基于GSM的远程温度控制监测系统论文.doc

天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计基于GSM的远程温度控制监测系统二o一 三 年 六 月摘 要随着GSM移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈，使得新技术和新业务的开发和应用提到了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。 现在随着工农业生产的发展，对环境的温度要求越来越高，使得温度测量与控制运用更加广泛。基于GSM的远程温度监测系统是通过移动通信网络来实现无线远程传输温度数据系统，采用这种方法来监测温度可以实现通信成本低、频谱利用率高、系统容量大、业务种类多、保密性能好、抗干扰能力强。这种对温度的控制是通过现有的GSM网络将检测结果以短信的方式发送至相应监测终端，通过控制中心分析处理来进行远程控制。本设计主要采用STC89C52单片机为主处理器，选用高精度数字温度传感器DS18B20为温度采集设备，使用SIM300GSM模块为短信收发设备，利用液晶屏LCD12864显示当前温度信息和报警信息，采用5个独立按键来实现温度上下限的设定和短信报警号码的设置，使用两个继电器来控制温度的上升和下降。因此，该远程温度控制系统可以实现室内，边远沙漠等偏远地方的温度控制，并且具有很高的准确性和及时性，是一个实用性很强的设计。关键词： GSM；SMS短信息；远程监测；温度监测；STC89C52单片机ABSTRACTWith the widely popular of the GSM mobile communication network and the drastically Competition, new technique with new development and appliaction of the business have been a very important position.SMS have been so important for more and more ISP and ASP as one basic service of GSM network.With the development of industry and agriculture. the temperature of environment has high demand .makes the measurement and control of temperature is more widely used.Remote temperature monitoring syestem based on GSM is through the mobile communication network to realized wireless remote temperatur data transimsing system.Communication is realized by using this method to test the temperature can be low cost .high spectrum efficiency.large systemcapacity.business variety .confidentiality good performance .strong ant-interference ability.the contronl of the temperature is through the existing GSM network will test results in the form of text message sent to the corresponding terminial. Processing through the analysis of the control center for remote control.This design mainly adopts the 51 single-chip processor choose high precision digital temperature senor 18B20 temperatureacquisition device .using SIM300GSM module for SMS send and receive equipment.used LCD 12864 screen to display the current temperature and alarm information.using five independent keys to achieve the temperature upper and lower