应的增强了竞争，降低了产品价格，使移动用户和网络运营商从中受益。如果在空中接口采用数字信号，我们可以巧妙的处理数据，并可以利用一些复杂的差错保护，差错检测和差错校正技术，这样信号通过GSM空中接口时，可以抵抗较强的干扰（因为与模拟系统相比，有更好的差错检测和差错校正能力）。鉴于这个特点，GSM空中接口可以在恶劣的无线环境中较完好的传送无线信号，而模拟系统就无能为力了。另外GSM系统的频率复用率和容量都比模拟系统要更高。GMS技术原理是硬件设备本文中的例子采用华为公司的GTM900C型GSM终端模块作为短信息收发设备利用RS-232串口连接GSM终端模块和计算机通过计算机串口与GSM终端模块进行通讯控制GSM模块收发短信息。除了GSM的远程控制之外，根据现实的需要，在设计的时候还考虑到人们的生活习惯，在晚上12：00之前人们喜欢外出，12点至之后会减少，所以增加了时钟控制模块，根据天气的变化加了光控模块，很人性化的实现了路灯的智能化，并能智能报警。(1)设置短信息中心AT+CSCA=+8613800575500(短信息中心号码)(2)设置短信息发送格式AT+CMGF=1(3)发送短信息(短信息内容为hello)AT+CMGS目的地址)helloz(4)获取短信息内容假设短信息序号(3)GSM信道无需中继利用公网不需自建和维护通信网组网十分灵活为应用系统大大节约了成本。GSM短信息服务是利用移动公网、串口通信以及移动通讯协议对GSM短信终端模块进行自动化控制来实现的。这项技术模式可以应用于各种需要进行实时收发信息的系统和用户具有很广泛的应用和推广价值。随着移动通信技术的迅速发展和移动通信网络质量的不断提高短信息技术在我们气象工作中的应用前景将更加广阔。2.32.3方案选择方案选择路灯监控系统是一个工程实际应用项目，所以在系统设计方案时，所以应当考虑系统的经济性。在系统设计上，就要考虑在满足系统运行要求下，尽可能的节省开支。远程路灯控制不但可以根据天气的实际情况来对路灯进行实时控制，而且远程控制，节省人力物力。陕西理工学院毕业设计第5页共46页路灯监控系统在控制要求方面除完成可靠性以外，还要合理。主要体现在路灯开关合理，操作合理，具有人性化的界面显示。由于道路在夜晚可见度的问题，交通事故的发生概率大大增加。而直接向道路可见度的原因在于路灯的亮灭情况。因此一个可靠的路灯监控系统非常重要。采用自动检测周围环境的路灯控制可靠性不比远程路灯控制。系统能在该开关灯时及时发出开关灯命令，在路灯发生故障时及时通知工作人员排查故障等。相比之下远程控制会更合理。电力线载波的最大特点：不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递，无疑成为了解决这智能家居数据传输的最佳方案之一。同时因为数据仅在近距离这个范围中传输，束缚电力线载波应用的5大困扰将不复存在，远程对路灯的控制我们也能通过传统网络先连接到PC然后再控制路灯方式实现，电力线载波调制解调模块的成本也远低于无线模块。本设计采用GSM的短信息的短息控制方式。GSM通信模块采用西门子GTM900C模块。城市道路的人流量和车流量在晚间6一12时是均值较高的时段而12时过后则会显著降低与之相随的是对光照要求和实际用电需求也应有所降低。达到节能的目的，自然路灯控制应该具有控制路灯照明亮度的功能。所以可以再每天18：0024：00时是人们活动的高峰时段，可按照规定设计标准照度照明对方便人们的夜生活和维护城镇的治安等是非常必要的，但在午夜以后，夜深人静，保持原设计照度的照明就是一种浪费。所以在午夜后可以利用路灯控制适当减低路灯的亮度，使路灯这是开启总量的23，而到凌晨路灯开启总量的13。所以控制系统就需用控制一组就有3路路灯。由于LED灯的节能特性本设计控制的是LED灯。基于GSM的短信息的路灯控制系统，完成的任务是可以远程实现路灯的自动开启和关闭，当夜晚（光线较暗）来临，且处于交通高峰期时，可以控制路灯全部开启，交通高峰期过后，可以按比例开启，凌晨时段按13，任意一路灯带有工作电流检测，当路灯发生漏电故障后可以实现报警。陕西理工学院毕业设计第6页共46页3硬件电路的分析与设计3.13.1单片机控制系统的设计单片机控制系统的设计3.1.13.1.1单片机最小系统单片机最小系统单片机为本系统的核心器件。