智能公交系统电子站牌设计.doc

摘 要本文针对目前公交车管理系统电子站牌子系统实时性以及可操作性的要求，介绍了公交车管理系统电子站牌的硬件和软件的设计。该系统利用了太阳能供电、GSM短信模块通信和LED屏显示，系统的中央控制单元用STC89C516RD+单片机作为核心，GSM短信模块通过串口RS232与中央控制单元相接，通过串口接收GSM短信模块的信息，实现了来自交通调度中心的控制信息与中央控制单元的通信，中央控制单元经过处理分析接受到的信息后，调用其存储固化在ROM中的汉字点阵库，从而形成显示点阵码，可实现LED点阵屏显示；LED点阵屏显示外加的时钟芯片可实现定时显示控制或显示实时时间。 关键词：太阳能电池板;LED点阵屏;GSM短信模块The design of electric station board in the bus managerial system AbstractIn order to meet the needs of E-stop on real-time and Interoperability in Intelligent Transportation management System (ITS), This article introduces a design methord of the intelligent transportation system of the E-stop hardware and software.The system bases on a modular design concept,Uses solar power supply,SMS GSM communications module and the LED screen display.Meanwhile it uses STC89C516RD + single-chip microcomputer as a central control unit.GSM SMS module connected with the Central Control Unit through RS232 serial port,and receive SMS information though the Serial ports,achieved the communication between the Traffic Control Center and the E-stop.Then,the central control unit processing and analysising those information received.The E-stop displays the received informations on the screen by these characters stored in the ROM. Furthermore the screen can display real time and remain time by a Clock-chip.Key words: Solar panels;LED dot matrix screen;GSM SMS module目 录1 引言12 方案论证12.1 整体方案选择12.2电子显示站牌的选择22.3 GSM Modem的选择33 系统结构框图44系统硬件设计44.1 LED电子显示屏驱动显示电路44.2 显示屏主控制电路64.2.1 控制器的比较及选型64.3 存储电路94.3.1 存储电路芯片介绍94.3.2 存储电路104.4 实时时钟电路114.5 STC89C516RD+单片机内部看门狗的使用114.6 TC35i模块AT指令及中文短信息的收发134.6.1单片机与TC35i的硬件接口134.6.2AT指令介绍134.6.3单片机发送AT指令的程序设计144.7 中文短信息的收发154.7.1 PDU模式及中文短信息的编码155太阳能供电控制电路175.1 系统设计方框图175.2 太阳能电池板和蓄电池的选用185.2.1 太阳能电池185.2.2 蓄电池205.2.3 太阳能电池板和蓄电池的选用215.3 太阳能供电控制电路226 系统总体电路图237 结论23谢辞23参考文献24附录125附录2261 引言随着我国国民经济的飞速发展，城市建设日新月异，城市交通问题日益严重，已成为严重影响许多大中城市发展的重点问题之一。许多大中城市政府部门每年都要投入大量的人力、物力，用以改善和解决城市交通拥挤的问题。国家已将智能交通建设列入“十五”科技规划予以重点支持。许多大中城市都在陆续申请建立城市智能交通示范基地。由于城市公共交通与小汽车相比，具有客运量大、相对投资少、占有资源少、效率高、污染相对较少、人均占用道路少等优点。据有关专家测算：“城市中公共交通的载客量为小汽车的30倍，承载着城市80以上的客运量”。