limilts set and of the number of SMS alarm setting .use two relay to control the rise and full of temperature .So the design of remote temperature can realize indoor temperature control system or remote place,such as desert, and has high accurcy and timeliness,is a partical very strong design.Key Words：GSM; SMS; Remote monitoring; Temperature monitoring; STC89C52 Single-chip microcomputer 目录1 引言11.1远程温度监测系统产生的背景和意义11.2远程温度监测系统的研究现状21.3远程温度检测系统的发展和前景32 系统论证方案和比较52.1 处理器方案论证52.1.1 STC89C52的时钟电路62.1.2 STC89C52复位电路62.2显示器方案72.3 温度采集方案论证83 系统硬件设计103.1 电源部分113.2 52单片机最小系统123.3输入部分与显示部分设计133.4 温度采集模块153.4.1 DS18B20的工作原理153.4.2 DS18B20的应用163.5 GSM模块163.6温度控制部分174.系统软件设计204.1 DS18B20温度读取程序设计204.2 LCD12864驱动程序设计214.3 GSM模块程序设计224.3.1 常用AT指令244.3.2 短信格式244.4按键消抖算法254.5 整体程序流程图264.6 调试结果284.6.1 硬件调试284.6.2 软件调试28结 论30参考文献31致 谢32附 录331 引言1.1远程温度监测系统产生的背景和意义随着科技的发展和自动化水平的提高，温度的自动监测已经成为各行各业进行安全生产和减少损失采取的重要措施之一。特定场合下由于监测分站比较分散、偏远，采用传统的温度测量方式周期长、成本高，而且测量员必须到现场进行测量，有些传统的测量元件（热电偶，热电阻）组成的测量电路负责，远程智能化低，易受干扰的缺点，因此工作效率非常低，且不便与管理。这就给人们提出了一大课题：如何更好的实现远程智能化控制监测。我们可以推想这样一个温度检测的场景：检测员暂时离开了，工业设备环境温度或检测上网环境温度超过上限或下限，随后导致过热或过冷，从而带来了巨大的损失。如：设备过热烧坏，食物腐烂变质等到，于是我们如何在异常动作发送时，能自动的快速地准确得检测到环境温度，同时又事实得有效的报警呢？针对上述的推想场景，本设计针对性地提出并论证了本设计方案一基于GSM模块的远程温度检测系统。本设计有效的解决了传统温度坚持的缺点和不足。近年来，远程监控技术备受人们的关注，尤其在设备的性能监测和故障诊断域都得到了广泛的应用。在工程应用中，无线远程监控主要采用两种传输模式：建立以无线数字电视台为基础的专用通信网络；利用GSM/GPRS陆地公用移动网络。基于GSM的远程监控系统一般不用考虑通信距离问题。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短消息的远程温度监测系统。通过现有的GSM网络将监测结果以短信方式发送至相应的监控终端(如手机、PC机)。系统具有结构简单、可靠性高、成本低等特点，可广泛应用于桥梁混凝土测温、油气井场、电力电缆火灾监测、粮仓及物资仓库温度监测。随着生活水平的提高，人们对生活的要求越来越高。这时利用GSM无线通讯网络、智能监控器和用户手机终端构建的一套功能完整的远程智能监控系统已经成为大多数人的要求。该系统可以在用户外出期间，利用52单片机对整个环境的安全环境进实时监控。一旦有安全事故发生，监控系统就会立即通过GSM网络将情况以短信的形式传递给户主，户到信息后，可以立即采取有效的措施。由社会背景之层面来看，近年来信息化的高速发展，通信的自由化与高层次化，业务量的急速增加与人类对工作环境的安全性、舒适性、效率性要求的提高，造成智能环境和住宅的需求大为增加，在一些工业领域如煤矿，石油对环境的监测力度是相当重要的，它与人的生命息息相关，而现在的时时监测系统存在着不少漏洞，一套智能化监测系统可在保障人身安全发挥很大的作用，也可以节省工业成本。1.2远程温度监测系统的研究现状温度这个概念无论是在日常生活中还是在工业农业的发展上，都是一个必须关注的话题，现在大家都在想尽办法来提高温度的监测方法，一方面需要区域性，另一方面是准确性和及时性，远程温度控制的通信方式有多种，如通过网络，无线电等等。传统的远程温度控制，在温度控制的方法上具有非线性或不精确特性。传统的温度采集方法通常是利用热电偶把热转化电信号，再通过A/D转换的到温度值。