这里我们选用STC的89C52单片机，89C52具有低功耗、高性能的特点，且与89C51兼容，特别是其内部增加的闪速可电改写的存储器FlashROM给单片机的开发及应用带来了很大的方便，且芯片的价格非常便宜，因此近年来得到了及其广泛的应用。单片机最小系统电路如图3.1所示。P1.1P1.7P1.4P1.3P1.2P3.1P1.6RSTP1.0P1.5P3.0P2.2P2.1P2.0GNDXTAL2XTAL1P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2VCCP0.7P0.6P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0PSENSTC89C5233pFRXDTXDVcc22uFS1R110KVCCEAVppALEPLOG图3.1单片机小系统(2)时钟电路晶振并不能独立的使用，必须配合合适的负载电容，否则会产生频率偏差，或者是使晶振不能工作。负载电容的选择可以根据单片机的技术文档上的说明来选择。对于51单片机一般选择不大于40pF的瓷片电容。晶振在最小系统中的作用是提供震荡振荡周期，也就是112的机器周期，机器周期是单片机工作的基本条件。而且在设置串口初始化的时候也要用到机器周期。所以选择合适的晶振对单片机的正常工作是相当重要的，这里选择11.0592MHZ的晶振。(3)复位电路复位引脚当有连续两个以上机器周期（2us以上）的高电平时，这个单片机就会复位。而我们的电路设计是，电容充电的瞬间，是导通，在这个瞬间，电流通过电容器，然后向电阻方向放电，此时，电容的“-”端就能有一个很高的电势，在高于3V的情况下，均可认为是高电平。而电容的充电是有时间的，当选择合适的电容，其充电时间会大于2us，这时，复位的条件就成立了。当然，我们为了能够更稳定的复位，我们常常会把单片机的复位引脚的高电平时间控制得更长一点，通常陕西理工学院毕业设计第7页共46页会达到ms级别，这时图中的电容容量为uF级别，电阻阻值为10K级别。3.1.23.1.2串口通信的设计串口通信的设计串口通信电路原理图如图3.2所示。C1+C1-C2+C2-T1INT2INR1OUTR2OUTR1INR2INT1OUTT2OUTVCCVDDVEEGNDDB9U1C3C4123456789VCC1uFTXDRXD1uF1uF16v1uFC2C112435678910111213141516图3.2串口通信电路原理图串口通信（SerialCommunications）的的原理简单易懂，串口是按位（bit）发送和接收字节的。虽然比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总长不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。典型地，串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。3.23.2华为华为GTM900CGTM900C模块模块华为GTM900C模块及其外围电路见图3.3所示。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，华为公司推出了新一代无线通信GSM模块GTM900C，GTM900C是一款双频9001800MHZ高度集成的GSMGPRS模块，是GTM900B的升级模块。内嵌TCPIP协议模块，使用简单，易于集成GTM900C软件、硬件兼容GTM900B、TC35iMC39i，使用TC35i或MC39i的用户不用作任何更改就可以使用。GTM900-C使用AT命令集，通过UART接口与外部CPU通信，主要实现无线发送和接收、基带处理、音频处理等功能。键盘、LCD（LiquidCrystalDisplay）等外部设备由外部CPU进行控制。通过ZIF连接器与单片机实现电路接口，该接口读取或发送GTM900C模块中的数据，将是论述的陕西理工学院毕业设计第8页共46页重点，也是GTM900-C应用的核心。