“以常规公交运输占用道路面积为1计算，则运输同样多的乘客，自行车占用的道路面积为5，小汽车为15”；“按单位载客量计，它的公里耗油量、尾汽排放量等指标与小汽车相比。均优于小汽车10倍左右”。因此，近年来，各地政府领导及交通管理部门都逐渐形成这样一些共识：“发展公共交通是改善城市交通的战略选择”“解决城市交通问题必须体现优先发展城市公交的原则”。显然，大力发展公共交通，实现数字化、智能化城市公文管理，努力提高公共交通运营管理效率和社会服务水平，现已成为摆在各城市主管领导及交通管理部门面前的重要课题，它是适合中国国情的现代化大中城市发展的必然要求。本文详细地叙述了基于西门子公司的TC35i型GSM手机模块的无线LED显示的公交电子站牌的设计过程。文中探讨了利用GSM短消息作为数据传输媒介实现远程控制LED显示的电子公交站牌的可行性，给出了采用TC35i模块和STC89C516RD+单片机构成的远程控制LED显示电子公交站牌的设计方案，并详细介绍了远程控制LED显示屏的硬件组成和软件的工作流程。文章重点阐述了STC89C516RD+单片机和TC35i模块的接口、TC35i的特点和主要功能、AT指令的应用、短信PDU编解码在单片机上的实现，LED显示屏的构成等。该系统单片机STC89C516RD+通过标准串口经电平变换与TC35i模块相连，完成对TC35i模块的初始化和短消息的数据收发功能，同时使用并口与LED显示公交电子站牌相连，完成单片机与LED显示电子公交站牌的信息传递。实践证明，这种设计思想充分的使用了单片机的内部资源，有利于系统硬件的简单化，大大方便了系统硬件的设计，并很大成度的提高了系统的可靠性。2 方案论证2.1 整体方案选择方案一：基于ARM的嵌入式系统。这种方案中我们可以使用现有的操作系统（linux），在系统的基础上进行应用程序的开发。由于ARM处理器的功能强大，资源丰富，因此使用这种方案可以使系统功能近乎完美，并且由于使用了操作系统，应用程序的设计会变得简单可靠。但是这种方案成本较高，同时使用的嵌入式操作系统也会占用一部分额外的硬件资源，这样会大大的提高开支。目前情况下我们不考虑这种方案。方案二：单片机与GSM模块构成的系统。目前单片机已非常普遍，基于51内核的单片机芯片也有众多供应厂商。例如，台湾宏晶科技的STC系列，Cyganl公司的C8051系列。这些 单片机都有丰富的片上资源，一般都不需要外扩其他器件就可以构成一个完整的系统。方案三：由CPLD器件组成的控制电路，具有很高的可靠性和设计灵活性，所实现的显示效果样式较多，但采用可编程逻辑器件CPLD的设计成本相对较高。由于采用由单片机组成的控制电路已能完成设计的要求，且其性价比要优于采用由其他组成的控制电路。因此，本文的中央控制单元采用第二种方案。2.2电子显示站牌的选择根据论文的设计要求，本文提出了以下几种方案，对比论证，选取较合适的方案。（1）CRT监视器太阳能供电方案：在站牌出安装一小型彩色监视屏，将站点信息显示在CRT监视器上，供行人查阅。该系统采太阳能进行供电，站点信息放在存储器内，通过无线广播的方式进行数据更新。这种方案的优点：是成本比较低，可以采用淘汰下来的电视机作为监视器；缺点是：耗电量巨大，需要巨大的太阳能电池板来供电，另外CRT显示器在阳光下的显示效果不理想。（2）LED点阵显示屏太阳能供电方案：整个站牌由LED显示屏构成，站点信息在点阵屏幕上显示，并且可以以静态的方式固定显示站点或者以动态的方式轮流显示所有的站点，系统由太阳能供电，在雨天的时候还可以通过备用的蓄电池供电，正常的时候，太阳能电池板向蓄电池进行充电1。系统利用GSM短信模块的GSM网络将系统进行更新、升级。这种方案的优点是：成本相对比较低廉，能及时动态的显示站点信息，显示的信息容量也比较大，便于远程控制和升级。缺点是：受目前LED显示技术的限制，对于图像和视频显示的效果不是很理想。（3）液晶显示器（或者等离子）太阳能供电方案：由液晶（等离子）显示器构成站牌，不但能显示站点信息，还可以显示图象或者视频信息，系统使用太阳能进行供电，站点信息经过专用电缆或者互联网络传送。这种方案的优点是能在有限的站牌上显示更多的信息，尤其是图像和视频信息，缺点是成本太高，数据传输量巨大，不适合推广使用。通过比较上述三种方案，可以发现LED点阵显示方案有很大的可行性，而且其系统的升级也比较方便，便于推广使用，适应现代化建设的发展需求。2.3 GSM Modem的选择本设计中GSM Modem是该系统中的核心部分，正确选择合适GSM Modem将关系到整个项目设计的成败。目前GSM Modem有众多供应商提供，我们将对几种常用的GSM模块进行评估，以便选择合适的方案。（1）MZ28模块MZ28模块是中兴通讯推出的GSM无线双频调制解调器，主要为语音传输、短信发送和数据业务提供无线接口。MZ28集成了完整的射频电路和GSM的基带处理器，特别适合于迅速开发基于GSM无线网络的无线应用产品。带有人机接口（MMI）界面的应用产品内部与MZ28的通讯可通过标准的串行接口（RS232）进行。