热电偶就是一个热敏电阻，不同的电阻显示不同的数值，利用热电偶效应原理将二种不同金属材料连在一起，成为“V”字形，就是一个热电偶，连在一起的那个结成为一个感温端，远离那个结的两个尾巴应该尽量靠近，成为另一个感温端，当热电偶的两个感温工作端之间存在温差时，则在两个尾巴上就有电压形成，接在外部回路就有电流通过，形成电信号。这种温度采集方式速度慢，而且精度不是很高，在这个的基础上设计了无线电通信的远程温度控制系统，采用的是典型的反馈式温度控制系统，如图1-1所示。 电烤箱执行器数字控制数字式温度传感器 图1-1 反馈式温度采集系统框图目前还有一种是基于PLC的远程温度控制系统设计，这种温度控制主要用在工业自动化领域内，以其可靠性、抗干扰能力强，编程简单、性价比高等显著特点广泛应用于现代工业的自动化控制中。该系统的工作原理采用西门子S7-200PLC基本单元，并配置EM235模拟量输入、输出及运算能力。它所控制的温度范围10100之间，系统设置绿、红、蓝，三个指示灯来指示温度状态，绿灯亮时代表系统正常运行，红灯亮的时候代表温度超出上限，而蓝亮时表示温度低于下限。基于GSM的远程温度控制系统具备区域性、及时性和准确性，可以随时随地接收到远程的温度，通过及时收到短消息来了解所需要的温度。这样的话可以大大地节省了人力、物力和财力，提高了工作效率和加强了安全防范。所以研究这个控制系统是具有非常深远的意义。该系统由无线收发模块、核心控制模块STC89C52单片机、显示模块LCD12864、数字温度传感器DS18B20作为温度采集芯片和键盘模块这些模块组成的，通过温度传感器来对所在环境温度进行温度采集，LCD12864显示温度以及键盘来控制温度的上下限来将信息传给STC89C52单片机芯片，再经过GSM模块把温度的信息通过SMS发送到手机上，这样就达到了远程温度的控制。1.3、远程温度检测系统的发展和前景目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网是我国公众移动通信网的主要方式。GSM工作在900MHz，采用数字调制速率为270.833KBIT/S的高斯滤波最小移频键控(GMSK)调制(BT=0.3)。每载频使用时分多址（TDMA技术），分为8个全速率业务信道（TCH/F)或16个半速率业务信道（TCH/H），并包括各自所带有的随路控制信道，全速率业务信道速率为11.4BIT/ S。短信息服务（SMS)是GSM技术应用的一项重要内容，它具有一些突出特点如：一次可传输140byte的数据，数据的内容可以是字符或数字；可以在GSM网络内部端对端传输，还可以从GSM网络外（如互联网）发送短信息给一个端点站；短信息通过设在移动通信部门的短信息中心（MSC)用GSM系统的信令信道传送，与语音信道不冲突，即使终端处在通话状态下也可以进行传送;在短信息传送过程中，不进行呼叫连接建立和释放的过程； MSC具有短信息的存储功能，在终端设备关机时，可以保持信息在一定时间内有效。利用这些特点，及其双向传输的性能，可方便地实现对于采集站设备的信息采集和远程控制，即实现遥测和遥控。GSM短信息是移动通信部门利用GSM网络在提供电路交换的各种电信业务和承载业务之外提供的基于数据分组交换的一项增值业务。基于GSM网络的SMS业务现在以其快捷，方便，价格低廉的特点已普遍用于各个领域本系统已经投入重庆移动试用，运行稳定，能及时反映基站的运行状况，克服了传统维护基站时被动，费时费力的局面，减少了用户对营运商的投诉率，改善了网络运营环境，对基站起到了统一高效的维护与管理。GSM短消息服务具有广阔的发展空间和前景。2 系统论证方案和比较2.1 处理器方案论证 方案1：SCT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，俗称单片机。STC89C52有8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器，同时也具备一个完整的计算机所需要的CPU、内存，内部和外部总线系统等设备。在芯片上，拥有8位CPU和可编程的Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供了高灵活、超有效的解决方案。具有512字节RAM，32位I/O口线，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，MAX810复位电路等功能。 如图2-1是STC89C52总控制电路图： 图2-1 单片机STC89C52总控制电路方案2： FPGA是一种现场可编程门阵列，比ASIC专用集成芯片的速度慢，内部含有高层次内置模块和内置的记忆体。内部包含CLB可配置模块、IOB输入输出模块和内部连线模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储器单元加载数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。