VBTVccGNDCHARPOWCHARPOWVDDBATTEMPBATTEMPIGTCHARPOWVDDIGTRING0DSR0RXD0TXD0CTS0RTS0DTR0DCD0DSRRXDTXDCTSRTSDTRDCDRINGCCINCCRSTCCIOCCCLKCCVCCCCGNDRTCPDSYNCEPP2EPN2EPP1EPN1CCINCCRSTCCIOCCCLKCCVCCCCGNDRTCPDSYNCEPP2EPN2EPP1EPN1MICP1MICP2MICN1MICN2MICP1MICP2MICN1MICN2SIMCLKRSTVCCVPPGNDIOR51KR171K注册状态指示灯R61KR161K来电指示灯图3.3华为GTM900C模块如图3.3所示，GTM900C模块有40个引脚，通过一个ZIF(ZeroInsertionForce，零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入输出、SIM卡、音频接口和控制。1623为数据输入输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。tc35i模块的数据输入输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-TRS232接口标准。GTM900-C使用外接式SIM卡2429为SIM卡引脚，SIM卡同GTM900-C是这样连接的:SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通过SIM卡阅读器与GTM900-C的同名端直接相连，ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。如果输入信号超过GTM900-C输入信号的幅度范围，这时需要对输入信号进行电平调整。目前GTM900-C模块输出的信号是TTL2.850.1伏接口，与RS-232连接时，需要进行电平转换，由于客户使用的电平转换芯片不一致，相关参考设计电路均可以从网络或芯片资料上获取，同时，需要关注RTS，CTS的上下拉处理，与具体电路的设计有一定关系。在串口电平转换设计过程中，建议电平转换芯片的电源电压与我们串口的接口电平2.85V(0.1)基本一致，避免导致将模块的串口陕西理工学院毕业设计第9页共46页输入拉高，从而影响模块内部的工作稳定；串口信号的电平，请注意保持在2.850.15伏范围内最佳。3.33.3光控电路设计光控电路设计光控电路图如图3.4所示。光控传感电路由光敏电阻，三极管S9013组成，三极管的集电极与单片机的14脚相连。通过检测光敏总控的输出电压，通过单片机给电源控制电路输入一个开关信号，控制继电器的通与断，进而控制整个电路的工作情况。工作原理：白天，由于光照强，光敏电阻RS1的阻值变小，导致两端电压减小，进而影响三级管b、e两端的电压，使其处于反偏状态，无电压输出，通过单片机给电源控制电路一个低电平，继电器断开，整个路灯控制电路断开，路灯灭；夜晚，与白天情况相反。+5VR156KR210KR31K90135KRQ图3.4光控电路3.43.4实时时钟控制电路的设计实时时钟控制电路的设计实时时钟控制电路见图3.5所示。0.1uFVcc32.768KHZDS130210K10KVCC2X1X2GNDVCC1SCLKIORST10K5V图3.5实时时钟控制电路实时时钟采用DS1302，它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。本电路由Y2构成起震。3V的纽扣电池构成掉电保护电路，1302的CLK，IO，RST口分别接单片机的IO口，从而控制1302的时钟显示。DS1302的2脚和3脚外接32.768KHz的晶振，7脚为串行时钟接口，与单片机的15脚连，6陕西理工学院毕业设计第10页共46页脚为数据输入输出端，以便于总线控制，与单片机的17脚连接，5脚复位引脚，与单片机P3.6相连，当时钟达到设定值时，自动复位。3.53.5电流检测电路设计电流检测电路设计电流检测电路图见图3.6所示。