基于GPRS通信的粮仓温湿度远程监测系统设计-自动化毕业论文

本科毕业设计(论文) 题 目 基于 GPRS 通信的粮仓温湿度远程监测系统设计 专业名称 自动化 学生姓名 刘 瑾 指导教师 王卫军 毕业时间 2016 年 6 月 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 毕业 任务书 一、题目 基于GPRS通信的粮仓温湿度远程监测系统设计 二、指导思想和目的要求 GPRSGeneral Packet Radio Service，通用无线分组业务，是一种基于 GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲， GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手 上。虽然移动通信技术发展演变很快，但是GPRS在许多领域依然有着广泛应用。 温度及湿度是粮仓存储的两项关键指标，其检测方法也是粮食存储的关键 问题，目前，相当多的检测依然采用人工进行，劳动强度大，工作繁琐，并且 由于监测报警不及时，会导致粮食受损。研究一套自动化程度高、成本低但精 确度高的粮仓温湿度远程监测系统具有重要现实意义。本论文的特点是采用 GPRS实现温湿度的远程监测。 1. 掌握运用所学理论知识分析解决工程实际问题的一般方法； 2. 培养分析问题、解决问题和独立工作的能力； 3. 通过毕业实习、毕业设计及毕业答辩全过程的训练，加强老师与学生之 间、学生与学生之间知识的相互交流，互相渗透，培养学术研讨的好学风； 4. 要求同学们以满腔的热情、科学的态度，严谨的作风、高度的责任感 从事毕业设计工作；不得敷衍了事、马马虎虎、得过且过；提倡周密思考、大 胆创新，反对死搬硬套、墨守陈规；提倡共同研究，反对相互抄袭； 5. 要求遵守学校的各项规章制度，确保毕业设计顺利地、高质量地完成。 三、主要技术指标 1. 学习熟悉GPRS技术；选择一款适合本设计的MCU，设计计算机实时监 测系统； 2. 选择适合本设计的传感器，完成对粮仓温度、湿度信息的实时检测，设 计相应计算机接口电路； 3. 使用GPRS通信测试工具软件进行调试； 4. 实现当地实时显示功能； 5. 设计5V电源给单片机供电。 设计 论文 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 四、进度和要求 1. 第1-3周收集资料，根据需要学习相关的硬软件； 2. 第4周进行系统概要设计，提出设计的总体思想； 3. 第5周，确定设计方案； 4. 第6-12周，完成系统硬、软件的设计，针对设计中存在的缺点和不足， 不断完善设计方案； 5. 第12-13周，撰写并修改论文； 6. 第14-15周，完成论文；完成答辩资料，准备答辩。 五、主要参考书及参考资料 1 卫革.基于GPRS的远程无线数据采集系统设计D.北方工业大学，2010. 2 王欢,王侦,季金胜.基于GPRS和3G通信的粮仓温湿度远程监测系统J. 软件,2011. 3 张月金,谭军.国内粮情测控系统现状及发展趋势J.农业装贝技术，2009. 4 成春旺.监控系统中基于GPRS的无线数据传输系统的研究与实现D.北 京邮电大学,2006. 5 卑璐璐.无线温湿度监测系统设计D.辽宁工程技术大学,2008. 6 顾简,施云波,修德斌，等.基于GPRS的环境温湿度监测系统设计J. 黑 龙江大学自然科学学报,2010,06:832-835+840. 7 梁锋林,邱兴阳,郑健.基于STC89C52与GPRS药品仓储温湿度监控系统J.齐 齐哈尔大学学报(自然科学版),2015,01:14-17. 8 张正平,夏斌,刘桥.基于单片机的GPRS无线数据采集与传输系统的设计 J.四川理工学院学报(自然科学版),2007,05:18-22. 学生 _ 指导教师 _ 系主任 _ (须本人亲笔签名）须本人亲笔签名） 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 摘 要 对粮食如何进行高效科学的管理在目前是一个全球性的难题。按照调查统 计显示，全球每年都会因为不当的储粮方式而产生巨大的损失。因此，粮食的 安全存储具有很大社会意义和经济价值。随着自动化技术、计算机技术和通信 技术发展，对粮仓进行温湿检测的技术也在不断的发展和提升。 本课题研究了基于 GPRS 技术的粮仓温湿度远程监测系统。GPRS 通用分 组无线交换技术属于移动通信中的数据传输技术，具有速率高、稳定性强等特 点。选择 GPRS 无线技术进行监测，与传统的人工管控粮仓的方式相比，具有 监测覆盖范围广、监测点配置灵活、传输距离远等优点，优化对粮仓温湿度的 远程监测，有效的降低了监测成本。 本系统由温度检测模块、湿度检测模块、数据显示模块及数据传送模块组 成。通过这些模块可以完成对粮仓内各监测点的信息采集、信息处理和实时显 示，完成对数据的传送。