FPGA的特点：（1） FPGA内部有丰富的触发脚和I/O引脚，采用高速CMOS工艺，功耗低，可以和CMOS、TTL电平兼容。（2） 在ASIC的电路设计中周期短、开发费用低、风险最小的器件之一。（3） 可以做其他全定制或半定制ASIC电路的中试样片。虽然单片机和FPGA各有优点，但是在本设计中，功能相对简单，并且不需要大量的管脚，且单片机的成本要比FPGA要低得多。所以本次设计选用单片机为主处理器。2.1.1 STC89C52的时钟电路STC89C52的内部是由一个振荡器和高增益反相放大器所构成的，引脚RXD和TXD分别是放大器的输入端和输出端，时钟可以由内部方式或外部方式产生，内部方式的时钟电路如图2-2所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。外部方式的时钟电路如图2-2所示，RXD接地，TXD接外部振荡器，一般采用频率低于12MHz的方波信号。STC89C52时钟电路图2-2所示： +5VXTAL2XTAL1外部振荡器XTAL1XTAL2 OTC1 o 晶振图2-2 STC89C52的时钟电路2.1.2 STC89C52复位电路复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使得单片机从0000H单元开始执行程序。当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态，为了摆脱困境，也需要复位键重新启动。复位信号的电路逻辑如图2-3所示：复位电路RST/V D1 D2 Vcc片内RAM Vss 图2-3 复位信号的电图逻辑图RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期（即2个机器周期）以上。若使用频率为6MHZ的晶振。则复位信号持续的时间应超过4us才能完成复位操作，2.2显示器方案方案1：方案一采用显示器LCD12864芯片，LCD12864模块式12864的汉字图形液晶显示模块，可显示汉字及图形，与CPU可以直接相接，提供8位并行及串行两种连接方式，该液晶显示屏成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域。育松电子QC12864B这一款液晶屏，主要技术参数和显示特性: 电 源：VDD 3.3V+5V(内置升压电路，无需负压)； 显示内容：128 列 64 行 显示颜色：黄绿屏，蓝屏 显示角度：6：00 钟直视LCD 类型：STN 与 MCU 接 口：8 位并口或串行配置 LED 背光 多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等 方案2：方案二采用的是LCD1602，LCD1602液晶屏又叫1602字符型液晶，主要用来显示数字、字母、符号等的电阵型液晶模块，由若干个57点阵个点距字符组成，它所能显示的内容为162，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块，但是每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，所以1602不能很好地显示图形。1602液晶显示频的特性：（1） 微功能、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧；（2） 3.3V 或5V工作电压，对比度可调；（3） 有80字节显示数据存储器，内含复位电路；两种显示设备各有优缺点，其中12864为单色液晶屏，显示的颜色只有两种，所以只能显示简单的字符和图片。其优点时在阳光下的可视度非常好，在强光照射下，可以看得很清楚。并且其在恶劣环境寿命长。TFT虽然颜色绚丽，但是其驱动复杂，普通单片机IO的速度有限，不能很好的驱动TFT液晶屏，并且TFT液晶屏对工作环境要求比较高，怕高温。本次设计需要在恶劣环境也能工作。综上所述，在本次设计中选用了LCD12864为显示部分。2.3 温度采集方案论证方案1：DS18B20数字温度传感器，外形像三极管，体积小，适用电压更宽，更经济，采用“一线总线”化的数字传感器。它能测量的温度范围从-55+125,增量值为0.5。每个DS18B20包括一个唯一的64位长德序号并且将这个序号存放在DS18B20内部的ROM中，还可以用来储存测得的温度值的两个8位存储器RAM，编号为0和1 ，1号存放温度值的符号，若温度是负的，则存储器8位全为1，否则全为0。0号存贮器用于存储温度值的补码。