基于GSM远程控制系统的设计.doc

长江大学工程技术学院毕业设计(论文)题 目 名 称基于GSM远程控制系统的设计题 目 类 型毕业设计系 部信息系专 业 班 级自动化0802班学 生 姓 名袁易指 导 教 师朱嵘涛 / 助教辅 导 教 师朱嵘涛 / 助教时 间2011年11月25至2012年6月10日目录任务书开题报告指导教师审查意见评阅教师评语答辩会议记录中文摘要英文摘要前言XV1绪论11.1题目来源11.2研究的目的和意义12总体方案与论证32.1 设计方案模块32.2 无线通信模块32.3 控制单元模块的选择42.4 电源模块的选择42.5 系统总体框架43系统硬件模块设计63.1 电源及复位电路的设计63.2 串口通信模块设计73.3 GSM模块接口设计83.4 串行存储器的设计113.5 采集系统模块设计123.6 外部继电器控制模块设计133.7 单片机模块的设计144系统软件设计174.1串口程序设计184.2 存储程序设计214.3短消息程序设计254.4信息采集控制程序设计335短消息收发测试315.1普通测试345.2特殊测试356总结366.1系统其他改进方案36参考文献37致谢38附录39长江大学工程技术学院毕业设计(论文)任务系 信息系 专业 自动化 班级 60802 学生姓名 袁易 指导教师/职称 朱嵘涛/助教 1.毕业设计(论文)题目：基于GSM的远程控制系统的设计2.毕业设计(论文)起止时间： 2011 年11 月15日2012年 6月10日3毕业设计(论文)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）1康华光.电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2000.2周立功.ARM与嵌入式系统基础编程M. 北京:北京航空航天大学出版社,2004.3谭维瑜编.电机与电气控制M. 北京:机械工业出版社,2007.4周立功等.嵌入式系统软件开发实例M. 北京:北京航空航天大学出版社,2004.5周立功等.深入浅出ARM7LPC213x_214x(上)M.北京:北京航空航天大学出版社, 2004.6刘洪涛等.嵌入式系统技术与设计M.北京:人民邮电出版社,2009.7胡汉才.嵌入式Linux系统设计与开发M.北京:机械工业出版社,2009.8冀常鹏.AVR单片机GSM/GPRS应用技术M.北京:国防工业出版,社2011.9刘峥嵘等.嵌入式系统设计与实战M.北京:机械工业出版社,2007.10赵苍明等嵌入式Linux应用开发教程M.北京:人民邮电出版社,2009.4毕业设计(论文)应完成的主要内容1) 方案的选用与设计2) 硬件电路设计3) 软件编程5毕业设计(论文)的目标及具体要求目标：能够通过短信实现对目标板LED灯的控制。要求：1) 掌握在Linux如何对程序进行编译和执行。2) 掌握linux下串口驱动程序的开发。3) 能实现对开发板LED的控制。6、完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求微机一台：CPU 2.0G以上、内存2G以上、硬盘160G以上软件：linuxARM9开发板一个上机时数要求：大约150小时任务书批准日期 2011 年 11 月 25 日 系主任（责任教授）(签字) 任务书下达日期 2011 年 11 月 30 日 指导教师(签字) 完成任务日期 年 月 日 学生（签名） 长江大学工程技术学院毕业设计（论文）开题报告题 目 名 称基于GSM的远程控制系统的设计题 目 类 型毕业设计系 部信息系专 业 班 级自动化60802班学 生 姓 名袁易指 导 教 师朱嵘涛/助教辅 导 教 师朱嵘涛/助教开题报告时间2011年12月20日1 题目来源远程监控系统有两种类型，一种是生产现场没有现场监控系统，而是将数据采集后直接送到远程计算机进行处理，这种远程监控与一般的现场监控没有多大的区别，只是数据传输距离比现场监控系统要远，其它部分则和现场监控系统相同；另一种是现场监控与远程监控并存。一般是采用现场总线技术将分布于各个设备的传感器、监控设备等连接起来，这样就从分立单元阶段进入了集成单元阶段，然后各个管理站点的服务再用局域网连接起来，这样就形成了企业内部网(Intranet)。由于建立了基本的网络信息基础结构，设备监测、维护技术进入了集成系统阶段，GSM远程控制系统在这些条件下逐步发展成熟起来。2 研究的目的和意义随着住宅智能化的发展,越来越多的集中式太阳能热水站开始替换传统的家用太阳能热水器进入智能化小区,从属于小区智能控制分系统中的供水子系统。一些学校、工厂的集中供水等也需要控制。大规模的智能小区往往占地数万平方米,业主上千户,集中住宅楼几十座甚至上百座,终端节点多而分散、通信距离长、而每个终端的数据量小,用户的地理分布范围比较宽。经济的做法是为每个住宅楼构造一个相对独立的太阳能热水工作站(以下简称太阳能热水站) ,通过远传由物业部门统一管理。