实现了对粮仓温湿度的远程实时监测。 本论文综合运用了单片机技术、传感器技术及 GPRS 通信等技术，为提升 粮仓温湿度远程监测效率做出了积极的尝试。 关键词：温湿度传感器，数据采集，STC89C52 单片机，GPRS 通信 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 ABSTRACT How efficient management of food science at the present is a global problem. According to the survey statistics show that each year worldwide are due to improper way of stored grain and produce huge losses. Therefore, the safe storage of food has great social significance and economic value. With automation technology, computer technology and communication technology development, granary temperature and humidity detection technology is constantly developing and upgrading. This research granary temperature and humidity of the remote monitoring system based on GPRS technology. GPRS General packet radio switching technology is the mobile communication data transmission technology, with high speed, stability and other characteristics. Select GPRS wireless technology to monitor, compared with the traditional way of manual control granary, with a broad monitoring coverage, monitoring point configuration flexibility, transmission distance and so on, the optimization of the granary temperature and humidity of the remote monitoring, effectively reducing the cost of monitoring . This system consists of a temperature detection module, humidity detection module, data display module and data transmission module. These modules can be completed for each monitoring point within the granary of information collection, information processing and real-time display, the data transfer is completed. We realized the granary temperature and humidity of the remote real-time monitoring. In this paper, the integrated use of chip technology, sensor technology and GPRS communication technology, to enhance the efficiency of remote monitoring of temperature and humidity granary made a positive attempt. KEY WORDS: temperature and humidity sensors, data acquisition, STC89C52 MCU, GPRS communication 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 目 录 第一章第一章 前言前言.1 1.1 课题研究背景及意义.1 1.2 GPRS 技术简介.1 1.3 温湿度监测技术的发展.2 