在DS18B0的硬件设计中，需要注意的是，其与单片机的IO连接时需要接一个4.7K的上拉电阻，DS18B20的内部结构图，如图2-4所示：可以看出其内部是有温度敏感元件，将温度值转换为模拟量，再由DS18B20内部的AD转换器将模拟量转换为数字量，并将其存储到DS18B20内部的存储器，DS18B20内部还有一个64位的全球唯一ID，这将使DS18B20实现在一条数据线上挂载多个温度传感器，实现单线多点温度采集。并且其内部有电源检测模块，这使其在主电源断开时，可以利用信号线取电，使其正常工作。温度灵敏元件存储器和控制器64位ROM和单线接口低温触发器TL高速缓存存储器高温触发器TH电源检测配置寄存器8位CRC生成器图2-4 DS18B20内部结构图方案2：Pt100温度传感器是一种铂电阻温度传感器，随着温度的变化电阻的阻值也发生变化。属于正电阻系数，电阻和温度变化的关系如下式2-1：R=R0(1+aT) （2-1） Pt100温度传感器具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。主要参数如下：测量范围-200+850；允许存在偏差值，它可以测量的范围距离PLC的一百多米远。研究了上述两种方案，Pt100的采集温度的数据是一个电压量，也就是模拟量，单片机无法直接的读取，需要AD电路将模拟信号转换为数字信号。这造成电路的复杂和成本的上升。DS18B20位数字式温度传感器，其内部自带AD，输出的信号直接为单片机可以读取的信号。但是DS18B20相对于Pt100也有其缺点，DS18B20的温度测量范围太小。在本设计中对温度测量范围要求不高，为了设计简单可靠。采用了DS18B20为本次设计的温度传感器3 系统硬件设计硬件是整个系统的工作基础，所以硬件能否可靠的工作直接决定了整个系统能否正常工作。整个远程温度监测系统由远程温度监控报警系统结构可分为3部分：监控中心、GSM短信息（SMS）服务中心和现场监控系统。系统中的温度采集部分由单线数字温度传感器DS18B20负责实时采集现场温度信号，并把温度信号直接以数字形式传送给STC89C52单片机。STC89C52单片机取得相应的数值后经主程序分析与设定值比较，根据实际情况输出信号控制输出电路各端EI的电平，以驱动外围的控制电路工作，实现对被控制对象的控制；同时判断各监测值是否满足发送信息条件，若满足条件即通过通信模块TC35向监控中心或值班人员的手机发送信息。另外，STC89C52单片机也通过TC35模块接收发自监控中心或手机的短信息指令，对收到的短信息进行解释并执行，实现对被控制对象的管理和控制。监控中心主要功能是实时监控现场各测量设备状态，并对安装在现场的监控系统实时上传的各种信息、数据进行分析及处理。若接收到异常状态数据，服务器提供报警显示，管理维护人员可在服务器端向监测现场发送控制短信息，通过单片机改变现场工作状态。由于GSM是目前我国主要使用的蜂窝数字移动通信系统，技术成熟，覆盖面广，传输距离基本不受限制，而且直接面向用户手机，是良好的无线传输平台。用户手机为远程监控终端，当有安全事故发生时，手机就会接收到一条来自智能监控器的报警短信。在设计开发过程中GSM网络和用户手机均为现有设备，可以直接引入系统。GSM通讯网络和手机用户终端都是已有的，所以重点是智能温度监控器的设计与实现。整个系统硬件结构如图3-1：通过上面的电路的各个模块框图，更能让大家对于整个系统设计有了进一步的理解。一共包括八个电路模块：外围接口、复位电路、电源部分、独立按键部分、显示模块部分、52单片机最小系统、温度控制和运行指示这八个部分组成。系统的工作原理：温度控制系统的传感器将采集到的温度传输给52单片机，经过单片机指令，将命令发送到GSM模块上，经过GSM模块的分析与处理，最终把温度数据系统发送到所指定的手机上，整个系统结构简单，功能实用。下面就各个部分的设计作详细说明。温度采集STC89C52单片机TC35模块键盘LCD12864蜂鸣器GSM网络手机或上位PC机图3-1 整个电路的模块框图3.1电源部分一个电子产品能否正常工作的首要条件就是供电是否稳定，只有电源供电稳定，后续各个电路才能正常工作，整个系统才能可靠工作。本次设计的电源部分如图3-2所示。图3-2 电源部分本次设计中单片机和GSM模块等电路需要5V供电，而外部的输入一般为9V12V。所以在电源部分的设计中采用了三端式稳压芯片78L05,。78L05的主要特点是输出电流能达到150mA，输入电压在715V，且价格低廉。为了提高电源输出的可靠性，在设计时综合考虑了外界的干扰，在电路的输入端和输出端都添加了一个大容量的电解电容和一个小容量的瓷片电容，其主要的作用是滤出电源中的高频干扰和低频干扰，确保电源输出的纹波比较低。为后级电路提供“干净”的电压。3.2 52单片机最小系统设计中采用国产单片机STC89C52为主处理器。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能的CMOS工艺的8为微控制器，与传统的AT89C52相比，有很多共同点和不同点。STC89C52采用的和AT89C52一样的经典MCS-51内核，封装也是同样的DIP-40。