传统的太阳能热水工程本身并不具备远传和计量管理功能,嵌入式系统可以很好的解决现场的数据采集和控制,以电缆为传输介质,按485 总线方式实现通信,是现场控制中的常规解决方案,但昂贵的布线、复杂的施工,使许多智能小区望而止步。SMS(Short Message Service) 是GSM系统中提供的终端之间进行文本信息收发的应用服务,用户无需另外组网,节省了昂贵的建网费用和维护费用。加上GSM 本身具备的数据传送功能,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。为了维护太阳能热水站的正常运行,通常每个节点需要记录的物理量有水位、水温、水压、管温等模拟量的输入和数个开关量的输出。由现场的嵌入式系统采集并发送给GSM 通信终端,通过SMS 的服务中心将数据信息以文本和数字的方式传送到无线监控中心,完成信息采集信息传送信息传送至监控中心信息分析、事件处理、远程检测信息记录的工作流程。如图1所示图1 系统结构图3 阅读的主要参考文献及资料名称1康华光.电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2000.2周立功.ARM与嵌入式系统基础编程M. 北京:北京航空航天大学出版社,2004.3谭维瑜编.电机与电气控制M. 北京:机械工业出版社,2007.4周立功等.嵌入式系统软件开发实例M. 北京:北京航空航天大学出版社,2004.5周立功等.深入浅出ARM7LPC213x_214x(上)M.北京:北京航空航天大学出版社, 2004.6刘洪涛等.嵌入式系统技术与设计M.北京:人民邮电出版社,2009.7胡汉才.嵌入式Linux系统设计与开发M.北京:机械工业出版社,2009.8冀常鹏.AVR单片机GSM/GPRS应用技术M.北京:国防工业出版,社2011.9刘峥嵘等.嵌入式系统设计与实战M.北京:机械工业出版社,2007.10赵苍明等嵌入式Linux应用开发教程M.北京:人民邮电出版社,2009.4 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向远程监控是国内外研究的前沿课题，国内外都展开了积极的研究。1997年1月，首届基于Internet的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自30个公司和研究机构的50多位代表到会。会议主要讨论了有关远程监控系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制等，并对未来技术发展作了展望由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于Internet的下一代远程监控诊断示范系统，这项工作同时也得到了制造业、计算机业和仪器仪表业的Sun、HP、Boeing、Intel、Ford等12家大公司的热情支持和通力配合。之后，由这些公司共同推出了一个实验性的系统Testbed。Testbed用嵌入式Web组网、用实时JAVA和Bayesian Net初步形成在Internet范围内的信息监控和诊断推理。另外，许多国际组织，如MIMOSA(Machine Information Management Open System Alliance)、SMFPT (Society for Machinery Failure Prevention Technology)、COMADEM (Condition Monition an Engineering Management)等，也纷纷通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式和标准。许多大公司也在他们的产品中加入了Internet的功能，如Bentley公司的计算机在线设备运行监测系统DataManager200可以通过网络动态数据交换(NetDDE)的方式向远程终端发送设备运行状态信息；著名的National Instruments公司也在它的产品LabWindows/CVI以及LabVIEW中加入了网络通讯处理模块，因而可以通过WWW、FTP、E2mail方式在网络范围内进行监控数据的传送。法国。ALARM。研究组对生产过程的智能报警和监控系统进行了长期研究，并在多个项目中进行了应用。国内对于远程监控技术也开展了积极的研究目前，西安交大、华中科技大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学等高校已取得了较为先进的研究成果，如西安交通大学研制的大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统RMMD、华中科技大学开发的汽轮机工况监测和诊断系统KBGMD、哈尔滨工业大学的微计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统MMMDES等。