基于GSM的远程泵站毕业设计论文.doc

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸毕业设计论文基于GSM的远程泵站毕业设计摘 要我国移动通信的发展已经步入一个高速增长的时期，短信息作为GSM系统中最为简单和方便的数据通信方式，其业务和应用正得到非常迅猛的发展。利用现有的GSM网络短消息业务实现远程通信，应用到远程电机（泵机）监控，有分布范围广、可不定时动态监控的特点。基于将最新通讯技术融合到传统产业中的考虑，综合计算机、无线数据通讯、自动化控制等技术，作者成功实现了以GSM短信息平台作为一种数据传输通道，可不定时动态监控与数据采集系统，该系统具有用户投资小、运营费用少的优点。对于解决监控采集点、实时性要求较低的监控与数据采集任务，本系统具有无可比拟的优势。论文主要由绪论、系统硬件设计、TC35模块的外围电路设计及短消息的实现、电机（泵机）采集转速模块的设计、电机电压和电流的采集模块的电路设计、而且增加了PID调控电机速度的功能，整体系统的功能实现及软件编程的设计六部分内容组成。本人设计出一个基于短消息的无线传输与采集系统结构，将短信模块与单片机结合，完成了远端单片机数据采集、通讯、监控中心数据接收、控制与计算机接口通讯等相关技术的实现，论文对模块的软件实现作了全面的描述，总结了所研究系统的实用性，并提出了对之进行完善与扩充的研究方向。关键词： 远程监控；无人值守泵站；GSM；短消息；AT指令AbstractThe development of the mobile communication in our country is a step period of fast enlargement. Short message can be a simple and convenient menas of data communiaction.Its business and application are developing very quikcly and widely. Use of the existing GSM network SMS for remote communication, application to remote motors (pumps) monitoring, a wide distribution, from time to time dynamic monitoring features.The writer synthesizes the technology of computer，write less data communica- tion,automatic contorl，ect.，based in the traditional industry，and implements a data transmission channel using GSM short message platofm，which can meet the requirement of monitoring and data collection.It is also a monitoring collection system with the features of low invesmtent and low management cost as well. This system has advantages compared with other systems that should meet the requirements as monitoring collection point，and non-strict demand for real-time.Thesis from the introduction, system hardware design, TC35 module, the external circuit design and implementation of short messages motor (pumps) acquisition speed module design, the electrical voltage and current acquisition module circuit design, and increased motor speed PID control function, the overall function of the system implementation and software programming design is composed of six parts.We designed a short message-based wireless transmission and collection system structure, the SMS module and microcomputer