基于GSM的远程路灯控制器的设计毕业论文.doc

摘 要城市路灯照明的维护管理水平不仅反映城市的建设水平，而且体现城市的现代化程度。随着我国社会主义现代化建设的不断发展，市政建设取得了极大进步。传统的路灯控制与维护手段已不再适应现代化的要求，设计和实现自动化程度高、运行可靠、高效节能的路灯远程监控系统，是当今城市现代化发展的必然要求。传统的路灯控制多以时控制和光控为主，基本靠人工控制。对于大中城市来说，路灯遍布于大小街道，损坏时有发生，给路灯的管理维护带来了极大不便。市政管理部门很难及时掌握辖区路灯的工作状况。人工巡视只能白天巡线，夜间巡灯，劳动强度大，效率低，除造成人力、电能浪费外，控制、监测效果还不理想。GSM网络条件的日益改善及资费方式的下调使可以利用其提供的短消息业务进行远程监控系统的开发，本文介绍了基于GSM短消息的城市路灯智能监控系统的结构功能。系统由监控中心、分控点和通信三大部分组成。监控中心主要包括PC机，GSM模块，中心管理软件采用VB编程，GSM模块实现与分控点间的通信，进行数据、信息的传递。分控点以单片机为核心部件，辅以外围设备，连接GSM模块、采集模块等，实现与监控中心信息的交换，对中心命令响应，完成数据采集等任务。设计了报警功能，使系统发生意外时能够尽早排除故障，使其安全运行。路灯监控系统实现了城市路灯的计算机集中控制、监测与管理。操作维护人员只需通过监控计算机即可了解整个系统的工作状态，并可通过计算机控制所有路灯的开/关，采集分控点设备及路灯的状态、数据信息。经调试表明，系统可靠性高，适用性强，能够节省人力，减少电能损失，提高市政路灯管理水平。关键词：路灯；GSM短消息；远程监控；可靠性AbstractConditions managed of urban illumination reflect not only construction levels but also the modernization degrees of the the city.With the development of modernization constructions in our country,construction of public facilities make good progress.Traditionnal control and maintenance of street lamps is not enough any more to modernization need.It is a necessity to design and realize a kind of higher autoimmunization,more credible and efficient longdistance monitoring and control system. Most of the traditionnal controls to street lamps are time-control and light-contorl which depend on manual work.But there are street lamps that break usually present every road in a big or medium city,which bring many inconveniences to management.It is difficult to the public facility management office to know work conditions of srteet lamps in time in their district.Patrolling lamps at night and lines in the day has to be adopted in man patorlling.The intensity of labor is high and efficiency is low in this way.Besides making a wasteof manpower and electricity,its monitoring and control effect is not ideal. The condition of GSM networks improves increasingly,and its charge falls down,which can make good use of the GSM short message for the study of the remote supervisory system.This paper introduces the structure and function of supervisory control system of urban street lamp based on GSM