1.3.1 温度监测技术的发展.2 1.3.2 湿度监测技术的发展.2 1.4 本课题研究内容.3 第二章第二章 系统整体方案设计系统整体方案设计.4 2.1 粮食仓储环境及影响因素.4 2.1.1 粮仓类型概况.4 2.1.2 温湿度对粮食的影响.4 2.2 系统总体设计.5 2.2.1 系统的设计原则及实现的功能.5 2.2.2 系统的结构组成.5 2.2.3 系统的技术指标.6 第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计.7 3.1 GPRS 数据传送模块选择.7 3.1.1 GPRS 结构组成.7 3.1.2 ATK-SIM900A 模块简介 .8 3.2 单片机.11 3.2.1 STC89C52 单片机简介.11 3.2.2 单片机最小系统.12 3.3 温湿度传感器选择.14 3.3.1 温度传感器.14 3.3.2 湿度传感器.16 3.4 显示模块选择.19 3.4.1 LCD1602 液晶显示屏简介.19 3.4.2 LCD1602 与 STC89C52 连接.20 3.5 电源模块选择.21 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计.22 4.1 系统软件总体设计要求.22 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 4.2 温湿度数据采集显示模块软件设计.22 4.2.1 温湿度数据采集显示模块流程图.22 4.2.2 温湿度数据接收传送模块流程图.22 4.3 GPRS 模块与单片机通信协议及串口设计.23 4.3.1 GPRS 模块与单片机通信方式.23 4.3.2 GPRS 模块与单片机串口部分软件设计.23 4.4 系统温湿度采集显示部分仿真.25 第五章第五章 全文总结全文总结.26 参考文献参考文献.27 致致 谢谢.29 毕业设计小结毕业设计小结.30 附附 录录 硬件原理图硬件原理图.31 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 1 第一章 前言 1.1 课题研究背景及意义 中国作为全球生产粮食的大国，同时也是粮食消耗大国。每年能够产出近 5 亿吨的粮食。目前，我国大多数粮食企业都是采用粮仓来存储粮食。同时很 大一部分粮仓的储藏量都较大，这使得粮食的安全储藏成为一个很重要的问题。 粮食在收割以后会因为存储、输送、流通等过程中产生一定的损失，而根据调 查显示，其中由于粮食在存储过程中而损失的占了较大的比重。 粮食在存储的过程当中，温度和湿度是重要的影响因素。通常谷物类粮食 的适宜温度应当保持在 10C 15C 之间，湿度则应当保持在 30%左右。粮食的 存储对温度和湿度具有较为严格的范围限制。但由于季节变换和天气的变化， 一旦温湿度不适就会很容易引起粮食的霉变和生虫。因此对粮仓中的温湿度变 化进行检测和控制是管控粮仓的首要问题。 目前，人们对粮仓温湿度进行管理监测的方法主要采用的是人工监测。这 种监测方式不仅耗时耗力，同时也易出现数据结果不精确等问题。随着信息技 术的不断发展，粮仓温湿度监测技术的自动化程度也在不断的提高，能够有效 的提高数据的精准性，实时性，同时也降低了工人的劳动强度，除此之外也能 够有效的减少粮食产后的损失。 1.2 GPRS 技术简介 随着无线通信和网络技术不断的发展，我国进入了全面信息化时代，人们 对于数据服务的认知和需也求日益剧增，开始希望能够随时随地都能够获取文 本、图像、语音、视频等信息服务。在这样的需求之下，以 GPRS 为基础的业 务曾经占据数据通信发展演变中的重要位置。 GPRS 是在 GSM 的基础之上增加了 SGSN服务 GPRS 支持节点和 GGSNGPRS 网关支持节点这两个节点而形成的移动分组数据网络。GSM 通讯方式为半双工通信方式，不能同时双向收发数据，其平均传输时延过大， 实时性不强且不利于远距离的数据传输，同时易受电磁环境的影响导致数据的 可靠性较差1。GPRS 则可以弥补 GSM 技术的不足之处。利用 GPRS 进行数据 传输具有以下优点： 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 2 与 GSM 电路交换(CS:circuit switching)数据传输相比，GPRS 的分组交 换技术(Packet switching technology)具传送速度快的特点，使用中能达到 2040kb/s； GPRS 能做到即使没有在进行工作的时候，都能够与网络随时保持联系 并且保证系统无延时，做到随时在线，可以完美的符合系统在接收到数据后可 以立即进行传输的要求。 由于目前 GMS/GPRS 网络在全国的覆盖范围较广，对于采用 GPRS 进 行数据传输的技术，因为不用再重新建设网络，可以直接安装所需设备，所以 降低了成本。