5 主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路5.1主要研究内容：随着网络技术的飞速发展和监控范围的扩大，监控系统由过去的单机监控过渡到现在的网络监控，但目前还存在着一些问题。首先，网络通信技术不足的问题。网络通信技术是远程监控技术中最为关键的技术，然而，目前网络通信一般简单采用Socket技术，甚至FTP或Email等，这些技术无论在传输的数据量、编程的灵活性还是安全性方面都有很大的欠缺，特别是对于现场多个端点的数据采集，会大大增加编程的复杂度，不能满足远程监控技术对网络通信的需求；其次，网络通信中多种结构并存的问题。目前的远程监控系统结构大多比较复杂，分布距离远，而且还存在着不同局域网，不同平台，甚至在同一局域网中的操作平台以及编程语言也可能有不同的问题，这就要求集成网络中的不同平台，实现相互之间的通信，而这些问题采用传统方法是难以解决的。本课题主要研究在GSM的远程控制系统设计的可行性方案5.2需重点研究的关键问题： 系统的硬件部分设计： 设计基于GSM的数据采集、传输和控制系统,就是最终设计一个单片机控制的通信终端(核心是工业手机芯片,该设计选用ZWG-3A) ,通过现在的GSM网络传输远程采集的各种数据及信号到控制中心,同时可以完成控制中心对远程采集点的控制,如此实现远程智能监控及控制。传感器或是A/D等设备完成对监控信息的采集,进行简单的处理后传给单片机，需要记录的物理量有水位、水温、水压、管温等模拟量的输入和数个开关量的输出。单片机在模块中实现流程的控制,以及对采集到的数据进行简单处理,以能够通过GSM模块的发送。同样，控制GSM模块也是通过单片机实现的,它通过发送AT 指令来控制GSM模块的发送接受等操作,另外在响应远程的控制时,也会再次对GSM 模块进行操作或是设置。掉电保护,就是E2PROM 的存储器,控制程序就存贮其中,在每一次通电时,完成对终端设备的初始化,开始新的控制流程,同时可以存储采集的数据.在意外的断电时,可以起到保护数据的作用,不至于下次通电不能正常运行。如图2MCU单片机89C51掉电保护UARTGSM通信模块现场信号采集其他IO控制图2 保护数据电路图 系统的软件部分设计：软件的设计包括两部分,就是终端的响应和控制程序,它是响应控制中心的控制信号,程序主要是通过单片机运行实现。另外一种就是控制中心的程序,除了与终端相同的程序功能外,还应该拥有是维护系统的功能。6 完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法微机一台：CPU 2.0G以上、内存2G以上、硬盘160G以上软件：linuxARM9开发板一个上机时数要求：大约150小时7 工作的主要阶段、进度与时间安排2011年11月25日2011年12月20日 查找资料，完成开题报告；2011年12月21日2012年3月5日搜集文献，确定方案；2012年3月6日2012年4月6日系统分析与设计阶段；2012年4月7日2012年4月30日 编程阶段；2012年5月1日2012年5月10日后期调试阶段；2012年5月11日2012年5月20日 论文撰写阶段；2012年5月20日2012年6月10日 进行总体的整理和修改,最终完成。8 指导教师审查意见长江大学工程技术学院毕业设计(论文)指导教师评审意见学生姓名专业班级毕业设计(论文)题目指导教师职称评审日期评审参考内容：毕业设计(论文)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业设计(论文)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评审意见：指导教师签名：评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面）长江大学工程技术学院毕业设计(论文)评阅教师评语学生姓名专业班级毕业设计(论文)题目评阅教师职称评阅日期评阅参考内容：毕业设计(论文)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业设计(论文)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评语：评阅教师签名：评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面）长江大学工程技术学院毕业设计(论文)答辩记录及成绩评定学生姓名专业班级毕业设计(论文)题目答辩时间年月日时答辩地点一、答辩小组组成答辩小组组长：成员：二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_分毕业设计(论文)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业设计(论文)评分的相关规定)等级(五级制)：_答辩小组组长(签名) ：秘书(签名)：年月日系答辩委员会主任(签名)：系 (盖章)基于GSM远程控制系统的设计学 生： 袁 易 长江大学工程技术学院指导老师： 朱嵘涛 长江大学工程技术学院【摘要】 随着 GSM(Global System for Mobile Communication)移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈，新技术和新业务的开发和应用已经提到一个十分重要的位置。