short massage.The system is composed of supvisory control center,remote terminal unit and communication subsystems.The center consists of PC,GSM module,and etc.The central management software was programmed byVB,GSM module transmits data or information to realize communication with every RTU.RTU has a single clip and some peripherals as its core,which connected with GSM module,data acquisition module,and so on.It can exchange information with supevisory control center ,respond the order of center,accomplish the task of data acquisition.The system has the function of giving an alarm when suddenness happens to eliminate malfunction as quickly as possible so as to be operated saefly. Street lamp supervisory control system realizes the unified control,monitoring and management of urban street lamp system by computers.Operators can acquaint themselves with conditions of evey street lamp only through monitoring computer,and can open or close them respectively,acquier data information of street lamps and RTU.The system has high reliability,strong applicability and can save manpower,reduce expense of electricity and improve management of street lamps in city.Keywords:street lamp;GSM short message;long-instance monitoring and control;reliability目 录引言11 概述21.1 城市路灯控制和管理的现状21.1.1城市照明系统传统控制方式21.1.2存在的主要问题21.2 路灯监控系统的必要性31.3 路灯监控系统建设的可行性31.3.1通讯的可行性31.3.2设备的可行性41.4 路灯监控系统组成及功能41.4.1城市路灯监控系统的组成51.4.2城市路灯监控系统的功能51.5 城市路灯监控系统的特点62 通讯62.1 通讯方式62.1.1通讯方式简介62.1.2方案选择72.2 短消息业务82.2.1短消息业务分类82.2.2短消息业务的优点及应用83 基于GSM短消息的远程路灯控制系统硬件设计93.1 GSM模块TC35i简介123.2 HS12864-15系列中文图形液晶显示模块简介143.3 数据采集153.3.1STC89C52单片机简介163.3.2 A/D转换芯片ADC0832简介193.3.3多路模拟开关CD4051简介223.4 键盘233.5 模拟路灯开关设计244 基于GSM短消息的远程路灯控制系统软件设计244.1 AT指令244.2 单片机与TC35的通信254.3 GSM模块初始化264.4 HS12864-15的初始化284.5 键盘模块的初始化294.6 ADC0832初始化325 结论34谢 辞35参考文献36附 录37引言当前，单片机和PC机通过串行接口构成的多微机系统己经广泛应用于工业控制、环境监测等场合，这些系统大多采用RS-232、RS-485或是有线modem的通信方式，虽然很经济适用，但是有线数据传输方式很大程度上限制了其使用的场合，使得在偏远的山区和架设通信线路比较困难的地区无法应用。针对这种情况，国内外的很多开发者在传统的单片机系统中利用支持语音、短消息(SMS)、数据通信、传真等业务的GSM引擎模块，结合已有的单片机系统通过RS-232接口连接GSM模块，从而利用GSM网络实现数据的无线传输，这种方法实现起来很容易并且己有的系统硬件部分不需要做大的改动，关键是做软件部分的修改。