with the completed remote microcomputer data acquisition, communication, data monitoring center to receive, control and computer interface, communication and other related technical realization, the paper made the software implementation of a comprehensive description, summary of the practicability of the system under study, and were made on the improvement and expansion of research.Key words：Remote monitoring; Unattended pumping station; GSM; Short message; AT command目 录引言11绪论21.1公共通信网络GSM的特点21.2本课题的主要内容31.3本课题的研究意义32系统设计方案及相关技术42.1硬件设计原则42.2系统总体结构设计52.3系统硬件设计62.3.1主控单元72.3.2复位电路82.3.3测速模块92.3.4电机控制模块102.3.5RS-232串口通信132.3.6串口信号线的接法163GSM模块183.1TC35的控制简介183.2AT指令的介绍183.2.1AT 命令形式及返回形式183.2.2收发短信及相关操作AT 命令193.2.3TC35短信模式203.2.4TC35初始化过程203.2.5使用AT 命令实现收发短信213.2.6实现短信发送的三种方式：234单片机与GSM模块通过串口通信的协议内容245设计制作电路板256结论26谢 辞27参考文献28附 录1系统设计原理图29附 录2系统设计的PCB图30附 录3程序31 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第43页 共43页引言现代世界是一个高度自动化的世界，各式各样的设备都可以和计算机作联机，而最简单的自动化联机方式就是使用串行接口通信。由于硬件上操作简单，功能上易于扩展，这几年来，它不仅没被取代，反而成为计算机与调制解调器或其它媒体相连的管道，使计算机可以与更外围的设备沟通，从而造就高速的信息流时代。过去，要实现对远端设备的监控和操作一般利用有线的方式，比如电话。这种方法往往成本较高而且并不方便。现在，随着第二代移动通信向第三代的迅速过渡，以GSM网为平台的各种业务的不断拓展，利用无线上网，无线传输图像，物像传输数据和话音业务等，都得到越来越广泛的应用。尤其是刚开通不久的短消息业务，一问世就因其低廉的价格。可靠的传输性能得到广大用户的青睐。因此，将计算机串口通信同短消息业务相结合，利用GMS公用网进行远端监控已成为数据通信业务的一个新的热点。早在1997年就出现了将GMS与计算机网络相结合的系统，它具有导航、调度、管理、监控、防盗、防抢、救助等功能，能够很好地满足生产、监控系统的管理以及报警、求助的需要。为了实现远程监控，从机与监控中心之间的通信联系是必不可少的。但由于远程监控系统的特殊性，无线通信是最佳的通信方式。从系统对频率资源的利用及系统组网方式的角度来讲，监控系统所用的通信方式有以下几种：固定频率通信方式、集群移动通信方式和蜂窝移动通信方式。其中前两种分别采用单一频率和共用频率进行通信，实践证明，均有一定的缺陷，而蜂窝移动通信方式的核心概念就是频率复用，即多个用户共用一组频率，同时，多组用户在不同的地方仍可以使用该组频率进行通信，从而大大提高了频率的利用率。目前蜂窝移动通信己经从第一代FDMA方式的模拟体制经过第二代TDMA方式发展到第三代CDMA方式的数字体制。目前DCMA通信网还处在发展阶段，用户也非常有限，因此，组建远程监控系统使用最广泛的是以TDMA方式为核心的GMS蜂窝网。GSM蜂窝网系统集中了现代信源编码技术，信道编码、交织、均衡技术，数字调制技术、话音编码技术以及慢跳频技术，同时在系统中引入了大量的计算机控制管理。GSM系统提供多种电信服务，包括话音、电文、图像、传真、计算机文件、短消息等，它具有高频谱效率、安全性、稳定性好，以及集成度高，容量大(GMS用户量比模拟蜂窝系统用户量多10倍以上)，开放性的接口，抗噪声性能强，覆盖范围广等特点。鉴于GSM蜂窝网的上述优点，以及短消息服务的经济实惠，故非常适于远程监控系统的数据传输。1 绪论1.1 公共通信网络GSM的特点GSM(Global system flor Mobile Communication)系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟、最完善、应用最广的一种系统。