MZ28使用简单的20-PIN ZIP插座与用户自己的应用系统相连，此ZIP连接方式提供开发所需的数据通信、音频和电源等接口信号。MZ28可以作为无线引擎，嵌入到用户自己的产品当中，用户可以用单片机或其他CPU的UART口，使用相应的AT命令，对模块进行控制，达到使其产品可以轻松进入GSM网络的目的2。（2）TC35i模块TC35i是Siemens公司推出的新-代无线通信GSM模块。自带RS232通讯接口，可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。TC35i模块的工作电压为3.35.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为2w(900M)和1w(1800M)。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外，该模块还具有电话簿功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的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。TC35i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。作为TC35i的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的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语音信道编码。其它功能介绍可参见相关资料。通过对比以及资料的查找，我们发现TC35i有众多的用户，资料介绍比较全面详细。网络上也有很多电子爱好者、工程师对TC35i比较感兴趣，讨论的话题比较多，更有很多调试笔记等可以参考。因此我们考虑选用该模块，这样风险较小，成功率较高，遇到问题方便解决。3 系统结构框图根据设计要求及方案论证，系统整体电路方框图如图1所示。太阳能电源电路电源电路GSM模块接口电路LED点阵显示屏看门狗电路信息存储单元电路实时时钟电路单片机系统控制器图1 系统整体硬件电路方框图在图1所示的方框图中，单片机系统包括单片机系统、实时钟电路芯片、看门狗电路、信息存储电路、GSM模块接口电路和LED点阵显示屏构成。其中单片机系统控制器采用芯片STC89C516RD+、实时时钟电路采用芯片DS1302、看门狗电路采用STC89C516RD+内部的看门狗设置、信息存储单元电路采用芯片CY62256。GSM模块采用TC35i，TC35i带有标准的串行通信接口通过MAX232进行电平转换后与单片机进行接口。在本设计中我们的重点是进行短信息的接收与PDU解码，因此LED显示屏我们不在自行设计，而是采用市面上出售的成品LED屏幕。这样我们需要制作LED显示屏的控制部分和编写与LED显示屏通信的并口驱动程序。由于TC35i它本身就是基于URAT的串口模块，所以通过串行通信接口直接与单片机相连，但由于电平不匹配，所以单片机串口要加MAX232后才可以与TC35i通信。4系统硬件设计4.1 LED电子显示屏驱动显示电路 显示屏分成屏体和控制器两部分，屏体的主要部分是显示阵列以及有行列驱动电路。根据安装环境的空间以及考虑成本造价，决定使用多大尺寸的显示屏，从而决定了显示模块的数量，这里以88点阵为例，模块单位为256点阵，即需要16块点阵模块，如图2示。汉字一般是256点阵，那么该屏可以一次显示4个汉字。图2显示驱动电路VCC74HC15474HC59574HC595ABCDDATACLKSTR采用扫描方式进行显示时，分成两步，对于每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器，由单片机给出行选通信号，从第一行开始依次对各行进行扫描，对于列，根据各列所存数据，确定相应的列驱动器是否将该列与行接通，如果接通，那么该行该列的LED将亮，以同样方法进行显示全部各行都扫描一遍之后(一个扫描周期)，再从第一行开始，进行下一个周期的扫描。只要一个扫描周期的时间比人眼1/25秒的滞留时间短，就不会感觉出闪烁现象。显示数据从驱动芯片到显示模块是以并行方式传输的，但显示数据从单片机到驱动芯片是以串行方式传输的，由于串行传输的控制电路简单，设计容易，缺点是串行数据传输需要很长的时间，不过这可以由软件来弥补，也可考虑单片机的控制速度。显示驱动电路由74HC595组成。74HC595输入端是8位串行移位寄存器，输出端是8位并行缓存器具有锁存功能。由于CLK、LOAD端相连，而数据线分开，这样在同一脉冲下，行列的数据可以同时进行传入，行列数据准备好后，启动LOAD信号使所有数据同时输出并锁存，这样的设计较之传统方法提高了4倍的速度，占用I/O口少，由于CLK， LOAD引线较长，为避免线间干扰，在驱动6片74LS595之后再加驱动芯片74LS5244以驱动下一级驱动电路。LED显示屏驱动电路的设计，与所用控制系统相配合，通常分为动态扫描型驱动及静态锁存型驱动二大类3。