GSM模块是继GSM手机外又一种非常重要的GSM移动通信系统的终端设备。GSM模块在短信息方面的应用最具优势，具有永远在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等特点，特别适用于需频繁传送小流量数据的应用，实现无线数据的双向传送、无线远程检测和控制等。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。GSM模块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，因此也叫无线调制解调器。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GSM模块代替。随着GSM移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈，GSM模块作为一种主要的GSM网络接入设备，已得到越来越多的系统制造商和系统开发商的重视，基于它的各种应用也蓬勃发展起来。同时，由于调制解调器必须通过PSTN或者其他专用通讯网进行通信，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。以此为基础，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用，如数据采集系统、GPS/GSM(SMS)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、机房监控、远程维护系统、移动性数据查询证券交易和信息查询系统等。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。因此，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。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。1 概述1.1 城市路灯控制和管理的现状路灯是城市形象的标志，是城市的窗口，也是城市建设中必需的公用基础设施。城市照明是关系到亿万市民切身利益的重要环节，直接反映了城市的建设水平和市容风貌，路灯的控制和管理水平更显示出城市的现代化程度。因此，保证城市路灯处于良好状态，不仅直接关系着人民的生活、生产发展、交通安全和社会治安，而且对于提供良好的投资环境，吸引外商外资，促进经济腾飞等起着非常重要的作用。建国以来特别是改革开放之后，我国经济建设成绩有目共睹，精神文明建设进步迅速。随着社会主义现代化建设的不断发展，城市路灯己从单纯的照明发展成为美化城市环境、改善投资形象的重要组成部分。随着温饱问题的解决及小康生活的实现，在现代化的大中城市，政府管理部门以及富裕起来的市民对城市亮丽风景线的道路照明及发展水平，提出了越来越高的要求。1.1.1城市照明系统传统控制方式长期以来，国内大多数城市路灯照明控制广泛采用传统控制方式，包括以下几种:(1)人工控制方式:根据开关灯时间表由值班人员负责手动进行开/关灯操作。(2)时控方式:以时间为唯一的开关灯依据，不论气象条件如何变化，均只能在规定时刻开关灯，仅随季节变化人工干预调整开关时间。(3)光控方式:按光照度的差异来控制路灯开关，但在光线不足的白天或有强光照射的夜晚，可能会发生误动作。1.1.2存在的主要问题国内大多数城市路灯的开/关灯控制由各变压器(配电箱)分散控制。尽管城市路灯运行有专门控制线，只肴控制功能而无法实现监测。由于不能严格按照室外自然光照度进行控制，不仅实时性差，故障率高，而且浪费严重。另外，传统控制方式要求人不离岗，及时控制灯光的开启和关闭，由于人工控制误差而造成电能浪费很是惊人。比如采用定时器控制方式时，由于一年四季的时差，要经常对定时器进行人工调整，从夏至到冬至，日出时间推迟、日落时间提前;从冬至到夏至，日出时间提前、日落时间推迟，据此天气现象，要求路灯开关时间根据日出日落时间进行调整。这样不仅消耗大量人力资源，还可能由于调整不及时而造成浪费。对于大中城市，路灯存在于大街小巷，站点多，分布面广。如此以来，自然损坏和人为破坏时有发生，加之分布广、损坏率高等特点，给路灯的维护管理带来了很多困难，管理部门无法及时掌握辖区路灯运行状况，只有通过专人专车巡回检查或群众举报才能掌握路灯的工作情况。目前，我国路灯管理部门多采用“人工巡视”方式对路灯工作状况进行检食。典型工作流程为:巡检人员或市民群众发现故降后通知承询台;承询台将故障地点、类型等情况填写维修票下发到相应维修队:维修队调派维修人员赴现场进行处理;维修人员处理完毕填写完工情况，将维修小票传回;承询台签收维修小票，故障处理完毕。此方式费时费力，难于满足高“亮灯率”的要求，远远落后于现代道路照明的需要。国家经委、国家计委在节约用电管理办法第十五条对节电提出了“电力需求侧管理”的概念，电力需求侧管理是指通过提高终端用电效率和优化用电方式，在完成同样用电功能的同时减少电量消耗和电力需求，达到节约能源和保护环境，实现低成本电力服务所进行的用电管理活动。