PortPortMAX471RS+RS+RS-RS-SIGNOUTSHDGND2K1KLM3245.1K4.7KP0.0+图3.6电流检测电路图电流检测芯片采用MAX471，MAX471是美国MAXIM公司生产的精密集成电流传感器，适合3A以下的电流检测，在高温条件下测量精度为为。MAX471有内置电流传感电阻和增益电阻，量%2程为3A，允许多片MAX471实现量固定程扩展。MAX471有两对RS+RS-端，它没有电源端，但可以用RS+代替电源端，SHDN为掉电控制端，常态下该端接地，接高电平使芯片进入掉电模式，电源电流迅速降低到1.5uA。两对RS+、RS-分别为内部传感电阻的正负端，SIGN为极性端，当线路电流从RS+到RS-端时，SIGN端输出高电平，反之，电流从RS-流到RS+端时，SIGN输出低电平，OUT为电流输出端，们均有一个电流输出端，可以用一个电阻来简单地实现以地为参考点的电流电压的转换，并可工作在较宽电压内。OUT与线路电流成比例关系，该段的输出阻抗为3M只要OUT端与地之间接一个2K的电阻，就能使MAX471的输出电压比例系数为1VA。图3.5电路中的比较电路采用LM324，LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器。其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。在下图电路中当Vi+（+）为同相输入端的电压大于Vi-（-）为反相输入端的电压时，输出高电平，反之，则为低电平。3.63.6模拟路灯电路设计模拟路灯电路设计图3.7所示为模拟路灯电路。从继电器线圈参数得知，继电器工作吸合电流为0.2W5V=40mA或5V12040mA。三极管的选择：功率PCM大于5V继电器电流(540mA=0.2W)的两倍；最大集电极电流（ICM）大于继电器吸合电流的两倍以上；耐压BV（CEO）大于继电器工作电压5V可选10V以上；直流放大倍数取100；三极管基极输入电流：继电器的吸合电流放大倍数=基极电流(40mA100=4mA)，为工作稳定，实际基极电流应为计算值的2倍以上。基极电阻：（5V-0.7V）陕西理工学院毕业设计第11页共46页基极电流=电阻值(4.7V8mA=3.3K)。这里单片机IO口输出高电平触发三极管导通。经过以上的分析计算得出：三极管可用极性是NPN的9014或8050，电阻选3.3K。三极管的放大倍数要求不高，一般买的都可以，100500(放大倍数分段可选)，随便买的都可以用。电阻R1选3.3K0.25W就可以了保证基极为MA级电流就可以开关三极管了。为了消除这个感生电动势的有害影响，在继电器线圈两端反向并联抑制二极管，以吸收该电动势。自感电压与电源电压之和对二极管来说却是正向偏压，使二极管导通形成环流。感应的高电压就会通过回路释放掉，保证了三极管的安全。3.3k1N40078050Vcc图3.7模拟路灯电路陕西理工学院毕业设计第12页共46页4软件部分的设计4.14.1系统主程序系统主程序本路灯控制系统主程序结构如图4.1所示。Receiveready=1？判断短信程序Receiveready=0延时0.3SSend=1？YNNYGTM900C初始化启动GTM900C发送读短信指令串口初始化接受短信准备程序Sendready=1延时10S延时1S接受数组清零删除短信程序读短信内容执行程序延时2S回复短信程序开始结束图4.1路灯控制程序系统的工作过程是给系统供上12v直流电源后，系统上LD1点亮，表明开发板已经正常上电。此时会看到LD2一闪一秒，亮灭间隔时间相同，此状态表明GTM900C正处于搜寻网络状态。大概一分钟以后（不确定具体时间，看当时所处环境的信号强度）。当LD2出现短灭常亮的状态时，表明GTM900C已经搜寻到网络信号，处于待机状态。此时可以通过手机发送指令通过GTM900C模块接收来实现对单片机的控制，进而实现对继电器的控制。在GTM900C模块上按上有效的SIM卡，通过手机发送短信到GTM900C的手机卡上能够实现如下到指令如下：陕西理工学院毕业设计第13页共46页（1）开继电器，发送open，如发送open1到目标号码，片刻后将会看到板子上的D1灯点亮，并听到继电器打开的声音，此时可以发现继电器1已经打开，如果你发送的指令错误，手机将会收到来自目标手机的短信提醒，告诉你当前的操作失败，操作失败的短信回复内容为：OperateFailed，tryagain！