GSM系统集中了现代信源编码技术、信道编码、交织、均衡技术、数字调制技术、话音编码技术以及慢调频技术，同时在系统中引入了大量计算机控制和管理，因而保证了数据传输的正确性、安全性和可靠性。我国目前已经建成覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，提供多种业务，主要包括：话音业务、短信业务、数据业务。GSM短消息业务分为两种：点对点短消息和短消息小区广播业务。目前短消息小区广播业务还没有完全开放。点对点短消息业务能够使GSM网络的用户可以接收或发送有限长度(不超过140个字节)的数字或文字信息，短消息的收发不影响通话。GSM的短消息业务利用信令信道传输，是GSM通信网络特有的，它不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发送给最终的信宿。并且，如果传送失败，被叫方没有回答确切消息。网络会保留所传消息，当发现被叫方能被叫通时消息能被重发，以确保被叫方准确接收。短消息的收发不影响通话，而且通信费用最低。“基于GSM短消息的城乡水环境监测系统”正是一个基于GSMSMS的应用系统。GSM模块是继GMS手机外又一种非常重要的GMS移动通信系统的终端设备。它是传统调制解调器与GSM无线移动通信系统相结合的一种数据终端设备。它的出现给GsM的发展注入了新的活力，改变了传统的以话音为主的通信手段，打开了GSM网络数据通信及其应用的大门。所以在应用上，凡是使用调制解调器的地方大多数可以用GMS模块代替。由于调制解调器必须通过PSTN或其他专用通信网进行通信，因而受地域、线路等影响，在应用上有很大的局限性。而GSM模块则无此限制，所以基于这种模块，以GMS网络作为无线传输网络，可以开发出各种前景极其乐观的各类应用，如GPS/GMSS(MS)移动车辆监控定位系统、移动POS机、移动收费系统、移动性数据和Internet接入等。因此，近年来基于公共网络的通讯手段在工业远程监控中得到初步应用，这些远程通讯手段包括公共电话网、Internet网络等。这些远程通讯方法具有投资少、免维护、成本低、可靠性高等特点，在一些对操作和监控的实时性要求不高的情况下具有很高的性价比。但在一些场合下，如无人值守变电站、热电厂的小区热表、农网中的一些运动开关等，应用上述的有线通信方式是很不经济的。随着手机应用资费的不断下调及其通信网络的不断完善，应用手机短消息(SMS)来进行远程监控具有很广阔的应用前景。1.2 本课题的主要内容本文是建立在实际的调查研究基础之上，首先收集并分析相关技术资料，综合考虑通信技术发展、远程泵站控制终端系统特点的基础上，提出综述性技术解决方案，为系统研发做好必要的准备工作。本系统的主要功能有：(1)泵机转速的采集；(2)工作状态电压和电流的AD采集；(3)根据设定时间，定时自动给控制中心发送实时数据；(4)根据控制中心的需要，随时发送实时数据包括泵机转速、电压、电流数据；(5)实时检测控制中心是否有命令下发，根据收到的命令控制泵机开关，并且扩展了调速功能，能够进行远程调速。1.3 本课题的研究意义随着GSM移动电话业务在中国蓬勃发展，网络覆盖全国。数字蜂窝移动通信(GSM)是我国目前覆盖面最广、功能最强、用户最多的移动通讯系统。GSM短消息系统以其快捷方便而且廉价的特点拥有广泛的用户。目前GMS短信息已经和Internet融合。远程泵机设备在运行中转速、工作电流、工作电压的监控尤为重要，如果工作异常要求工作人员采取适当的措施进行矫正。如果人为进行测定，既不能保证数据的实时性，也不能确保数据的精确性。如果数据的传输部分加装GSM短信息模块，便可以解决困扰整个设备要求的实时性的问题。系统和GSM公用网结合，充分利用GMS网覆盖面广、运行可靠、抗干扰能力强等优点，可实现远程实时监测，并且有很大的扩展余地，实现实时远程数据自动抄表、用户实时查询，以及报表的自动统计与生成、同时还可附加其他多种管理功能。利用GSM公用网组成的传输系统，在系统可靠性、抗干忧性、稳定性、可维护性、功能扩展性等方面均具备明显的优越性，并可降低运营成本和劳动强度。2 系统设计方案及相关技术根据系统的功能要求和设计原则，系统主要由数据采集部分、下位机、通信部分、上位机等组成。硬件设计主要包括硬件选型和电气设计。2.1 硬件设计原则系统设计时应遵循以下几条原则；1完整性原则从系统论的观点来看，若要使系统发挥其应有的作用，系统必须完整。因此在对本系统进行设计时，首先要考虑系统的完整性，否则在安装和使用时就会出现这样或那样的问题，并带来许多不必要的麻烦。最好使设计好的系统的性能略高于实际要求，按这样设计的系统扩展性较好。2可靠性原则可靠性原则考虑的是设计好的系统能否可靠地工作，即系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。能否满足重要场合下的可靠性要求、是否进行冗余配置。对计算机辅助检测系统来说，无论其在原理上如何先进、功能如何全面、精度如何高级，但如果可靠性差，故障频繁，不能长期可靠的正常运行，则该系统就没有使用价值。