夜间大面积灭灯，是影响道路照明的最重要问题之一，人工巡视难于及时发现并给予维修处理，给人民生活带来许多不便，社会反映强烈。人工巡视依靠巡检人员在开灯时间开车巡视，而这也仅限于主干道，次干道、小街小巷则无暇顾及。傍晚早送电，清晨晚断电，甚至“长明灯”现象时有发生，造成电能浪费。此外，人工巡检信息反馈滞后，管理人员无法及时做出相应处理:路灯的损坏率和亮灯率完全靠人工记录，其准确度和及时性无法保证，对历史资料的查询也费时费力，从而严重影响路灯的维修管理。由于无法实时监测路灯线路的电压与电流，因此对路灯线路上的盗用情况也无能为力。总而言之，人工巡视周期长，劳动强度大，随机性强，而且控制精度低，很难满足高“亮灯率”的管理要求。1.2 路灯监控系统的必要性路灯照明系统是城市建设当中不可缺少的公用设施，设计自动化程度高、运行可靠、高效节电、使用维护方便的监控系统，是路灯控制与管理现代化的必然要求。传统的路灯开/关控制完全依赖光电控制或操作人员根据时钟定时控制，不但亮灯与关灯的时刻不准确，而且很可能会由于人为失误或其它因素(如某处控制线断)，造成大面积路灯不亮，造成不良影响，给人民的生活带来不便。微机监控系统通过监控中心的实时监控，监测各分控点的工作情况、运行状态，包括实时电压、电流以及开关状态等。当路灯站点出现故障的时候，报警信息能够及时反馈给监控中心进行处理，保证路灯处于良性状态，方便人民生活，减少交通事故，扼制夜间作案，改善投资环境，促进经济腾飞，提高城市道路照明的现代化控制和管理水平，社会效益也非同一般。1.3 路灯监控系统建设的可行性1.3.1通讯的可行性采用无线信道有以下几种方式: (l)数字数据网(Digital Data Network，DDN)是利用数字通讯(如光缆、数字微波和卫星信道)来传输数据信号的数据传输网，可以为用户提供专用的数字数据传输信道，为用户建立专用数据网提供条件。DDN网络提供图像通信、数据电话通讯、数据广播通讯等多种业务，具有传输速率高、网络时延小、误码率低、可靠性高等特点。缺点是DDN在某些城市覆盖面积小，且数据网在使用成本及使用畅通上也易受数据通讯的控制。(2)专门的路灯监控通讯网。必须向当地的无线管理委员会申请专用的通讯频道，在监控中心架设全向高增益天线，远程监控终端设立电台。专用通讯网不受外界控制，通讯半径可以通过在监控终端设置逐步扩展;缺点是一次性投资较高，监控点越多系统成本越高，且网络需要自己维护，通讯可靠性不够理想。(3)GSM无线移动网是一种极具发展前途的新兴技术，由中国移动和中国联通两家建网，覆盖范围大，无须担心存在死角、盲区等问题。即便是个别地方局部网络覆盖有问题也是暂时的，只要与当地通讯部门协调即可解决。GMS网络具有通讯数据传输响应时间短、抗干扰能力强、功耗低等特点，且系统建设费用低廉。1.3.2设备的可行性路灯微机监控系统是集计算机技术、现代通讯技术、检测技术、自动控制等技术于一体的高科技系统工程。(1)现代化计算机技术飞速发展，其硬件、软件性能和可靠性都大大提高，能够满足路灯监控系统长期稳定可靠运行的要求。(2)无线数据通讯设备发展日趋成熟，无论从可靠性、资费，还是对使用环境的要求等各方面都可得到满足。(3)各类检测设备正在向小型化、智能化方向发展，可靠性逐渐提高，完全可以适应路灯监控系统长期正常高效运行的要求。1.4 路灯监控系统组成及功能路灯管理部门对路灯控制系统的基本要求为:能够自动控制路灯的开启和关闭，采集路灯照明期间线路的电流、电压等参数，计算亮灯率，检查线路的状态(断线或短路等)，能够分析故障原因，为照明系统的正常运行、维护提供支持和帮助。随着城市现代化建设的发展，对路灯从数量到质量要求都在日益提高。常规的监控方式不仅耗费大量的人力、物力和财力，还无法达到准确、及时、全面。发展路灯的自动化管理水平是物质文明的提高，也是精神文明的进步，采用先进技术提高路灯自动化控制与管理水平，实现科学化控制、管理，势在必行。近年来，计算机技术发展迅速，结合各行业实际取得了许多成果，极大的推动了社会发展。城市路灯照明监控系统符合时代进步要求，能够提高路灯管理效率与现代化程度，提高照明质量，节省运行所需人力、物力。借助于计算机、通信等先进技术，开发研制与城市道路照明相配套的智能监控系统成为必然，拥有运行可靠、自动化程度高、高效节电、使用维护方便的城市路灯监控系统将成为现代文明大都市的乖要标志之一。1.4.1城市路灯监控系统的组成图1.4.1路灯监控系统组成城市路灯智能监控系统由监控中心、分控点及通信部分组成。图14.1为路灯监控系统的基本组成。监控中心由监控计算机及其外围设备、大屏幕投影仪、GSM通信模块等组成，用于对辖区各路灯节点进行监控。各分控点均安装在市区街道路灯变压器或者配电箱处，内装有单片机测控装置，包括电流采集电路、电压采集电路、接触器驱动电路及GSM通信模块等，用于执行监控中心的遥测、遥控等命令，对节点各路灯支路的电流、电压进行监测和采集，响应监控中心命令对各支线路灯进行开关控制。