短消息业务（SMS）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，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。本文提出了一种基于 GSM 短消息的远程控制系统，在给出系统的总体设计的基础上，设计了系统的硬件和软件，并对其应用领域作了一些探讨和研究。系统以 GSM 网络作为远程信号的传输平台。对 GSM 网络体系结构作了详细的讲解，并且着重讲述了对于本课题相当重要的短消息业务的通信原理。数据的传输方式主要是短消息方式，系统中采用 PDU 模式，对短消息的 PDU 编码和解码进行详细的讲述。短消息的接收和发送是通过 AT 指令来实现的，讲述了常见的 AT 指令及其使用方法。系统的硬件设计中，对主要硬件 TC35 和 MSP430F149 单片机及其外围电路进行了详细的讲述。系统分为两个部分进行设计控制中心站和远程控制分站：控制中心站硬件包括一台 PC 机，GSM 通信模块 TC35，两者通过 RS232 连接；远程控制分站硬件包括 GSM 通信模块 TC35，MSP430F149 单片机，显示单元，各种传感器和数据采集与处理单元。系统的软件设计包括控制中心站软件设计和远程控制分站软件设计。远程控制分站软件设计中运用 IAR 公司为 MSP430 系列单片机开发的 C430 集成开发环境和 C 语言调试器作为程序开发工具，其软件包括单片机初始化、主程序、信号采集中断程序、通过串口的短消息接收和发送程序。论文的最后部分以 GSM 短消息的远程控制系统为基础，结合温度检测技术设计出一套基于 GSM 的远程温度控制系统，并给出了此系统应用领域的一些探讨和研究。【关键词】 MSP430； GSM；TC35；远程控制； AT指令；Design of Remote Control System Based on GSMStudent： Yuan Yi Yangtze University College of Technology & Engineering Instructor： Zhu Rong Tao Yangtze University College of Technology & Engineering【Abstract】 Along with rapid popularization and furious competition of GSM net work ,research and application of new technology and new operation have been mentioned to a quite important position. SMS as a basic service of GSM network has been attented by more and more system operator and developer ,and kinds of applications based on this service have been rapid developed .This paper present a remote monitoring system based on GSM-SMS, this paper first presents the system design as a whole, then presents the hard ware and software design of system, at last presents some discussions and investigation in applying field.In this system GSM network is a medium for transmitting the remote signal, it presents detailed explanation of GSM networks system structure and emphasizes the communication principle that is important for the task. The mode of transmitting data is most SMS. PDU mode is used during transmitting SMS. It presents en cording and decoding