因此系统的可靠性设计应该贯穿整个设计和制造过程中。3发展性原则发展性原则有两个重要内涵：一个就是留有发展余地，在作系统配置时，要考虑系统的规模增大了怎么办?第二个就是要选择技术寿命长，维修及部件的补充比较方便的系统。4经济性原则为了获得较高的性能价格比，在进行系统设计时并不是一味的追求复杂的高级方案，在满足性能指标的前提下，尽可能采用简单实用的方案。由于本系统是专用的控制设备，决定系统造价的主要是研制成本，所以尽可能选用成熟的控制方法和设备，降低研制成本。5开发周期短对于这个发展速度越来越快的社会，时间就是金钱，所以要尽量缩短开发周期，尽早让系统投入正常运行，以期获得较高的经济效益和社会效益。6操作维护方便在系统总体设计时应考虑到操作维护方便，使系统易学易用，降低对操作人员的专业知识要求，努力做到使用户无须专门的训练，就能很快地掌握本系统的使用方法。当设备出现故障将要造成停机，如不能迅速维修，必然产生较大的损失，因此控制系统不仅要求可靠，而且一旦出现故障必须能维护方便，保证测试系统连续运行。2.2 系统总体结构设计从总体构成来讲，此项目是一个一对多双工通信系统，即多个分布于远距离的现场环境检测点的下位机与单个位于中心站的上位机之间进行通信。现场检测单元为下位机，监控中心作为上位机，通信信道为公用的无线移动通信系统GSM(PSTN与DDN为备用信道)，各现场检测单元分散于现场环境检测点上，负责完成现场环境测量数据采集与传送，监控中心负责管理各下位机传送来的数据，进行保存、分析、处理及打印报表，并且能够通过GSM将数据转发到更上一级的监测中心。系统由现场检测单元(下位机)和监测中心(上位机)组成，系统组成如图1所示嗍。为了提高通信的可靠性，系统在现场检测单元(下位机)和监测中心(上位机)均配置了远程控电话通信或DDN数字数据网作为备用信道。GSM主信道的重发次数设定为三次，第一次发送不成功时自动发送第二次，直到三次发送都不成功时，系统才认为通信失败。监测中心(上位机)在规定的时间收不到某现场检测单元(下位机)的信息时则会自动启用备用信道即 信道或DDN信道补测数据。如果是监测中心(上位机)的随机加报和人工发报，由于加报时间没有一定的规律性，是随机发生的，现场检测单元(下位机)和监测中心(上位机)之间没有任何约定，当GSM主信道通信失败时，监测中心(上位机)本身会自动切换到PSTN或DDN备用信道发送。简单来说，在判断是否启用备用信道这个问题上，由监测中心(上位机)做出判断。本系统也同样分为设在现场的现地控制单元(下位机)和设在控制中心的集控层(上位机)和GSM通信网络组成。在现场的现地控制单元中，STC12C2052AD单片机是整个控制器的核心。通过软件编程实现数据的采集、计算、传输、逻辑控制等功能。STC12C2052AD单片机与GSM调制解调器(Modem)之间使用RS232转换的适配器连接，通过Modem可以在GSM网络平台上收发短消息，从而向控制中心发送数据或接收来自控制中心的命令。另外，STC12C2052AD单片机通过测速模块和其自带的AD模块来采集现场的电源监视、电机（泵机）转速等信息；将收集到的数据结果发送到集控层。其次，作为集控层，可以由控制中心和手机配合GSM Modem组成。集控层与现地控制单元之间通过GSM短消息进行通讯。也可以在手机里预存一些命令，在需要时发送给，从而了解现场情况。而配置了计算机和Modem的控制中心，通过软件编程，来收发短消息，从而实现对泵站的控制。同时，可以将数据存入数据库，形成历史数据库，便于统计查询。遥测站是指分布于各处的测量站点。在本系统中即设置在两个泵机上，能够实现遥测电机转速，并能监测工作电压以及电流，并可通过GSM Modem向控制中心或工作人员手机发送泵机信息，也可接收来自控制中心或工作人员手机的指令信息块和数据处理模块及GSM Modem组成，能够实现泵机数据的采集、计算、存储，并可通过GSM Modem向控制中心或工作人员手机发送泵站信息，也可接收来自控制中心或工作人员手机的指令信息。每个遥测站点的GSM Modem都配有一个独立的SIM卡号，以此进行各个测量站点的区分。图 21 系统的基本结构控制中心由装有控制管理软件的PC机和GSM Modem组成如图 21，安装在泵机组控制站或值班室。控制中心能够通过GSM Modem与遥测站进行无线短消息通信，实现数据的无线远程实时传输，并对水位与闸门信息进行存储、显示、统计、分析等整编处理。2.3 系统硬件设计整个系统由：主控单元、测速模块、电机控制模块、串口通信模块、电压采集模块及GSM模块构成。够过对电机的控制采集电机的速度和电压等信息，并将信息通过GSM模块发送给PC机的GSM模块，PC软件将对信息进行处理，实现基于GSM的远程电机信息采集及控制。2.3.1 主控单元图 22 系统总设计图图 23 STC12C2052AD原理图主控单元采用STC12C2052AD单片机如图 23。选取STC12C2052AD单片机的理由很简单，他性能强大，高速、高可靠、宽电压、低功耗、超强抗干扰、无法解密，经济实惠。