以下就动态扫描型驱动电路的设计为例为进行分析：动态扫描型驱动方式是指显示屏上的4行、8行、16行等n行发光二极管共用一组列驱动寄存器，通过行驱动管的分时工作，使得每行LED的点亮时间占总时间的1/n，只要每行的刷新速率大于50Hz，利用人眼的视觉暂留效应，人们就可以看到一幅完整的文字或画面。常规型驱动电路的设计一般是用串入并出的通用集成电路芯片如74HC595或MC14094等作为列数据锁存，以8050等小功率NPN三极管为行驱动，而以达林顿三极管如TIP127等作为行扫描管。如动态扫描型驱动方式是指显示屏上的4行、8行、16行等n行发光二极管共用一组列驱动寄存器，通过行驱动管的分时工作，使得每行LED的点亮时间占总时间的1/n，只要每行的刷新速率大于50Hz，利用人眼的视觉暂留效应，人们就可以看到一幅完整的文字或画面常规型驱动电路的设计一般是用串入并出的通用集成电路芯片如74HC595或MC14094等作为列数据锁存，以8050等小功率NPN三极管为列驱动，而以达林顿三极管如TIP127等作为行扫描管。如以单色点阵、16行64列为一个基本单元，则需用8片74HC595、16个行扫描管，其工作原理为：将八片74HC595级连，共用一个串行时钟CLK及数据锁存信号STR。当第一行需要显示的数据经过88=64个CLK时钟后将全部移入74HC595中，此时产生一个数据锁存信号STR，使数据锁存在74HC595的后级锁存器中，同时由行扫描控制电路产生信号使第一行扫描管导通，相当于第一行LED的正端都接高平，显然第一行LED管子的亮、灭取决于74HC595中所锁存的信号；在第一行LED管子点亮的同时，在74HC595中移入第二行需要显示的数据，随后将其锁存，并同时由行扫描控制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行，使第二行LED管子点亮以此类推，当第十六行扫描过后再回到第一行，只要扫描速度足够高，就可形成一幅完整的文字或图像，其工作时序见图3。DATACLKSTR图3 串行移位工作时序图4.2 显示屏主控制电路在控制领域51系列、PIC系列以及AVR系列单片机是常用的微型控制器，每个系列都有自己的优缺点，在某些方面都有自己的长处。在具体的设计当中要综合考虑，如单片机的资源是否满足系统要求，系统是否有严格的速度要求，系统对控制器的抗干扰能力，硬件的加密性，外围电路是否简单，是否有比较齐全的成熟的开发、调试工具，如果要生产的话，则还要考虑价格和供货渠道等因素。4.2.1 控制器的比较及选型PIC系列单片机：PIC单片机采用精简指令使其执行效率大为提高。PIC系列8位CMOS单片机具有独特的RISC结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线（Harvard）结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比，可以达到2:1的代码压缩，速度提高4倍。PIC有优越开发环境。PIC在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至220V交流电源，可直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性5。AVR系列单片机：是一种新型的单片机。运行速度快，一个时钟周期执行一条指令。硬件应用哈佛(Harvard)结构，具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行。AVR单片机是多累加器型，数据处理速度快。超功能精简指令，具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行。相当多的单片机只有一个累加器，就像一条独木桥，所有事都要通过累加器，速度慢。AVR单片机系列中有128B4KB的SRAM静态随机数据存储器，可灵活使用指令运算、存放数据，中断响应速度快。AVR像8051一样，有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。高级C语言编程效率高。从高级语言C代码完成同一任务实例来比较，8 MHz AVR单片机的速度相当于24 MHz的80C51单片机，AVR比80C51快28倍。AVR是低功耗单片机，具有休眠省电功能(Power Down)及闲置(Idle)低功耗功能。一般耗电在12.5 mA；对于典型功耗情况，WDT关闭时为100 nA，更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8 V即可工作。可多次烧写的Flash，且具有多重密码保护锁死(Lock)功能。I/O口功能强、驱动能力大，具有输入/输出、三态高阻输入，也可设定内部拉高电阻作输入端的功能，以便于应用到各种所需的场合(多功能I/O口)。