1.4.2城市路灯监控系统的功能监控中心为监督控制方式，是整个路灯系统的指挥和数据处理中心，主要完成各种信息和数据的收发、整理，根据需要对各节点进行遥测、遥控，亦可脱机进行，完成管理、办公自动化方面的工作。分控点单片机系统为实时在线控制系统，不断检测线路状态、参量及查询监控中心的命令。(l)遥控监控中心根据路灯开关时间自动控制路灯开关，以当地365天日出日落时间作为基本条件，设定有效开/关时段，根据天气变化等因素引起的照度不同，按具体情况执行开/关操作，方便使用，节省电能。系统操作人员在监控中心进行操作，实现群控开关灯，或部分开关灯。分控点根据预设时间独立定时开关灯。监控中心对各分控点精确授时，校正系统时间。(2)遥测监控中心微机可以按照预置时间间隔对分控点进行数据采集，包括该时刻的电压、电流等运行参数。通过对这些数据分析可得到线路状态、亮灯率、故障原因等数据资料。若采集到分控点数据不正常(如关灯时电流不为零)或远程终端故障等，则必须能够报警，做到异常、故障早发现早排除。(3)遥信分控点设备向监控中心上报工作状态和故障信息，遇故障时能够自动报警。1.5 城市路灯监控系统的特点(1)提高辖区路灯亮灯率，保证一致性。对辖区内所有路灯、景观灯根据季节、气候、天气以及特殊节假日等要求，统一控制所辖路灯，不但保证了路灯的一致性，而且避免由于人为等原因造成的电能浪费。(2)系统信息反馈及时，故障响应时间短。分控点电压、电流、电度值等能够及时反馈到监控中心，管理人员可以很方便地了解辖区内路灯的开/关灯等状态信息;为维修人员提供决策性支持，缩短故障响应处理时间，及时发现故障隐患。(3)节省电能，减少浪费。系统通过合理的设置开/关灯时间，节省电能。系统的自动化运行使日常巡线、巡灯等工作大大减少，节省人力、物力。(4)报表功能。准确性、实时性高的报表(如:亮灯率、故障率)能够为管理人员提供数据支持，提高系统管理水平。随着城市现代化的飞速发展，大力改造落后的城市路灯控制管理系统势在必行。例如，南京、上海、太原等城市都己经实现了路灯无线管理与监控。虽然他们开发的先后时间与技术手段有所不同，但是他们的共同点就是大大的提高了城市路灯的管理效率，实现了对路灯故障的及时处理，改善了城市路灯的亮化水平;同时，也取得了明显的经济效益，节约了电能，确保了安全供电。因此，本课题的研究有着具有重要的意义和广阔的应用前景。2 通讯近几年来，通讯技术发展速度迅速，各种数据通讯方式不断出现。城市路灯智能监控系统中监控中心与分控点之间的通讯方式选择是系统设计的关键部分之一。它是连接监控中心和分控点的中间媒体，起到上传下达的作用。2.1 通讯方式2.1.1通讯方式简介通讯通常包括有线通信和无线通信两种方式。(l)有线通信。通过专门的通信线进行传输，通信线主要包括以下几种方式:通信同轴电缆，由中心导体、固定中心导体的电介质绝缘层、外屏蔽导体和外绝层构成。同轴电缆可分为用于基带数字信号传输的基带同轴电缆和用于宽带传输的宽带轴电缆，可用于点对点或点对多点配置。典型基带同轴电缆所覆盖的最大距离限于几公里，而宽带同轴电缆可延伸到数十公里。双绞线，由有规则地扭制在一起的两根绝缘导线(一根作为信号线，一根作为地线)组成。双绞线可用于点对点或点对多点通信，对干扰和噪声非常敏感。若采用线驱动器接收器，可完成长距离的高速数据传输。电话线，是进行串行数据通信的非常经济的途径，但在远程通信时传输线上的电容易使数据波形失真。电力线，利用电力线载波实现计算机间的数据通信，大大降低成本，缩短工时。为避免频段干扰，发射频率一般选择在长波段100一300kHz。电力线载波传输限于同一电力变压器供电范围内，并且主从机最好接于同一相线，这样传输衰减小、传距远、效果好。光缆，是由光纤组成的可传输光信号的介质，其传输速率高，不受电磁干扰影响，具有良好的保密性，但造价高。(2)无线通信。远程通信在现代社会中占有越来越重要的地位，无线通信是通过无线电波实现的，理论基础是无线通信技术。目前无线通信主要有两种方式:通信双方直接发送和接收对方的信号，可以通过自定义频率来接收和发送，并且可根据要求不断地调整变化;另外，数据可以加密，保密性好。不足之处是发射功率大，传输距离限制较大，传输距离限在几公里之内。通信双方间接通信。如当今流行的GSM(Global System for Mobile communication)蜂窝移动通信系统，综合利用了移动通信技术、网络技术、数字信号处理、计算机处理技术等研究成果。GSM无线移动网络覆盖范围广，技术成熟，保密性好，通话质量高，提供语音和数据传输服务，不受传输距离限制。一般城市无须担心死角、盲区等问题，个别地方局部网络覆盖问题也只是暂时的。GSM无线MODEM发射功率小(仅为0.6W)，平时处于待机状态，数据传输响应时间小于10s，抗干扰能力强。短消息服务支持漫游功能,从而可用于实现远程维护和远程监控，且通讯费用不变。2.1.2方案选择监控系统的数据传输方式按数据传输媒介的不同可分为有线系统和无线系统两大类。