高速：1 个时钟/ 机器周期，RISC 型CPU 内核，速度是普通8051的12 倍；宽电压：3.45.5V，2.03.8V（STC12LE2052AD 系列）；低功耗设计：空闲模式，掉电模式（可由外部中断唤醒）；工作频率：035MHz，相当于普通8051：0420MHz；时钟：外部晶体或内部R C 振荡器可选； 512/1K/2K/3K/4K/5K 片内Flash 程序存储器，擦写次数10 万次以上； 256 字节片内RAM 数据存储器；芯片内E2PROM 功能； ISP / IAP，在系统可编程； 2 个模拟比较器； 8 通道高精度8 位ADC； 2 通道捕获/ 比较单元（CCU/PCA/PWM），提供PWM 功能； 2 个硬件16 位定时器，兼容普通8051 的定时器；硬件看门狗（W D T ）；高速SPI 通信端口；全双工异步串行口(UART),兼容普通8051 的串口；先进的RISC 精简指令集结构，兼容普通8051 指令集；网上购买仅需4元，关键其中自带包括的AD采集功能是本课题所需要的。如图 23中本系统应用到的引脚在下面小节中继续介绍：2.3.2 复位电路图 24 RST复位电路RST引脚上的网络标号的位置如所示，由于此单片机的复位引脚需要两个机器周期以上的高电平才能够实现正确复位（适当增加周期的数量，可使复位可靠），计算当前时钟频率一个周期是多少时间，再乘以复位所需周期数，就道当前时钟频率所需复位时间，用RC充电公式计算所需电阻电容值即可。2.3.3 测速模块图 25 测速模块测速选择的是光栅测速法。顾名思义，此模块利用把一个带有光栅的圆形材质固定到电机的轴上，将此圆形材质放到槽式光电开关的槽中，实物如图 26 光栅法实物形象图例所示，槽式光电开关实物图如图 27 槽式光电开关。 图 26 光栅法实物形象图例图 27 槽式光电开关 当红外光电二极管与光电晶体管之间被铝片遮挡住时，光电开关接收器部分显高阻态经过作者测试，此高阻态约为700k欧，则在电路图中右侧三极管的b级小电流10A流入，经三极管放大后大概0.5ma，所以T0网络标号的点为高电平，反之光电开关接收器部分的阻止大概为4k欧，此时串联43k欧和1k欧的电阻R7、R1后约为50k欧，待放大电流可计算出为0.1ma，射极放大后约为5ma，即导通，可理解为T0接地，输出为低电平。或理解为计算出R8上的压降为10v（实际达不到，可理解为5v），即可得出T0为低电平。由于作者自制的铝盘不能做到标准完美，所以不可能使T0输出为方波，但即使T0输出的不是方波波形，有较好的下降沿也是可以触发计数的，意思就是下降过程不能太久，太久的话“斜坡”是不会被单片机识别为下降沿，计数也就失败了。经过实践检验，此电路比较匹配本课题的要求，即使不添加比较器。做“测五取三”的工作是测量数据所必须的，既测出五个数据去掉一个最高的数据，去掉一个最低的，其余三个取平均值，以保证测量数据的准确。2.3.4 电机控制模块本课题要求远程控制泵机的开断，并且测出泵机电压与电流，在此设计计划采用的是继电器利用单片机对继电器控制来进行关断，然而由于本课题的主要方向是实现数据采集以及数据传输，并且本课题中的泵机参数未知，所以如2.3中所示，利用STC12c2052ad单片机中所带的P3.7/PWM0.进行了开关，并且能够扩展调速功能。图 28 电路电机电压峰值采集如图 21所示，本课题要求做三项泵站电机的电压电流采集，在此测出峰值电压，网络节点AD即接STC12C2052单片机的AD0进行AD采集，在此用运电压互感器，峰值会在C1上保持，而等待AD采集之后立即控制P0.0，使之置“1”，可令C1放电，等待下次充电测电压峰值，如图 28 电路电机电压峰值采集中所示。图 29 电流互感器基本接线图而测电流需要加入电流互感器，根据泵站实际情况选值，在此附上图 29 电流互感器基本接线图。如（a）一相式接线、（b）星形接线 、（c） 不完全星形接线，在此运用最简单的一相式测电机一相电流即可。为了方便模拟出本课题的采集电压，电流以及转速，我在做实物时并未用到这些设计，采用了一个从硬盘拆来的直流小电机，电机控制模块如图 210 场效应管为核心的电机控制模块所示。控制终端具有接受远端管理终端（短信方式）指令并控制泵站电机启动或停止的功能。图 210 场效应管为核心的电机控制模块1设计出经STC单片机的PWM引脚与场效应管结合的机控制模块，令PWM0输出为高电平，即可令电机启动，并保持正常工作状态；当接受到要求停止的指令时，经过对指令的判断，令PWM0输出为低电平，即可令电机停止。此模块中采用的IRF9630功率场效应管，此型号管为P沟道场效应管其工作的基本参数为：电压200V,电流6.5A,功率75W，其反压Vbe0为100v。下面介绍分别一下PWM和IRF9630场效应管的功能：(1)PWM的基本工作原理：脉宽调制(PWM:(Pulse Width Modulation)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。 