不同的是STC89C52在传统的52单片机上添加了许多功能，STC89C52的数据存储空间增加到了512字节，添加了AT89C52所没有的内部EEPROM等。本次设计的单片机最小系统如图3-3所示图3-3 52单片机最小系统在设计中，使用到了串口通信，为了提高串口通信的误码率，52单片机的系统时钟采用了11.0592MHZ的无源晶振，使串口通信在9600的波特率上的误码率为0。单片机工作的基本条件有三个，分别是电源、时钟、复位。在上面介绍了电源和时钟部分，下面介绍复位部分电路。复位是单片机的初始化操作。单片机在启动运行时，都需要先复位，其主要作用是使CPU和单片机内的其它系统处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，所以复位是单片机一个非常重要的部分。但单片机本身并不能进行自动复位，其必须要配合相应的外部电路才能实现。在查阅了STC89C52单片机的芯片资料后，确定了52单片机的复位信号是高电平，且需要在RST引脚上产生大于2us。本次设计的复位电路如图3-4所示。图3-4 复位电路本次设计的复位电路工作原理是，在整个系统刚上电前，电容C5中没有电荷，在上电后电容开始充电，此时电容C5相当于短路状态，所以RST脚上的电压是5V，并随着电容充电电荷的增加RST脚的电压逐渐降低。在这一过程中RST脚上的高电平时间可由RC充放电的时间来计算。3.3 输入部分与显示部分设计在本设计中为了实现良好的人际交互，采用了LCD12864为设计的显示部分，采用5个独立按键作为输入设备。LCD12864一般是指128*64点阵的液晶模块。它主要分为带国标字库和不带国标字库两种，带国标字库的LCD12864液晶显示屏可以显示ASCII码以外还可以显示常用汉字。由于分辨率的局限，LCD12864在只能显示4行，每行8个字。其与单片机的接口一般采用8位并口方式。LCD12864与单片机的接口如图3-5所示：图3-5 LCD12864接口在输入部分采用了5个独立按键，设计原理如下图3-6所示：图3-6 独立按键3.4 温度采集模块本设计的需要采集温度数据，所使用的温度传感器为DS18B20其是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，其外围电路简单，与单片机相连只要要一根数据线。测量的温度范围为-55-+125。3.4.1 DS18B20的工作原理DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司生产的一种“一线总线”接口的新型温度传感器。它的体积小、线路简单、适用于比较宽的范围，价格低，与其他的温度传感器相比，更适合于恶劣的环境，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20温度传感器能够测量-55+125之间的温度，并且在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面有很大的改进，给用户带来了更方便的使用和令人满意的效果。DS18B20温度传感器工作原理框图如图3-7所示：斜率累加器预置比较预置计数器1低温度系数晶振 温度寄存器=0高温度系数晶振计数器2=0 图3-7 DS18B20温度传感器工作原理DS18B20的温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温系数晶振随温度变化其频率明显改变，产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计算，当计数器1的0预置减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，这个时候计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值得累加，温度寄存器所显示的数值就是所测温度。3.4.2 DS18B20的应用温度传感器的供电方式及使用应该注意的事项：（1）寄生电源供电方式（2）寄生电源强上拉供电方式（3）外部电源供电方式以上是DS18B20的三种供电方式。接下来，大家要注意DS18B20在正常使用中需要注意的方面：a) 在实际应用中，DS18B20在单线上所挂的数量是有限，不要挂任意多多个；b) DS18B20在连接时的总线电缆是有长度限制的，所以应当充分考c)虑总线分布电容和阻抗匹配问题d)在向DS18B20输入温度程序时，经过内部转换成命令时，程序总要等待它的换回信号，一旦有一个DS18B20有问题了，那么DS18B20将没有返回信号，程序也将进入死循环。3.5 GSM模块 GSM属于第二代蜂窝移动通信技术，开发这个技术的目的是让全球各地可以共同使用一个移动网络标准，让同一部手机就能行遍全球。