二者各有利弊，讨论的焦点主要集中于系统的造价和通信的可靠性问题上。由于地域差别较大，且系统要求有别，一般按不同地区、不同系统区别对待。有线系统优势在于数据传输的可靠性，但是系统投资费用大，且需铺设专门线路，工程造价高，审批程序烦琐困难。无线系统只要解决好数据传输的可靠性问题，优势将很是明显。无线系统中，移动通信网是比较理想的数据传输方式。其中GSM网络全国范围内联网、漫游，网络能力强，无需组网，网络覆盖范围广，对用户数量无限制，可以为客户节省昂贵的建网费用和维护费用，克服了专网通信系统投资成本大，维护费用高等缺点。GSM是以加入窄带ISDN(Integrated Services Digital Network，综合服务数字网)网，向用户提供SIDN业务为目标的。主要支持的业务包括以下三大类:(l)基本电信业务:包括电话、传真、紧急呼叫、短消息、话音信箱、智能用户电报等，可以与PSTN(Public Switched Telephone Network，公共开关电话网络)、ISDN等互通。(2)数据传输业务:包括300b/s和1200b/s异步双工数据传输，1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s同步双工数据传输，以及它们的分组式传输等。(3)补充业务:包括三方会话、电话会议、呼叫转移等业务。呼叫转移是指在无法接听来电时，将该来电转往另一电话机或语音信箱。所谓短消息就是通过GSM网络传输的有限长度的文本信息。SMS(Short Messgae Service)短消息业务作为GSM网络的一种基本业务，与语音传输及传真一样，同为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务。它通过无线控制信道进行传输，不用建立拨号连接，把要发的信息加上目的地地址发送到短消息服务中心SMSC(Short Messgae Service Center)，经SMSC完成存储后再发送给最终的信宿。短消息服务本身具备数据传送功能，利用SMS进行无线通信可以双向传输数据，而且性能稳定，为远程数据传送和监控设备通信提供了支持平台。SMS短信息服务作为GSM网络的基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于SMS短消息的各种应用也蓬勃发展起来。考虑到系统安装成本、维护费用、传输时间、可靠性、安全性等一系列问题，我们以SMS短消息作为监控中心和分控点间数据传输的通道，设计了基于GSM短消息的城市路灯监控系统。2.2 短消息业务2.2.1短消息业务分类短消息业务按其实现的方式可以分为点对点短消息业务和小区广播短消息业务。(l)点对点短消息业务能够使GSM数字移动通信网用户发出或接收长度有限(不超过140个字节)的数字或文字消息、并且短消息的收发不影响通话。点对点短消息业务即通过MO(Mobile originated Short Message，移动起始短消息)和MT(Mobile Terminated Short Message，移动终端短消息)将一条短消息从一个实体发送到指定目的地址的业务。点到点短消息业务由SMSC完成存储和前转功能的。点对点消息的发送或接收应在呼叫状态或空闲状态卜进行，由控制信道传送短消息业务。(2)小区广播短消息业务是指通过发送信息的基站向指定区域中所有短消息用户发送短消息的业务。它也是在控制信道上传送的，移动台只有在空闲状态下才可接收广播消息。该业务将发送的短信息编码后，使消息的长度增加为每页82个字节(7Bit编码，92个字符)，并且最多能发送20页之多。通常移动公司会使用这种方式在一定的区域内向所有GSM用户循环发送一些具有通用性的信息，如交通信息、天气情况、股市信息、新闻等。2.2.2短消息业务的优点及应用由于短消息发送占用信令通道，当移动台占线而无法通话的情况下仍可接收短消息。使用短消息服务，可以做到信息的及时发布，即使对方关机或不在服务区，SMSC也会保存短消息，并在HLR(Home Location Register，归属位置寄存器)中设置等待标志，一旦对方开机或回到服务区，GSM系统会及时通知短消息服务中心重发，用户即可收到短消息。短消息业务是GSM系统中最为简单、最方便的数据通信方式。短消息业务的优点如下:(l).收费低廉资费问题始终是消费者最关心的。尽管语音业务资费不断下调，但相对短消息服务费用来说还有很大差距。消息服务单向收费，接收方免费，价格优势明显。(2).时时在线只要手机处于开机状态，就可以接收短消息，用户可以随时发送短消息，可以说是24小时在线。另外，短消息服务中心能够存储信息，对由于关机或其它原因而没有收到的短消息临时存储，只要提交短消息时间有效期设置恰当，在开机后仍然可以接收此短消息。(3).多种数据承载能力短消息服务有三种模式:块模式、文本模式和PDU(Protocol Description Unit)模式。