of SMS PDU mode. Transmitting and receiving SMS is realized by using AT command. It presents the familiar AT command and using method.It presents TC35 and microchip MSP430F149 MCU and peripheral circuit during design of system hardware. Hardware of system includes two parts: the monitoring center and the remote monitoring station. It consists of a computer and a TC35 communication module of GSM in the monitoring center .Computer and TC35 are joined by RS232. It includes a TC35 communication module of GSM, a MSP430F149 MCU, a display part and a gathering data part.It includes the monitoring center software and the remote monitoring station software in design of system software. The remote monitoring station software is designed with C430 integration developing environment that IAR designed forMSP430 single chip and C-language debugger. It includes single chip initialization and main program and interrupt of gathering signal and SMS receiving and transmitting program through the serial port .In the end of the paper, it presents a remote temperature monitoring system based on GSM, using the designed system of remote monitoring system based on GSM-SMS and technique of measuring temperature. And then presents any discussions and investigation in applying field.【Keywords】 GSM；SMS；remote monitoring；PDU mode；AT command；前言短消息业务(SMS)作为 GSM(GlobalSystem 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1-3。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。目前远程控制主要有以下几种方式：短距离长线控制；通过市话网；通过 Internet 网络；通过自组网络(CDPD 网)；通过数传电台方式。短距离长线控制和通过自组网络(CDPD网)首先要自行建设通信网络，建网初期投资巨大，运营期间自主维护耗费人力物力较大，信号质量得以保证，效果好，相对运营费用高；通过市话网和 Internet 方式以现有的网络为依托，无需自行建设通信网络，但是由于市话网和 Internet 难以达到工业现场覆盖面，接入网络受到限制，局限性很大，网络运行效果取决于网络运营商，线路安全不能得到保证，其通信效果好，信号量大，运营费用相对低廉；数传电台出现较早，应用很广泛，是一种不错的无线数传方式，但是建网初期投资巨大，数传电台的传输范围有限，而且容易受到空间无线信号的干扰，信号不能得到保障，但是数传电台信号传输实时性好，运行费用低。远程控制系统应用广泛，遍及国民经济的很多领域，而目前这些控制系统无论从成本、可靠性、稳定性、使用方便性、还是维护的难易程度等方面都不能最大限度的使人满意。因此本文把 GSM网络引入到远程控制系统中，提出了基于 GSM 短消息的远程控制系统。再由短消息中心转发到最终目标。运用 GSM 短消息实现远程控制可靠性高、信号传播距离远、覆盖面积广，并且可以节省建网初期的巨额投资，运营期间无需维护网络，运行费用低廉。1 绪论基于GSM远程控制系统的设计1 绪论1.1题目来源远程监控系统有两种类型，一种是生产现场没有现场监控系统，而是将数据采集后直接送到远程计算机进行处理，这种远程监控与一般的现场监控没有多大的区别，只是数据传输距离比现场监控系统要远，其它部分则和现场监控系统相同；另一种是现场监控与远程监控并存。