GSM技术是将资料数据化，并将数据进行压缩，然后与其他两个数据流一起从信道发送出去，另外两个数据流都有各自的时隙。GSM网络一共有4种不同的蜂窝单元尺寸：巨蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝和伞蜂窝。它的系统主要有移动台（MS），移动网子系统（NSS），基站子系统（BSS）和操作系统（OSS）这四部分组成，任何产品都有自己的特性，GSM也不例外，防盗能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富，通话清晰，稳定性强、耗电量低和机卡分离、远距离传输等着都是优点。GSM还支持室内覆盖，通过功率分配器可以把室外天线的功率分配到室内天线分布系统上。这是一种典型的配置方案，用于满足室内高密度通话要求，在购物中心和机场十分常见。除此之外，身份识别模块GSM的一个关键特征就是用户身份模块（SIM），又叫SIM卡，它的这一特征为远程温度控制系统提供的方便。在本设计中采用的GSM模块的型号SIM300。SIM300是一个支持三个频段的GSM/GPRS模块。三种频段分别是EGSM900MHZ、DCS1800MHZ、PCS 1900MHZ。提供的GPRS信道类型多达10个，支持GPRS编码方式有4种，分别为CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四种编码方案。SIM300的结构十分小巧，其外形尺寸仅为40mm*33mm*2.85mm，可以满足各种产品对尺寸的要求。模块与其他产品的通信是靠一个60引脚的板板连接器相连。SIM300内部集成的功能非常强大，有方便用户开发自己设备的键盘接口和SPI类型的LCD接口。具有调试和数据输出两个串口，大大降低了GSM模块的开发难度。并且有个双音频通道，包含有两个麦克风输入和两个话筒输出。支持AT指令配置工作模式。SIM300是一款低功耗产品，在睡眠模式下的电流消耗仅为2.mA。并且其内部集成了TCP/IP协议栈，用户可以使用TCP/IP来传输数据，是数据传输更加灵活。在本设计中，与SIM300的通信接口为串口。3.6温度控制部分本设计为了达到能控制温度的目的，在设计中添加了两个继电器，分别来控制温度的升高与降低。继电器的主要作用是用弱电去控制强点，其内部结构如图3-8所示。继电器内有个线圈，此线圈绕在一根铁心上，当有电流通过此线圈时，铁心会产生磁力将上方的衔铁吸附下来，造成原本闭合的3端与4端断开，3端与5端连接。当线圈的两个管脚之间没有电流时，铁心的线圈磁力消失，由于衔铁的图3-8 继电器内部结构后部有一个弹簧，弹簧又将衔铁拉回原来的位置。这就是继电器的工作原理。在本次设计中，使用了两个继电器分别控制加热和降温，设计原理图如图3-9所示。图3-9 温度控制电路由于STC89C52单片机的管脚驱动能力不足，在设计中使用了一个PNP的三极管来增大驱动能力，使继电器能很好的闭合。设计中在继电器线圈两端并接一个二极管，此二极管在电路中叫做“续流二极管”，它因在电路中起到续流的作用而得名，一般在器件选型上使用快恢复二极管和肖特基二极管作为“续流二极管”。因为继电器内部有一个线圈，而线圈时一个感性原件，其中在线圈工作时的变化电流通过线圈时会产生自感电动势。根据法拉第定律自感电动势的大小于通过线圈的的变化率成正比，所以在继电器线圈断开电源的瞬间电流变化率很大，线圈将产生一个高于电源电压数倍的自感电动势并与电源电压叠加。此时续流二极管就会将自感电动势导入到电源脚，以免损坏继电器线圈。4.系统软件设计软件是整个系统的灵魂，它控制各个硬件来实现相应的功能，在本设计中主要实现远程温度的采集并显示。硬件上有LCD12864液晶显示部分，18B20温度传感器的温度读取，GSM模块短信的发送等，下面就这几个部分程序编写进行说明。4.1 DS18B20温度读取程序设计DS18B20与单片机连接只需一根数据线，与单片机的通信协议是单总线协议。单总线是一种具有一个总线主机和一个或若干个冲击（从属器件）的系统，DS18B20在单总线系统中是作为从机的。由于单总线只有一根数据线，所以挂载在单总线的多个设备同一时刻字允许与一个设备进行通信。为了实现这一目的，连接到单总线上的器件需具有漏极开漏或者是三态输出。单总线的空闲状态指的是总线上电平为高电平若要开始读取数据，总线必须保持在空闲状态，当总线上出现一个大于480us的低电平时，挂载在总线上的所有设备都将复位。在本设计中DS18B20温度读取程序流程图如图4-1所示。开始复位DS18B20发出跳过ROM匹配命令发出启动温度转换命令延时750ms等待温度转换结束 连续读取两字节数据数据变换结束图4-1 DS18B20温度读取流程4.2 LCD12864驱动程序设计LCD12864作为本次设计的显示部分，在其驱动程序的设计上需要实现对其读写的函数，还有初始化函数。LCD12864与单片机的通信方式有很多，常用的有8位并口，4线SPI，两线IIC等。