除此之外，GPRS 是按照数据流量、业务类型及服务质量等级来 计费的方式，极大地降低了通信费用； 由于 GPRS 的覆盖范围广，可以实现大范围的数据实时监控； GPRS 不易受外界影响而发生中断信号传输等状况。 目前基于 GPRS 的远程数据传输系统也已经非常成熟，同时由于它的实时 性、稳定性及费用低等特点，已大范围应用于工业(遥测、遥控)、环保系统(监 测污水、污气排放)、运输业(车辆调度指挥)和金融业(移动银行)等。 1.3 温湿度监测技术的发展 1.3.1 温度监测技术的发展 早期温度测量方式是将温度计放置在需要测量的点，然后由检测人员根据 需求去读取温度数据。这种人工检测读取数据的方式存在以下几个问题： 当监测点的数量较多时，就会需要大量的监测人员去读取和记录数据， 这种方式会浪费大量的人力物力。 由于温度计的测量精度较低且采取人工读取数据的方式等因素，会导致 温度监测出现速度慢、效率低、精度低和实时性差等问题。 采用数模转换器、采样器、电阻式温度传感器等组成的监测系统从 80 年代 开始出现，取代了传统的人工检测的方式，提高了监测效率和准确率，减少了 人工劳动力。但由于这类传感器的灵敏度不高，电阻的阻值容易受到温湿度的 影响，因此该监测系统在各方面虽然有所提高但仍存在着不足之处。直到 20 世 纪初，粮仓监测系统才有了进一步的飞跃：热电偶传感器和半导体传感器开 始出现；使用单片机对数据进行处理和传输；采用了交叉式排线技术，简 化了检测线路；同时采取串行传输的方式进行传送。通过软件和硬件技术的 结合使得系统的整体性能有了较大提高。 如今，在对原有的模拟式温度传感器的基础上做出技术性的改进后，产生 了很多数模相结合的传感器，开始从集成化向智能化的方向发展。 1.3.2 湿度监测技术的发展 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 3 随着时代的发展，我国对环境湿度的监测越来越重视，湿度检测技术也得 到了较大的发展。湿度检测标准从没有到详细具体，种类也从最初的数量极少 发展到现在的应有尽有。湿度检测技术的主要内容包括湿度标准、湿度检测器 具等。 我国在早期最先研究出氯化锉电阻式湿度传感器。这种湿度传感器具有性 能稳定、反应灵敏、精度高等优点，但缺点是体积过大，不宜在温度变化激烈、 易结露或污染的环境中使用。 随后在 80 年代初，又推出了一种以陶瓷为基片 的小型氯化铿电阻式湿度传感器。该传感器基于氯化锉湿度传感器产生，在灵 敏度和测量范围等方面都做出了进一步的优化。在一些湿度低于 5%RH 和高至 98%RH 的环境中都能够准确的进行测量，且测量精度为士 2.0%RH。此外，该 传感器的体积也是同类湿度传感器的 1/3 或 1/5，在价格上也比同类湿度传感器 要低。 最近这些年，湿度传感器的研究取得了较大的进展：湿度传感器从普通 的电阻、电容等电子器件向智能化、一体化等方向飞速发展；湿度检测技术 中也开始运用湿度自动校准和线性化处理等多项先进技术。 由于科技的快速发展，温湿度监控系统从传统的人工检测的方式转变为智 能监控方式，使得温湿度监测系统开始广泛应用于工农业领域，同时对粮仓监 测的准确性、稳定性要求越来越高。不断的提升粮仓的监测设备、优化监测成 本已经成为当前研究粮仓监控的重点。 1.4 本课题研究内容 本课题设计的温湿度监测系统以 GPRS 技术为基础，单片机技术为核心， 系统共分为三个部分：温湿度数据采集；LCD 数据显示；GPRS 数据传 送及上位数据记录。通过单片机对温湿度信息进行检测并处理显示，同时使用 GPRS 模块将信息传送到上位机，为决策提供依据，做到对粮仓的温湿度进行 实时有效的监控。本文共分为五章。各章节包含内容如下： 第一章 绪论。介绍了本课题研究的背景以及研究的目的和意义；介绍了 GPRS 技术及温湿度监测系统技术；介绍了主要研究内容并对论文整体做出了 安排。 第二章 对 GPRS 粮仓温湿度远程监测系统做出了整体设计，介绍了系统的 结构并对各组成部分用途做出说明。 第三章 对整个监测系统做出了硬件设计，主要介绍了对单片机、温度传感 器和湿度传感器、液晶显示、GPRS 数据传送等模块的选型。 第四章 对 GPRS 粮仓温湿度远程监测系统做出了软件设计，介绍单片机如 何对温湿度数据进行采集及控制 LCD 进行显示，以及 GPRS 模块与单片机如何 通信及接口电路设计与实现，介绍了系统仿真及调试过程。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 4 第五章 对文章进行总结，总结了整个文章所做的工作，说明了系统的优点 和不足之处，提出可以改进的地方。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 5 第二章 系统整体方案设计 由于自动化技术和网络通信技术的发展，使自动监控系统已经广泛应用于 各个领域。