51系列单片机：51系列是指是兼容Intel公司51指令集的单片机系列的统名称。这种单片机所包括的硬件资源有：（1）一个8位的微处理器；（2）片内数据存储器RAM，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以欲显示的数据等；（3）片内程序存储器ROM/EPROM，用以存放程序、一些原始数据和表格；（4）四个8位并行I/O接口P0P3，每个口可以用作输入，也可以用作输出；（5）两个（或三个）定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制；（6）五（或六个）个中断源的中断控制系统；（7）一个全双工UART接口（通用异步接收发送器）的串行I/O，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；（8）片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容须要外接。可以看出MCS-51系列单片机也是一款功能强大的单片机。STC89C51RC/RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/ 高速/ 低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟 / 机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。特点如下：（1）.增强6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU；（2）工作电压：5.5V3.4V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）；（3）工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz实际工作频率可达48MHz；（4）用户应用程序空间4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字节；（5）片上集成1280字节/512字节RAM；（6）通用I /O口（32/36个）复位后为：P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉（普通8 051传统I /O口），P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I /O 口用时，需加上拉电阻；（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片；（8）EEPROM功能；（9）看门狗；（10）内部集成 MAX810 专用复位电路（D 版本才有），外部晶体 20M 以下时，可省外部复位电路；（11）共3 个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用；（12）外部中断4路,下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；（13）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；（14）工作温度范围：075/40+85；（15）封装：PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。从以上几种型号单片机的比较中可以看出，PIC单片机、AVR单片机虽然在很多方面都有其特点，如在运行速度上，内部资源的配置等。但因其价格高，开发工具不及使用51系列单片机齐全，再考虑本系统对CPU的要求并不是很高，综合考虑还是选用已经普及的51内核的单片机。4.3 存储电路4.3.1 存储电路芯片介绍CY62256是一种32K的高集成度的RAM，采用单一+5V电源供电，双列直插式28引脚SOIC封装，它存储容量大、集成度高、成本低，具有灵活的读写性和较好的数据非易失性等特点，其芯片的引脚排列如图4所示。图4CY62256芯片引脚排列功能引脚：A0A15 16位的地址输入端口； I/O0I/O7 8位输入和输出端口； CE 地址锁存使能端，用来控制锁存器； WE、OE 读写选通信号端，（低电平有效） VCC、GND 电源引脚74HC373三态输出的八路D透明锁存器，双列直插式SOJ-20封装，用于暂存数据信息的作用，其芯片引脚排列如图5所示。功能引脚：LE 锁存器使能输入端； OE 三态允许控制端（低电平有效）； D0D7 数据输入端； O0O7 输出端； VCC、GND 电源引脚。图5 74HC373芯片引脚排列4.3.2 存储电路在控制系统中，采用SoC型STC系列宏晶单片机STC89C516RD+同时扩展RAM用于存放与显示屏对应的要显示的128B数据以及从GSM模块读取的信息。