本次设计所选用的LCD12864为8位并口模式。8位并口模式的优点是要比串行接口的速度快，缺点是所需的数据线和控制线比较多。其中共需要8根数据线，复位控制脚RST，指令/数据脚RS，读/写脚WR，使能端E。单片机读取LCD12864的时序如图4-2所示。图4-2 LCD12864读时序图单片机向LCD12864写数据的时序如图4-3所示。图4-3 LCD12864写时序图根据上述的时序图，编写程序可实现对LCD12864内部寄存器的读写。配合其对应的指令码可在LCD12864上显示ASIIC码和国标汉字。4.3 GSM模块程序设计 在本设计中使用了SIM300模块，其与单片机的通信是通过串口，协议为标准的AT指令。在程序设计上，首先需要实现单片机的串口通信，在整个程序的开始时，需要配置单片机的串口，由于SIM300模块串口的波特率为9600BPS，所以要将单片机的串口波特率也设置为9600BPS。本设计中需要实现报警短信的发送，其一般流程是，首先将SIM300模块短信格式设为TEXT格式，然后再温度值达到温度上限时，将温度数据格式化为标准的asiic码，并将其发送出去。GSM短信模块发送短信的一般流程如图4-4所示。开始初始化GSM模块 允许串行中断 有用户发送的命令么？编辑短信进入GSM模块有报警信息么？发送控制命令解释消息 YES NO YES NO准备图4-4 GSM发送短信流程4.3.1 常用AT指令GSM模块与单片机之间的通信的协议是attention，一般简称AT指令。AT指令一般用于终端设备与PC机应用之间的连接与通信，每个AT命令行中只能包含一条AT指令，以回车作为结尾，相应或上报以回车换行为结尾。AT指令集是从终端设备或数据终端设备向终端适配器或数据电路终端设备发送的，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。AT标准指令的使用方法是在通讯软件的命令方式下打开前置码AT+?指令后面回车，如回应OK则表示指令已正确执行，如回应ERROR，则指令错误。常用的AT指令如表4-1所示。 表4-1 常用AT指令 AT指令说明AT CSMS选择短信息服务AT CNMA新消息确认应答AT CPMS选择短信存储区AT CMGF选择短信格式AT CSAS存储短信参数设置AT CSDH显示TEXT短信模式下参数AT CMGR读取短信AT CMGL按要求列出存储的短信AT CMGS发送短信4.3.2 短信格式本设计中的GSM模块发送短信有两种格式，TEXT格式和PDU格式，下面就这两种格式进行详细介绍。a) PDU格式PDU方式被所有手机支持，既可以发送中文短信，又可以发送英文短信。PDU串表面上是一串ASCII码，由0-9、A-F这些数字和字母组成。它可以采用三种编码发送短信：7-bit编码、8-bit 编码和16-bit编码，7位编码发生普通ASCII短信；8位编码常用于发送数据消息，如图片或铃声等；16位用于发送unicode。b) TEXT格式TEXT格式是指发送的编码只是ASICC编码，不能发送中文和其它数据，局限性比较大。其优点就是编码简单，用是单片机实现占用资源很少。在本设计中就是利用TEXT格式的短信来发送温度报警信息。4.4按键消抖算法在上一章独立按键中介绍了机械按键的缺陷，在按键按下的时候电压存在抖动，这会造成程序的误判。消除这种抖动，可以从硬件和软件两个方面来解决，但使用硬件的方法成本高，电路复杂。在本节里介绍一种高效的软件消抖方法。如图3-4所示，可以看出机械按键在按下和松开的过程中存在抖动，与理想的按键按下状态差别很大。在这里需要消除这个抖动，从图中可以看出在按下按键到按键信号稳定之间有一段时间，而这一段时间中存在抖动，时间大概是10-20ms，可以利用延时的方法消除抖动，延时法消除抖动的原理是，但第一次检测到按键按下时延时20ms后再一次判断按键的状态，这样就可以有效的消除抖动。但这种方法也有很大的缺陷，那就是在延时的那段时间内，单片机的CPU只是在延时函数内做无用功，这是很大浪费，对整个系统的实时性有很大的影响。图4-5 按键抖动示意图为了解决延时法对整个系统实时性的影响，在本次设计中的按键消抖采用了跟高级的方法-状态机法。状态机法就是将按键按下到弹起的整个过程分为几个状态，分别是：状态1 -按键未按下状态2-按键按下状态2-按键确实按下状态3-按键弹起在单片机中，开启了一个1ms的定时器中断，在中断函数里计数20下，调用状态查询函数。并根据按键IO的值来跳转状态。状态转换图如图4-6所示。按键未按按键按下按键弹起按键确定按下图4-6 状态转换图状态机消抖法的优点就是利用定时器产生的时间中断，来代替延时函数，提高了系统的实时性和可靠性。4.5 整体程序流程图经过上面各个程序模块的分析，下面介绍一下程序主流程。在主程序流程中，首先开始的是硬件监测，主要方法是将所有控制端口依次打开，观察相应的现象是否正常。第二步是进行硬件的初始化，主要