其优点在于PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。 对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。 PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面。 从最初采用模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比较，产生正弦脉宽调制SPWM信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWM信号输出，可以说直到目前为止，PWM在各种应用场合仍在主导地位，并一直是人们研究的热点。 由于PWM可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点。由此在交流传动及至其它能量变换系统中得到广泛应用。PWM控制技术大致可以为为三类，正弦PWM（包括电压，电流或磁通的正弦为目标的各种PWM方案，多重PWM也应归于此类），优化PWM及随机PWM。正弦PWM已为人们所熟知，而旨在改善输出电压、电流波形，降低电源系统谐波的多重PWM技术在大功率变频器中有其独特的优势（如ABB ACS1000系列和美国ROBICON公司的完美无谐波系列等）；而优化PWM所追求的则是实现电流谐波畸变率（THD）最小，电压利用率最高，效率最优，及转矩脉动最小以及其它特定优化目标。 在70年代开始至80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般最高不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波引起的振动引起人们的关注。为求得改善，随机PWM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪音（在线性频率坐标系中，各频率能量分布是均匀的），尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。正因为如此，即使在IGBT已被广泛应用的今天，对于载波频率必须限制在较低频率的场合，随机PWM仍然有其特殊的价值（DTC控制即为一例）；别一方面则告诉人们消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率，因为随机PWM技术提供了一个分析、解决问题的全新思路。(2)场效应管的基本工作原理：场效应管是根据三极管的原理开发出的新一代放大元件，有3个极性，栅极，漏极，源极，它的特点是栅极的内阻极高，采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧，属于电压控制型器件。场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件。 其特点为具有输入电阻高（100M1 000M）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽、热稳定性好等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。场效应管可以用作电子开关，也应用于放大.由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器。场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换.常用于多级放大器的输入级作阻抗变换.场效应管可以用作可变电阻.场效应管可以方便地用作恒流源。另外如图 210中所示，R6为计算工作电流与电压串联在电机上的高功率高精度电阻，为方便计算选其阻止为30欧，并且此大小的电阻不会影响电机的正常工作。其左右两端的网络标识即AD采集的两路通道。由于电机一侧接地，AD0即电机工作电压，为了测量计算工作电流，可用采集出的数据AD1-AD0算出R6上的压降再乘以阻值即可得出电机工作电流。2.3.5 RS-232串口通信RXD和TXD用于通过与RS-232标准的MAX232D电路连接串口如图 211，串口再与GSM模块进行远程通信、数据传输。这里的电容选取参考MAX232的经典电路。图 211 MAX232模块计算机与计算机之间，或计算机与数据通信设备之间的数据传送可以采用串行或并行二种通信方式串行通信是指通信的发送方和接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上，每次以一个二进制的“0”、“l”为最小单位进行传输。串行通信的传输速度要比并行通信慢得多，但串行通信可显著降低通信线路的价格和简化通信设备，并可利用现有的电话电缆线路，在任何两点通电话的设备之间，配置适当的通信接口实行串行通信。