为了增大存放数据的容量，本设计采用了CY62256（32KB）进行数据的存储。它有15条地址总线，其中低8位地址由P0口经74HC373锁存器后提供，而且也作为8位数据I/O，高8位地址由P2口提供。存储电路原理图如图6所示。图6 存储电路原理图从电路图中可以看出单片机与输出锁存器和存储器之间的接口很简单，采用了总线的传输方式，这种输出锁存器可以应用于任何需要额外数字输出的环境中。CY62256的地址输出被用来驱动74HC373锁存器使能输入端LE（Latch Enable）。只要处理器访问那些分配给这种设备的存储区域，那么地址解码器将会触发锁存器以获取数据总线上的信息。因此，处理器会把一个字节的信息写入到锁存器地址区域中的任意地址上，接着这一字节的信息便会被输出到LED组。采用动态扫描方式，用74HC373三态输出的八D透明锁存器进行16行的逐行扫描，利用人眼的视觉暂留效果，在显示屏上可以减少发热量，而且可以节省I/O资源。4.4 实时时钟电路在本系统中需要显示当前的日期、时间提示，因此我们使用一个时钟芯片，用来提供年、月、日、星期、小时、分钟等信息内容。我们选用DALLAS(达拉斯)公司生产的时钟芯片DS1302，外形图如图7所示。图7 DS1302外形及管脚分布DS1302 是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态 RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：（1）RES（复位），（2）I/O（数据线），（3）SCLK（串行时钟）。时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低 保持数据和时钟信息时功率小于1mW。双电源管脚用于主电源和备份电源供应，如图8所示。图8 实时时钟电路从图中可以看出X1、X2连接32.768MHZ的晶体振荡器，用来产生DS1302的片外振荡脉冲，BT1脚连接一块纽扣的电池作为备用电源，SCLK、I/O、RST脚接单片机，运用单总线方式控制。4.5 STC89C516RD+单片机内部看门狗的使用STC89C516RD+单片机通过向特殊功能寄存器WDT_CONTR写入指定的数据，来启动或复位内部看门狗。WDT_CONTR寄存器的各位及其功能如表1所示6。表1 WDT_CONTR寄存器MnemonicADDName76543210Reset ValueWDT_CONTRE1hWDT control register-EN_WDTCLR_WDTIDLE_WDTPS2PS1PS0XX00,000表中各位描述：（1）EN_WDT 看门狗允许位，当设置为“1”时，看门狗启动。（2）CLR_WDT看门狗清“0”位，当设置为“1”时，看门狗重新计数，硬件将自动清“0”此位。（3）IDLE_WDT 看门狗“IDEL”模式，当设置为“1”时，看门狗定时器在“空闲模式”计数。当该位清“0”时，看门狗计数器在“空闲模式”不计数。（4）PS2、PS1、PS0 看门狗定时器预分频设置控制位。看门狗预分频值如表2所示。看门狗溢出时间计算。看门狗溢出时间=（NPre_scale32768）/Oscillator frequency，例如，当系统晶振频率为12MHz，12时钟模式，则看门狗溢出时间= （12Pre_scale32768）/12000000。了解了看门狗定时器特殊功能寄存器各位的功能，我们就可以使用汇编语言或者C语言来操作该寄存器。下面是使用C语言操作单片机内部看门狗的子程序。表2 看门狗定时器预分频值PS2PS1PS0预分频（Pre_scale）看门狗定时器溢出时间（ms）（12MHz晶振，12时钟模式）000265.50014131.00108262.101116524.2100321048.5101642097.11101284194.31112568388.6void Reset_Wdt(void)WDT_CONTR = 0x3f; /复位看门狗void Init_Wdt(void)WDT_CONTR = 0x3f; /看门狗初始化，使用12MHz晶振，设置为256分频，溢出时间大约5.46 s有了这两个子程序，在使用STC89C516RD+的内部看门狗的时候，在程序的开始处调用Init_Wdt函数，然后在主程序的适当位置调用Reset_Wdt函数就可以实现启动以及复位看门狗。一旦程序跑飞或者死机，在规定的时间内（例如本程序中的5.46s）没有调用Reset_Wdt函数，看门狗计数器就会溢出，同时发复位信号给单片机，重新启动系统。4.6 TC35i模块AT指令及中文短信息的收发4.6.1单片机与TC35i的硬件接口单片机与TC35i是通过标准串口进行数据交换的。因此只需要使用一根串口通信电缆（DB9）连接单片机的串口与TC35i的串口即可。单片机与TC35i的通信电缆连接方式如图9所示。单片机与TC35i的波特率都设置为9600bit/s、8位数据位、1位停止位、无校验位。