一般是采用现场总线技术将分布于各个设备的传感器、监控设备等连接起来，这样就从分立单元阶段进入了集成单元阶段，然后各个管理站点的服务再用局域网连接起来，这样就形成了企业内部网(Intranet)。由于建立了基本的网络信息基础结构，设备监测、维护技术进入了集成系统阶段，GSM远程控制系统在这些条件下逐步发展成熟起来。1.2研究的目的和意义随着住宅智能化的发展,越来越多的集中式太阳能热水站开始替换传统的家用太阳能热水器进入智能化小区,从属于小区智能控制分系统中的供水子系统。一些学校、工厂的集中供水等也需要控制。大规模的智能小区往往占地数万平方米,业主上千户,集中住宅楼几十座甚至上百座,终端节点多而分散、通信距离长、而每个终端的数据量小,用户的地理分布范围比较宽。经济的做法是为每个住宅楼构造一个相对独立的太阳能热水工作站(以下简称太阳能热水站) ,通过远传由物业部门统一管理。传统的太阳能热水工程本身并不具备远传和计量管理功能,嵌入式系统可以很好的解决现场的数据采集和控制,以电缆为传输介质,按485 总线方式实现通信,是现场控制中的常规解决方案,但昂贵的布线、复杂的施工,使许多智能小区望而止步。SMS(Short Message Service) 是GSM系统中提供的终端之间进行文本信息收发的应用服务,用户无需另外组网,节省了昂贵的建网费用和维护费用。加上GSM 本身具备的数据传送功能,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。为了维护太阳能热水站的正常运行,通常每个节点需要记录的物理量有水位、水温、水压、管温等模拟量的输入和数个开关量的输出。由现场的嵌入式系统采集并发送给GSM 通信终端,通过SMS 的服务中心将数据信息以文本和数字的方式传送到无线监控中心,完成信息采集信息传送信息传送至监控中心信息分析、事件处理、远程检测信息记录的工作流程。2 总体方案与论证2总体方案与论证2.1 设计方案模块本设计是一个基于GSM模块的远程控制系统，GSM就是global system for mobile communications 【电信】全球通, 全球移动通信系统 (亦称“泛欧数字式移动通信系统”, 是一个根据欧洲电信标准协会出版的 GSM 技术规范建造的国际无线蜂窝网) 。GSM模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。本设计是一种利用手机短信息实现对远程监控设备如交通路灯，家庭里的门锁、家用电器、可视对讲、报警装置等进行智能控制或信息采集交流的设计思路。系统的开发基于短信息技术、自动控制技术、计算机技术、数字通信技术及加密技术，系统利用相关的网络、计算机系统和控制器，以短信息为基本控制指令和数据信息传送方式，实现手机无线遥控和数据传送，通过专设的短信控制中心和服务中心，为远程监控设备提供全方位的数字化服务。本设计就是用单片机控制GSM模块采集和控制远程设备信息的无线通信控制系统。本设计采用模块化设计，整个系统由GSM模块、控制模块、电源模块和外围模块组成，系统的整体方案框图如下图2.1：图2.1 方案方框图2.2 无线通信模块我们设计此系统的前提是基于短信方式，简单、方便使用、价格低廉的实用性系统，而不需要联网使用的GPRS通信模块，如SIM300T和MC35等系列模块。所以我们有两种选择，一是用TC35模块和TC35i模块。TC35和TC35i功能相似，随着西门子公司对TC35系列产品的发展，TC35i在相同技术领域相对TC35更胜一筹，但它的价格比TC35要昂贵得多，而且在本设计系统中的技术要求TC35同样能够达到标准，因此综合来考虑，选择TC35做为本设计系统的无线通信模块。2.3 控制单元模块的选择控制模块是本设计的核心，通过外围电路和向GSM模块写入相关程序，控制部分要实现能够控制GSM模块短消息的接收和发送、接收频率、功耗大小、工作模式等各项参数的功能。因此必须需要一个微控制器才能达到要求，而MSP430F149单片机开发板不仅满足设计要求，而且是自带A/D转换器、显示器和本设计调试时所需的温度传感器模块，在短时间内和有限的条件下使设计更加轻松和方便。因此本设计采用MSP430F149单片机开发板作为系统的控制核心。2.4 电源模块的选择单片机的供电电压要求是3.3V，TC35模块要求的供电电压要求是2.5V5.0V。由于收音机模块的应用范围很广，比如手机中就采用3.7V锂电池供电，DVD、电视等系统中则是对220V市电进行变压后供电。本设计中采用7805稳压芯片对系统进行供电，由于这个电源可以很容易得到，设计中不再单独给出。2.5 系统总体框架本系统采用MSP430控制TC35无线模块进行远程通信。通过读取TC35接收到的短信内容从而控制相应的外部继电器组工作，或者控制数据采集系统工作，把相应的数据通过串口0发给TC35模块，进而发送数据。