串行通信方式由于具有使用线路少、成本低等特点，因此在数据远程传输时使用的最多。RS-232接口是目前常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DcE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”，该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号和电平加以规定。(1)RS-232串口管脚定义RS-232串口是PC机上标准配置的通信端口，在PC机上通常装有COMI和COM2两个串口。现在计算机的COMI，COM2口是通过9针插座的方式引出的，在计算机的后面接线部分很容易找到它。(2)RS-232串口信号约定RS-232C采用负逻辑工作，逻辑“I”用负电平(范围为一5至-15v)表示，逻辑“0”用正电平(范围为+5至+15V)表示。噪声容限为2V，即要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高到-3V的信号作为逻辑“1”。根据实测结果显示，计算机上的RS-232通信端口的高电位约9V(逻辑“O”)，低电位约-9V(逻辑“1”)(3)RS-232C串口的通信方式串行通信的方式可以分为同步式和异步式两种。同步通信是在通信的两端使用同步信号作为通信的依据，在两个通信设备之间需要一条同步信号线。采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，这样，字符在同步时钟的控制下一个接一个地传输，但是，在每组信息(通常称为帧)的开始要加上同步字符，在没有信息要传输时，要填上空字符，因为同步传输不允许有问隙。异步通信则使用起始位(Start Bit)及停止位(Stop Bit)作为通信的判断现在的串口通信使用异步传输的较多，异步传输只要9支管脚就够了，而采用同步传输则需使用25支管脚。同步通信和异步通信的比较异步通信简单，双方时钟可允许一定误差。同步通信较复杂，双方时钟的允许误差较小；基于MODEM远程控制系统的设计：异步通信只适用于点到点，同步通信可用点到多。通信效率：异步通信低，同步通信高。(4)RS-232串口通信参数对于串口通信来说，制定通信规则非常重要，通信规则就是通信端口的参数设置，即通信端口的初始化。通信端口的初始化有以下数据项需要设置。数据的传送速度RS-232进行异步通信时，由于通信的双方并没有一个参考的同步脉冲作为基准，因此，双方所传输的高低电位到底代表数据的第几位就不知道。要使双方的数据读取正常，就必须考虑传输速度的问题，传输速度就是通常所说的波特率。数据的传送单位(数据位)数据的传送单位就是一个数据所包含的位数。一般情况下，串口通信端口传送的数据是字符型，若用来传输二进制文件，则会使用二进制的数值型。使用字符型数据时，就要用到8位(一个字节)形成一个字符的ASCII码，使用二进制数值时也是以字节为单位。因此，串口通信的数据位通常取8位(一个字节)。起始位和停止位由于异步串行传输中并没有使用同步脉冲作基准，所以接收端完全不知道传输端何时将进行数据的传输。因此，当发送端准备要开始传送数据时，发送端会在所送出的字符前后分别加上高电平的起始位(逻辑O)和低电平的停止位(逻辑1)，即起始位和停止位。也就是说，当传送端要开始发送数据时，便将传输线上的电位由低电位提升到高电位，而当传送结束后，再将电位降到低电位。接收端会因起始位的触发(电压由低变高)而开始接收数据，并因停止位的告知(电压维持在低电位)而结束数据的接收。起始位固定为一位，而停止位则有l，2位等多种选择。停止位的选择没有强制规定，只要通信双方协议通过即可。(4)校验位为了预防错误的产生，在异步串行通信中常使用校验位作为数据错误的检查。校验位就是用来检查所传送数据的正确性的一种核对码，它分为奇校验和偶校验两种，分别检数据中l的个数是奇数还是偶数。将传送数据的起始位、数据位、校验位和停止位组合起来，就形成了传输一个数据的数据格式，由多个具有数据格式的数据组合就形成了数据流。例如：在传输时使用1个起始位、8个数据位、1个停止位、O个校验位(不使用校验位检查)，则每次传输的数据格式为：1个起始位+8个数据位+0个校验位十1个停止位。数据格式共有10位，所以通信中最小的传输单位是10位。如果采用不同的数据位、校验位和停止位，则每次传输的最小单位是不同的。串口通信通常用在数据量不是很大的场合。传输一些诸如远程控制等数据，是串口通信使用最理想的场合义。(5)RS-232串口的工作模式工作模式是指计算机在作数据的传送与接收时，传输线上数据流动方向的一种约定方式，分为“单工”、“半双工”和“全双工”三种方式。RS-232串口使用的是“全双工”工作模式。(6)RS-232串口的通信距离当通信距离较近时，可不需要调制解调器，通信双方可以直接连接，这种情况下，只需使用少数几根信号线。