图9 单片机与TC35i的连接方式4.6.2AT指令介绍单片机与TC35i通讯实现任何功能都是通过向TC35i发送AT指令来实现的。在TC35i的用户手册中用来操作TC35i的AT指令非常繁多，但常用的指令并不是很多。表3列出了常用的AT指令。表3 常用AT指令AT指令功能描述AT联机命令AT+CSQ查询信号质量AT+CREG?查询注册状况AT+IPR设置串行通信的波特率AT&V显示GSM模块当前的一些设置AT+CMGF设置短信编码格式 1-Text格式，0-PDU格式AT+CNMI选择短消息到来时系统的提示方式AT+CMGR读取一条短消息AT+CMGL将SIM卡中存贮的短消息列表AT+CMGS发送短消息AT+CMGD删除一条短消息4.6.3单片机发送AT指令的程序设计单片机与GSM模块（TC35i）的软件接口其实就是单片机通过发送相关的AT指令对GSM模块进行操作的技术。如设置短信息的编码方式、读取手机的短信息内容、删除短信息内容、列出手机中还未读的短消息等。执行1条指令，并非某些资料介绍的那么简单，事实上，指令的执行过程需要单片机与手机交互应答完成，每一次发送或接收的字节数都有严格的规定，二者必须依据这些规定实现数据交换，否则，就会出现通信失败。需要重点说明的是，所有AT指令的指令符号、常数、PDU数据包等都是以ASCII编码形式传送的。比如“A”的ASCII编码为41H，“T”的ASCII编码为54H，数字“0”的ASC编码为30H等。单片机通过串口向手机发送每一条指令后，必须以回车符作为该条指令的结束，回车符的ASCII编码为0DH。例如，单片机向手机发送“AT+CMGF=0”这条指令，其ASCII编码序列为“41H、54H、2BH、42H、4DH、47H、46H、3DH、30H、0DH”，最后一个字节“0DH”就是回车符，表示该条指令结束，如果没有这个回车符，手机将不识别这条指令。当手机接收到一条完整的AT指令后，手机并不立即执行这条指令，而是首先把刚才接收到的AT指令的全部ASC编码序列全部反发送出来(含0DH)，其次发送1个回车符和换行符的ASC编码即0DH和0AH，最后执行该条指令。例如发送“AT+CMGF=0”这条指令给GSM模块，如果通信成功，则GSM模块返回“AT+CMGF=0 OK”，即单片机接收到的数据是该字符串的ASCII码“41H 54H 2BH 43H 4DH 47H 46H 3DH 30H 0DH 0DH 0AH 4FH 4BH 0DH 0AH”这表示该条指令已经被成功的执行。遵循以上的AT指令执行原则，通过单片机发送一条AT指令到GSM模块的C语言程序如下：INT8U code Command_At3 = ATr;/Send AT/* 函数名称: AT_Send* 功能描述: 发送AT联机命令，通信正常返回ok* 输入: 无* 输出: 无* 全局变量: 无* 调用模块: Start_timer2,Uart_send,Close_timer2, deal_with_error*/void AT_Send(void) INT8U i, error_counter;error_counter = 0;Serial_Inter_Close();while(1) TI = 0; RI = 0;for(i = 0; i 9; i+)reci = 0x00;Start_timer2();/用定时器2做超时处理，在其他子程序中使用功能相同 Uart_send(Command_At,3);for(i = 0; i 9; i+)while(!RI);reci = SBUF;RI = 0;Close_timer2();if(rec5 = O&rec6 = K) break;/返回ok说明通信成功else if(error_counter+5) /否则延时重发Delaytx100ms(10);else deal_with_error();Serial_Inter_Open();Delaytx100ms(10); RI = 0;这个子函数的功能是向GSM模块发送“AT”这条联机命令，通信正常则返回“OK”。如果要发送其他AT指令，则只需要在程序的开始定义该条指令，例如要发送“AT+CREG?”，在头文件中需要定义INT8U code Command_Creg9 = “AT+CREG?r”；其中指令末尾的“r”是回车符。4.7 中文短信息的收发4.7.1 PDU模式及中文短信息的编码短信收发的编码格式一共有三种：Block模式, Text模式和PDU(protocol description unit)模式。其中Block Mode已经逐渐被淘汰，目前很少用了。Text Mode是纯文本方式，可使用不同的字符集，从技术上说也可用于发送中文短消息，但国内手机基本上不支持，主要用于欧美地区。PDU Mode被所有手机支持，可以使用任何字符集，这也是手机默认的编码方式。Text Mode比较简单，而且不适合做自定义数据传输，我们就不讨论了。下面介绍的内容，是在PDU Mode下发送和接收短消息的实现方法。