图2.2所示为系统远程端系统框图：图2.2 系统远程端框图系统远程端负责数据采集及控制外部设备，以及存储重要的数据。系统由MSP430单片机主控，TC35作为无线通信模块，继电器组控制外部设备，传感器组为数据采集模块，24LC02B串行存储器作为数据存储器，电源模块提供模块的电源供应。图2.3所示为系统终端系统框图:图2.3 系统终端3 系统硬件模块设计3系统硬件模块设计通过图1.1可知，硬件系统主要包括电源模块、串口模块、采集控制模块、GSM模块、串行存储器模块及单片机模块。下面对各个模块进行详细介绍。3.1 电源及复位电路的设计3.1.1 MSP430电源模块的设计MSP430电源模块：使用TPS70633稳压芯片经稳压得到3.3V电压。如图3.1所示。图3.1 3.3V电源电路为了使输出的3.3V输出电源的纹波小，在输出部分用了一个100uf和0.1uf的电容，另外在芯片的输入管脚也放置了一个100nf的滤波电容，以减小输入端受到的干扰。3.1.2 TC35的电源模块TC35模块需要提供4V直流电压，如图3.2图 3.2 3.6V电源电压对于TC35模块采用的4V供电，为了使输出的4V电压的纹波小，在输出部分用了一个22pf和100uf的电容，实现滤波。另外在芯片的输入管脚也放置了100nf的滤波电容，以减小输入端受到的干扰。3.1.3、复位电路在单片系统中，为了保证系统在上电时进行初始化，同时也为了保证对电源的监视，需要采用复位芯片，在此系统中采用MAX809STR芯片，复位电路如下图： 图3.3 复位电路由上图可以看出：该电路非常简单，只在电源管脚处加了一个0.1uf的电容进行滤波处理，以减小干扰。3.2 串口通信模块设计该系统实现的串口电路（RS-232电路）主要是MSP430与上位机进行通信，实现单片机系统与上位机进行通信处理。由于单片机与上位机进行通信时接口电平不同，因此需要进行接口转换，这里采用MAX3238E芯片来完成接口电平的转换。具体的RS-232电路图如图3.4所示。图3.4 RS-232电路图由图可以看出，通过一个上拉电阻将SHDN管脚拉高，使该芯片一直处于工作状态，如果系统需要处于低功耗状态，也可以通过单片机来控制该管脚。工作时将该管脚设置为低电平，需要处于低功耗时将该管脚设置为高电平这样很容易实现控制。在管脚C1+、C1-、C2+、C2-、V+和V-分别放置0.1uf电容实现充电作用，满足相应的充电电泵的要求，管脚T1OUT、TIN、R1OUT和RIN分别是232转换的输入/输出脚，实现单片机的TTL电平与上位机的接口电平的转换。考虑到减小电源的干扰，还需要在芯片的电源输入管脚加一个104pf的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。3.3 GSM模块接口设计3.3.1GSM模块简介本系统采用TC35。TC35是西门子公司推出的一种完整的无线GSM模块，主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。它可以快速、安全可靠地实现系统方案中的数据传输、语音传输、短消息服务（Short Message Service）和传真服务。模块的工作电压为3.34.8V。该模块有AT指令集接口，支持文本和PDU模式的短消息第三组的二类传真等。此外，该模块还具有电话簿功能、多方通话、漫游检测等功能。常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40管脚ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。基带处理器作为TC35的核心，主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音编码。3.3.2 GSM模块接口设计TC35模块主要通过串口与单片机进行连接，从而单片机实现对TC35模块的控制。虽然TC35的串口提供了许多控制线，但由于考虑到设计接口的简单性，并且与单片机的UART进行连接，所以采用两线（TXD、RXD）连接。对TC35模块通信的控制可以通过软件来实现，采用软件实现控制具有使用灵活等特点，也很好地避免了过多硬件信号的检测。对于TC35的其它管脚在不使用的时候，如果该管脚为输出时，一般将该管脚悬空；如果该管脚为输入管脚，则需要将该管脚通过10的电阻上拉。另外由于/IGT管脚是控制TC35模块工作的管脚，所以需要将该管脚上拉，并且将该管脚与单片机进行连接，从而可以通过单片机来控制TC35模块的工作状态。在设计时需要考虑TC35模块的电源管脚并连在一起，由于TC35是一个功能完全的模块，因此这里不需要做任何的信号处理和射频处理。另外TC35模块还需要连接SIM卡座，这样才能够实现一个完整独立的GSM终端。以下为TC35模块的接口设计。由图可以看出，TC35接口电路的设计比较简单。