openJ为KY1，KY2继电器，openI为三继电器全开，（2）关继电器，发送shut，如发送shut1到目标号码，如果先前继电器1是处于开启状态的话，LED1灯熄灭，并会听到“咔嚓“声响表明继电器1已经关闭。如果先前继电器是处于关闭状态的话则不会有任何反应如果你发送的指令错误，手机将会收到来自目标手机的短信提醒，告诉你当前的操作失败，操作失败的短信回复内容为：OperateFailed，tryagain！shutJ为KY2，KY3继电器，shutI为三继电器全开。系统具有过流判断的功能，出现电流系统检测路灯工作的电流，并与允许的极限值比较，不正常时则报警，并回复发生故障的短信。4.24.2子程序设计子程序设计读取短消息内容子程序流程见图4.2所示。开关继电器指令？输出flag提取短信内容开灯判断YN返回提取短信子程序图4.2读取短信内容子程序读取短信内容执行操作程序读取短信内容，判断指令是否为开关继电器指令，是的话判断过流检测是否正常，之后进行操作，判断指令内容，是开启那几个灯，如果判断错误，则指令标志位flag=1。该子程序首先通过for语句将通过串口发过来的短息中的消息内容指令部分截取出来放到CommandBuf数组中。通过对几个标志位的判断CommandBuf0，CommandBuf1，CommandBuf2，CommandBuf3陕西理工学院毕业设计第14页共46页，来决定发来的信息，正确的执行信息为open加上控制的目标，所以前几个字符可以作为路灯控制短信息的标志，当然也可以任意的设计短信控制的这几位标志。如果不是这几位的话则直接跳转到最后，指令标志位flag=1，表示此控制失败。判断过流位，若过流位为1的话也将跳到最后，返回。在进行上述的各种标志位的判断后进行指令操作，利用case指令通过单片机输出置位输出端口。回复短信子程序流程图见图4.3所示。Send=1？发送fail提取对方号码发送success!YN返回回复短信子程序图4.3回复短信流程图回复短信程序首先提取对方短信号码，判断是否过流，则发送故障同时P3_6=0，判断指令标志位flag=0，则表示控制操作成功，若为1，则表示控制操作失败回复fail。指令执行调用子程序后，通过已经读取的短信内容，同时从中提取对方的号码，被叫号码的类型，2位十六进制数，接下来就是判断电流检测标志位，若为1则表示电路有故障，同时向控制的地方发送有故障的标志，检测发送成功没有的检测，如果没用成功的话就发送，控制操作失败。4.34.3程序编译下载程序编译下载KEILuVISION4是众多单片机应用开发软件中优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，它集编辑，编译，仿真等于一体，同时还支持，PLM，汇编和C语言的程序设计，它的界面和常用的微软VC+的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。首先我们用keil4建立一个工程项目，然后在.C的文件夹中写入程序，调试程序并不断修改，刚开始在调试程序的过程中，由于在主程序调用子程序时没有延时，所以将程序下载到单片机试验时，总是不停的打电话，而且发短信也是时而发，时而不发。最后，给程序加了延时以后，整个程序可以按要求来执行。程序编译界面如图4.4所示。根据编译结果，整个程序错误个数陕西理工学院毕业设计第15页共46页为0，有6个警告，说明程序是没有语法错误的，可以生成HEX文件。单片机烧录软件是STC单片机专用的STCISP，串口选择COM6口，最大下载速率为9600bitS，最小下载速率为1200bitS，3S后下载完毕，窗口显示programOKverifyOKEncryptOK.图4.4编译界面图STC-ISP下载界面如图4.5所示。图4.5STC下载界面陕西理工学院毕业设计第16页共46页5制作与调试电路的调试主要是仿真调试和硬件调试，仿真调试用的是proteus仿真软件，实物制作用到的工