PDU串表面上是一串ASCII码，由“0”-“9”、“A”-“F”这些数字和字母组成。它们是8位的十六进制数，或者BCD码十进制数。PDU串不仅包含可显示的消息本身，还包含很多其他信息，如SMS服务中心号码、目标号码、回复号码、编码方式和服务时间等。发送和接收的PDU串，结构是不完全相同的。我们先用两个实际的例子说明PDU串的结构和编排方式。例1，发送一条PDU格式的中文短信息，地区的SMSC号码是（短信中心号码）+8613800371500，目标号码+8615939026810，短信息内容是“你好！”，则从单片机发送到GSM模块的PDU串可以是“0891683108301705F011000D91685139096218F0000801064F60597DFF01”，如果使用默认的短信中心号码则PDU串可以是：“0011000D91685139096218F0000801064F60597DFF01”。对照PDU编码的规范，各段含义如表4所示。例2，接收一条短信息，SMSC号码是（短信中心号码）+8613800371500，对方号码是+8615893810886，则从GSM模块读取的PDU串为：“0891683108301705F0240D91685198830188F6000880401001156423064F60597DFF01”，表5列出了对该PDU串的详细解释。表4 发送PDU串分析分段含义说明08SMSC短信中心地址长度共8个8 位字节包含9191SMSC地址格式用国际格式号码（在前面加“+”）683108301705F0SMSC短信中心号码8613800371500字节翻转后补“F”凑成偶数个11基本参数（TP-MTI/VFP）发送TP-VP，用相对格式00消息基准值（TP-MR）00D目标号码长度共13个十进制数（不包含91，“F”）91目标地址格式用国际格式号码（在前面加“+”）685139096218F0目标号码8615939026810，补“F”凑成偶数个00协议标示（TP-PID）普通GSM类型，点对点方式08用户信息编码方式（TP-DSC）8bit编码01短消息有效期（TP-VP）(VP+1)*5分钟06用户信息度（TP-UDL）实际长度6个字节4F60597DFF01用户信息（TP-UD）“你好！”Unicode编码表5 接收PDU串详解分段含义说明08SMSC短信中心地址长度共8个8 位字节（包含91）91SMSC地址格式用国际格式号码（在前面加“+”）683108301705F0SMSC短信中心号码8613800371500字节翻转后补“F”凑成偶数个24基本参数接收、无更多信息、有回复地址0D对方号码长度共13个十进制数（不包含91，“F”）91地址格式用国际格式号码（在前面加“+”）685198830188F6对方号补“F”凑成偶数个00协议标示（TP-PID）普通GSM类型，点对点方式08用户信息编码方式（TP-DCS）Unicode编码80401001156423时间戳（TP-SCTS）08-04-01 10:51:46 时区2306用户信息长度实际长度6个字节4F60597DFF01用户信息内容“你好！”从以上两个表格中内容我们可以看出：（1）若基本参数的最高位(TP-RP)为0，则没有回复地址的三个段。从Internet上发出的短消息常常是这种情形。（2）SMSC号码、手机号码和时间的表示方法，不是按正常顺序顺着来的，而是按照先存放地位字节后存放高位字节的规则形成的，而且要加“F”将奇数补成偶数。在PDU模式中，可以采用三种编码方式来对发送的内容进行编码，它们是UTF7、UTF8和UCS2编码。（1）UTF7编码用于发送普通的ASCII字符，它将一串7位的字符(ASCII码表示形式)编码成8位的二进制数据，每8个字符可“压缩”成7个，UTF7处理 ASCII 字符的时候需要做“补位”处理。补位规则:将后一字节的从尾取位补在前一字节的头，补满8位。（2）UTF8编码通常用于发送数据消息，比如图片和铃声等。（3）如果发送中文字符，则采用UCS2编码方式，每个中文字符用16位二进制数据的Unicode字符编码方式表示，如果是中英文混合的短信，由于英文字符只占1字节，需要补0，成为16位的编码。例如，“你好！”的Unicode编码为4F60597D0021，其中“！”的ASCII码为21H，编码后为0021H。5太阳能供电控制电路5.1 系统设计方框图太阳能供电的电源设计系统设计方框图如图10所示。主要有太阳能电池板，阻塞二极管，防过充保护，防过放保护，蓄电池，稳压电路和点阵显示屏组成。太阳能电池板是整个电源的核心部分，它既要给整个点阵屏供电，还要同时给蓄电池供电。太阳能电池方阵一般由多块太阳能电池组件串并联而成，每个支路通过阻塞二极管、充电控制器并联向蓄电池充电。太阳能电池方阵分为若干个子阵列，每个阵列由一个电子开关控制。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。防过放保护太阳能电池板防过