在进行串口设计时，虽然TC35模块串口管脚的工作电平是CMOS电平，单片机串口管脚的工作电平是TTL电平，但由于单片机的高电平和低电平的逻辑判断电平可以实现屯TC35的管脚进行连接（具体可以参看MSP430F149的数据手册），因此TC35模块的串口线直接与单片机的串口线进行连接。由于TC35模块的串口管脚中的DTR0和RTS0两个管脚是输入管脚，因此分别通过10K的电阻将这两个管脚拉高。/IGT为TC35模块的工作状态控制管脚，该管脚首先通过一个电阻拉高，平时该管脚为高电平，处于不工作状态；另外该管脚还同时与单片机的一般I/O端口进行连接，这样通过单片机来实现对TC35模块的工作状态的控制，当单片机在该管脚送低电平时，则TC35模块工作。TC35模块的SYNC管脚用来指示GSM模块的工作状态，连接一个指示灯来指示工作状态，如图3.5、图3.6所示。图3.5 TC-35_ZIF管脚接口电路3.3.3 指示灯电路TC35 有一个同步信号脚SYNC（32脚synchronization signal)，该脚是一个同步信号输出端，该脚输出的信号，反应了模块的工作情况。本系统在该端通过一个三级管接入LED灯，接法如图3.6所示。LED灯受到该脚信号控制，可以显示TC35模块运行的状态。图3.6 指示灯电路1)、LED灯熄灭时：表示TC35处于关闭、休眠、报警或者充电状态二；2)、LED灯600ms 亮600ms暗：表示SIM卡没有插入，或者正在搜索网络，或者正在认证用户，或者正在注册网络；3)、LED灯75ms亮3S暗：表示已经注册上网，处于待机状态二；4)、LED灯75ms亮75ms暗75ms亮3S暗：表示一个或多个GPRS文件被激活二；5)、LED灯闪烁：表示GPRS的数据传输，当GPRS数据传输时，在交换一个数据包后，LED。灯将会在一秒内点亮。闪烁的持续时间约为0.5秒。3.3.4 SIM卡电路TC35模块的SIM卡座采用的是Molex座，该座有8个管脚，而TC35模块的SIM管脚只有6个管脚，如下图所示。其中编程端我们不用，其它的接口分别对应于TC35的5个管脚，SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通过SIM卡阅读器与TC35的同名端直接相连。其接口示意图如下图图3.7所示：图3.7 SIM卡接口示意图图3.8所示的图为SIM座接口电路图，由图可以看出SIM座直接与TC35模块的ZIF连接器对应的SIM卡管脚进行连接，在需要的地方加了电容进行滤波处理。当SIM座的管脚7与TC35模块的SIMDATA进行连接时，则用来模拟SIM卡插入的情况；当SIM座的管脚7不与TC35模块的SIMDATA进行连接时，则用来模拟SIM卡没有插入的情况。图3.8为sim座接口电路。图3.8 SIM座接口电路图3.4 串行存储器的设计在本系统中，串行存储器使用24LC02B芯片来实现。24LC02B主要是通过I2C实现与单片机的连接，具体的电路如图3.9所示。图3.9 串行存储器电路由图可以看出，该电路的设计比较简单。将24LC02B的第7管脚（写保护管脚）接地，可使该芯片始终处于可以进行读/写的状态。在实际设计的时候，也可以将WP管脚与单片机的一个一般I/O端口进行连接，通过单片机来控制24LC02B就处于写保护状态；单片机在该管脚输出低电平，则24LC02B不处于写保护状态。在本电路中，主要为了简化设计，直接将WP管脚接地，使24LC02B不处于写保护状态。24LC02B的A0、A1和A2都接地，表示该器件的地址为000.由于I2C是总线工作方式，该总线上可以挂接很多器件，所以总线上的每个器件都应该有相应的地址，这样才能实现寻址操作。24LC02B的SCL和SDA管脚分别与单片机的P1.2和P1.3进行连接，连接的方式是I2C总线方式。由于MSP430系列单片机里有的单片机没有I2C接口，因此本系统在设计时采用MSP430单片机的一般I/O端口P1.2和P1.3分别作为I2C总线的SCL和SDA线，采用软件来模拟I2C总线，从而实现与24LC02B进行接口。在设计时，需要将SCL和SDA分别通过一个10K的电阻将其拉高，以满足I2C工作条件。此外，为了减小电源的干扰，还需要在24LC02B芯片的电源输入管脚加一个0.1uf的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。3.5 采集系统模块设计在该系统中主要考虑模拟前端为传感器，从传感器送来的是标准信号，即4mA到20mA，这样设计具有一定的通用性，只要前端接不同的传感器就可以采集不同的信号源。由于A/D转折基准为电压，也就是参考源为电压，所以A/D转换的是电压，这样需要将电流信号转换成电压信号。如图3.10所示为模拟量采集具体的电路。图3.10 采集电路设计由图可以看出，采集电路通过一个电阻将电流信号转换成电压信号，为了提高采集的进度，需要采用高精度的电阻，这里采用的是精度为1%的电阻。电路中采用二极管作为ESD保护电路，考虑到干扰问题，采用电容进行滤波处理，增加采集电路的抗干扰问题。3.6 外部继电器控制模块设计在某