最简单的情况，在通信中根本不需要RS-232的控制联络基于MODEM远程控制系统的设计信号，只需三根线(发送线、接收线、信号地线)便可实现全双工异步串行通信。使用串口通信传输数据量不能太大，在本系统中，由于传输的短消息最大140个字节，因此使用串口通信是合适的。同时，由于数据需要远程传输，受串口传输距离的限制，必须使用Modem。2.3.6 串口信号线的接法一个完整的RS-232接口有22根线，采用标准的25芯插头座(或者9芯插头座)。25芯和9芯的主要信号线相同。以下的介绍是以25芯的RS-232为例。1、主要信号线定义：引脚1:保护地；引脚2:发送数据TXD；引脚3:接收数据RXD；引脚4:请求发送RTS；引脚5:清除发送CTS；引脚6:数据设备就绪DRS；引脚7:信号地；引脚8:数据载波检测DCD；引脚20:数据终端就绪DTR；本系统主要使用到1，2，3引脚，即保护地、TXD、RXD三个引脚。2、电气特性：数据传输速率最大可到20Kbps，最大距离仅15m。注：看了微软的MSND6.0，其Windows API中关于串行通讯设备(不一定都是串口RS-232C或RS-422或RS-449)速率的设置，最大可支持到RS_256000，即256Kbps。但不管怎样，一般主机和单片机的串口通讯大多都在9600bps，可以满足通讯需求。3、接口的典型应用:大多数计算机应用系统与智能单元之间只需使用3到5根信号线即可工作。这时，除了TXD、RXD以外，还需使用RTS、CTS、DCD、DTR、DSR等信号线。(当然，在程序中也需要对相应的信号线进行设置)。另外，由于本系统的电路板上采用的串口头为，而GSM模块上的接口头也是母头，这里就需要使用交叉线。这是尤为值得注意的，许多同学都不留意这个问题，所使用的接线口为直通接口，作者也遇到过此类情况，而且市场上大多数双公头与双母头的串口线，其两串口头接线都是一一对应的，即会导致虽然5脚地线没有连接错误，但3脚4脚数据传输与数据接受应分别连接到GSM上的接受与传输，这种不正确会导致与GSM模块的通信失败。由于交叉线未在市场上找到直接销售，需要另行订购，作者就自制了一个交叉线，下面就对其原理与结构做简单介绍：交叉线：又叫反线，其实，传输数据 一般只用3线，按下列对应关系相连：A 端 B 端2 发送 3 接收3 接收 2 发送5 信号地 5 信号地3 GSM模块3.1 TC35的控制简介TC35是Siemeils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。TC35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。TC35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TC35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有关资料。3.2 AT指令的介绍系统软件设计的技术点在于如何使用AT指令来控制短信模块。AT即Attention，AT指令集是从终端设备(TerminalEquipment，TE)或数据终端设备(DataTerminalEquipment，DTE)向终端适配器(TerrninaAdapter，TA)或数据电路终端设备(DataCireuitTerminalEqUipment，DCE)发送的指令。通过TA，TE发送AT指令来控制移动台(Mob1leStation，MS)的功能，与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。通常情况下，AT命令以字母“AT”开头，以ASCI工码为13的字符结尾。下面就某些AT命令进行具体的介绍。3.2.1 AT 命令形式及返回形式 （1）在TC35 所支持命令集中根据命令名称可简单分为：“ATxx”及少量”AT+xxx”为V.25 标准命令集；“AT+Cxxx”为GSM 标准所扩展的AT 命令；“ATSxxx”为SIEMENS 定义扩展的AT 命令。（2）命令形式：”AT+Cxxx=?”为测试命令（Test Command）,执行此种命令将返回此命令所支持的参数及参数范围；“AT+Cxxx?”为读命令(Read Command),执行此种命令将返回此命令当前的参数值； “AT+Cxxx=”为写命令(Write Command),执行此种命令将设置此命令的参数值； “AT+Cxxx”为无参数的执行命令（Execution Command）。（3）命令的返回形式：Response；在本文数据实录中未将显式地打印出来，但切记TC35 回送时含有这些字符，这对于编写程序来比对TC35 回送值以确定TC35 工作是否正常非常重要。在本文中： 代表ASCII 中回车字符，值为0x0D； 代表ASCII 中换行字符，值为0x0A； 代表ASCII 中空格字符，值为0x20； 代表ASCII 中文件结束字符，值为0x1A；所有TC35 回送的字符以下画线表示，所有上位机