其中，PDU模式时下最为流行，它可以传输文字、声音及图像，特别是现在彩信的出现使人们可以传输彩色照片。(4).内容丰富，使用方便用户可以根据自己的喜好自由挑选定制自己感兴趣的信息服务。短消息不要求对方必须在另一端，用户可以随地发送短信息，而不必管对方开机已否，是不是在服务区，也不用担心深夜打扰对方休息。因为短信息可以存储在短消息服务中心，一旦对方开机，短信息就会自动发送到他那里。以上是短消息的一些优点，除此之外还具有开通方便等许多语音等业务无法代替的功能。3 基于GSM短消息的远程路灯控制系统硬件设计 系统的硬件结构图如图3.1所示。实物连接图如图3.2所示。图3.1 远程路灯控制系统硬件结构图 图3.2远程路灯控制系统实物连接图3.1 GSM模块TC35i简介 在国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列，Wavecom的WMO2系列，的TC35系列，爱立信的DM1O/DM20系列，中兴的ZXGM18系列等，这些模块的功能、用法差别不大，并且提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07规范。其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并且己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TC35i。TC35i是西门子为适应各个专业领域对无线数据传输、语音传输及可开发性的需求推出的基于GSM900移动通信网络系统的OEM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数据口、符合ETSI标准GSM07.07和GSMO7.05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，接口协议公开，方便用户的应用开发及设计。 该模块隶属于Phase I GSM calss4，具有语音、数据、传真和中英文短信息功能，可广泛应用于移动计算、智能交通、遥感测量、银行金融和商业零售等领域。图3.3 TC35i模块的结构示意图TC35i模块如图3.3所示，从功能上看主要由4部分组成:GSM基带处理器、GSM射频部分、电源A-SIC(Application Specific Integrated circuit)、Flash。GSM基带处理器是整个模块的核心，它由一个C166CPU和一个DSP处理器内核控制着模块内各种信号的传输、转换、放大等处理过程。GSM射频部分是一个单片收发器SMARTi，它由一个外差式接收器、上变频调制环路发送器(upconversion modulation loop transmitter)、一个射频锁相环路和一个全集成中频合成器4个功能块组成，共同完成对射频信号的接收和发送等处理。GSM模块电流变化非常大，空闲时电流小于3mA，而在通话期间电流最大可达2.3A，这就对供电电路提出了较高的要求。GSM模块电源ASIC部分使用线性电压调节器把外部输入的电源电压Vbatt+进行稳压处理后供GSM基带处理器和GSM射频部分使用，此外它还输出一个2V/70mA的电压供模块外的其他电路使用。GSM射频部分的功率放大器对电源电压要求不高，所以直接使用外部的输入电压Vbatt+。Flash用来存储一些用户配置信息、电话本和其他信息。图3.4 TC35i外围电路接线图TC35i外围电路图如图3.4所示。TC35i是西门子最新推出的无线通信模块，功能与TC35兼容，设计紧凑。TC35i与GSM22+兼容，双频(GSM900/GSMl800)工作，带有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、语音和短消息提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计4，5。TC35i有40个引脚，通过ZIF连接器引出。这些引脚可划分为5类，即电源、数据输入输出、SIM卡、音频接口和控制3，4，5。114引脚为电源部分，其中l5引脚为电源电压输入端VBATT+610引脚为电源地GND，ll12引脚为充电端，13引脚为对外输出电压(供外部电路使用)，14引脚ACCUTEMP接负温度系数的热敏电阻；2429引脚为SIM卡连接端；3340引脚为语音接口用来接电话手柄。15、30、31和32引脚为控制部分，15引脚为启动线IGT(Ignition)。当TC35i通电后必须给IGT一个大于100mV的低电平，模块才能启动。30引脚为RTCBACKup；31引脚为掉电控制；32引脚为SYNC，1623引脚为数据输入输出端6。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3.6V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12V直流电源转换为6v连接至ZIF连接器的11、12引脚。在充电模式下可为TC35i提供6V500。mA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3V)，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100ms且该信号下降沿时间小于1ms，启动后15引脚应保持高电平。 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(2.65V)。数据通信电路以MAX232为核心实现电平转换及串口通信。TC35i串口通过MAX232与单片机串口的连接图如图3.5所示。图3.5 TC35i串口与单片机串口的连接图3.2 HS12864-15系列中文图形液晶显示模块简介HSl2864-15是一种图形点阵液晶显示器，它主要由其控制器ST7920决定，ST7920同时作为控制器和驱动器，它可提供33路com输出和64路seg输出。在驱动器ST7921的配合下，最多可以驱动25632点阵液晶。其可完成图形显示，也可以显示84个(16l6点阵)汉字。（1）显示原理显示汉字需要有其对应的字模，所谓汉字字模就是用O、l表示汉字的字形，将汉字放入n行n列的正方形内，该正方形共有nn个小方格，每个小方格可用一位二进制表示，凡是笔划经过的方格值为1，未经过的值为0。汉字点阵字模有16x16点、2424点、3232点，4848点几种，每个汉字字模分别需要32、72、128、288个字节存放，点数愈多，输出的汉字愈美观。HS12864-15为64行128列的点阵液晶模块，分为上半屏和下半屏，可以显示16l6点的汉字48二32个。而显示字符或数字仅需要占用168点。如果显示图片，也要和显示字符、汉字一样取模。图片最好不要超过12864，否则会显示不完全。HS12864-15其控制器ST7920有内建GB码简体中文字型库，控制器ST792O的字型产生RAM也可提供用户自定义字符生成(造字)功能，用户可以将CGROM中没有的字符定义到CGROM中。（2）HSl2864-15与单片机串口连接图如图3.6所示。图3.6 HSl2864-15与单片机串口连接图3.3 数据采集（1）.数据采集系统的基本构成数据采集系统的基本构成如图图3.7所示。主要包括多路模拟开关、信号调理器和A/D转换器这三大部分。图3.7 数据采集系统的基本构成信号调理器一般是通过可编程增益放大器（PGA）、自动补偿或校准电路对模拟信号进行调理，使之能满足A/D转换器对输入电压的要求。新型A/D转换器一般都包含采样/保持器（部分A/D转换器中无采样/保持器）、量化器和编码器。图3.6中A点为模拟信号，B点为幅度连续但在时间上离散的信号（亦称离散时间信号或序列），C点为幅度和时间均被离散化的信号，经过编码器即可输出数字信号。多路模拟开关亦称多路转换器（Multiplexer，MUX），其作用是按规定顺序依次从多路模拟输入信号中选择其中一路送至A/D转换器进行模/数转换。A/D转换器件的主要作用是实现量化和编码。量化就是模拟信号先经过在时间轴上抽样后获得取样电平值，再用一个预定精度的数值来近似表示的过程。（2）.A/D转换的主要类型目前，A/D转换器集成电路的开发应用技术受到了人们的普遍关注，国内外许多半导体公司相继推出一批各具特色的A/D转换芯片。其设计目标是通过单片IC将模拟输入信号转换成脉冲形式的数字输出信号。从电路结构上看，目前实现A/D转换的主要类型有闪烁式、积分式、逐次逼近式、-式和流水线式。本设计的数据采集部分主要由单片机STC89C52及芯片ADC0832和CD4051组成，以采集一路信号为例，其硬件连接图如图3.8所示. 图3.8 数据采集部分硬件连接图3.3.1 STC89C52单片机简介STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，STC89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。(1) STC89C52主要功能特性：兼容MCS51指令系统 ； 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM； 32个双向I/O口； 256x8bit内部RAM； 3个16位可编程定时/计数器中断； 时钟频率0-24MHz； 2个串行中断； 可编程UART串行通道； 2个外部中断源；共8个中断源； 2个读写中断口线；3级加密位； 低功耗空闲和掉电模式； 软件设置睡眠和唤醒功能.(2) STC89C52引脚功能说明：STC89C52为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义。其引脚图如图3.9所示。图3.9 AT89C52引脚图P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8