本系统结合了单片机技术与 GPRS 技术，设计了一个基于 GPRS 的 粮仓温湿度监测系统，对粮仓内的温度和湿度进行实时动态监测，并实现对温 湿度数据的采集、处理、显示及传输，为粮仓的管理提供了有效的数据。针对 目前我国粮仓基本规模，在系统总体设计中重点考虑了粮仓内传感器的布局以 及数据传输的抗干扰性和稳定性。 2.1 粮食仓储环境及影响因素 2.1.1 粮仓类型概况 1949 年解放初始，中国能够存储粮食的地方十分有限，大部分都是改建的， 且存储条件和技术也跟不上需求，因此导致粮食损失严重。在这样的背景之下， 我国粮食工作人员自强不息，发挥出他们的智慧，建造出了最早的“四无”粮 仓。这些库仓的容量普遍较大，约为 5000 吨，目前这种类型的粮仓因为建仓时 间长、库区环境落后、没有智能化机械设施，现占己命名的国家粮食储备库的 40%。在六七十年代，我国产生了许多的简易粮仓。粮仓有地下库、简易房式 仓、砖砌圆筒仓和山洞库等类型。这些粮仓机械化程度虽然不高，但由于这类 粮仓能够始终将温度控制的很低，有效的防止了粮食的损失。用此种类型的粮 仓来长期储备粮食开销很小。此类的粮仓在全国所占的比例大概在 10%左右。 八九十年代初期，粮仓开始向楼房仓、钢筋混凝土立筒库等类型粮仓进行转变。 这些仓库整体条件较好，可以存储粮食的存量也比较大，配备的机械设备也较 齐全，在国家储备库中约占到 35%。现在我国粮仓已经发展为科技化仓库。这 些粮仓主要包括高大房式仓、立筒仓以及高大浅圆仓。其条件相比过去的粮仓 好很多，规划科学合理、装备也更为先进。 2.1.2 温湿度对粮食的影响 温湿度作用于谷物类粮食的途径之一是由于其本身含有水分，粮仓内的水 分含量将直接会影响到谷物的含水量。若仓内水分超标，谷物就会吸收水分而 增加含水量从而导致其体内有机物呼吸增强，这样即会降低自身的营养成分， 同时也会导致水量增多、温度变高，令其发霉状况变得严重。第二个原因则是 由于绝大部分害虫的最佳生长、繁殖的温度为 20C30C，而当温度在 17C 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 6 以下或在 40C 以上时害虫不能繁殖和生长，也就无法生存。此外，水分也会影 响害虫的滋生，当谷物内的水分存在值大于 13. 5%是害虫会迅速滋生，而当水 分含量小于 12%时，害虫则很难滋长。我国每年由于虫害而导致的粮食损失也 是巨大的，除此之外，微生物的繁殖条件也与温湿度有巨大的关系，微生物的 繁殖温度约在 20C30C 之间，湿度在 65%RH100%RH 间，当温湿度较高 时，微生物会迅速繁殖产生蛋白酶和解脂酶来分解粮食，致使粮食丧失营养成 分并在分解的过程中释放出水分和能量，加剧了粮食的腐烂和霉变2。 基于上述原因，只有将粮食的温度储藏条件控制在大约 10C15C 之间， 湿度储藏条件控制在大约 30%RH 左右，才能有效的防止由以上这些原因而对 粮食产生危害及损失。 2.2 系统总体设计 2.2.1 系统的设计原则及实现的功能 根据粮仓的特点确定了以下设计原则： 由于粮仓的体积较大，因此本系统设计在粮仓中不一样的位置和不一样 的高度分别安装 4 个温度传感器和 4 个湿度传感器。这样可以更为精准的检测 温度和湿度数据； 为了便于粮仓管理人员对当前温湿度进行了解以及做出相应的措施，本 系统在粮仓内安装了 LCD 显示屏来显示当前温湿度数据； 由于粮仓内的温湿度变化并不是非常剧烈，所以设定 LCD 显示屏每两 分钟更换一次数据； 本系统只监测不涉及报警处理； 本系统在设计中需要坚持低功耗、低成本的原则。 本设计可以实现下列功能： 通过对多个检测点进行检测，达到对粮仓内温湿度信息的实时监测、传 输； 监测设备具备较高的可靠性、灵敏度和抗干扰能力，并能对数据进行存 储和传输； 系统应具有较好的实时性； 采用 GPRS 无线通信模式进行数据的传输。 2.2.2 系统的结构组成 粮仓温湿度监控系统结构分为三部分：数据检测显示部分、数据控制传送 部分和数据储存部分。其中单片机控制传感器对温湿度数据进行检测和显示； 单片机同时负责将温湿度数据传送给 GPRS 模块；上位机(一般是 PC 机)则主要 对数据进行记录以方便管理人员查看。系统由 STC89C52 单片机、温湿度传感 器、LCD 显示模块、GPRS 数据传输等模块组成。整体结构框图如图 2-1 所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 7 温度传感器 湿度传感器 LCD 显示屏 单片机 STC89C52 电源 GPRS 模块上位机 图 2-1 系统结构框图 2.2.3 系统的技术指标 温度测量范围:-10C+85C； 温度精确度: 0.5C； 湿度测量范围:0%RH100%RH； 湿度精确度: 3.0%RH。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 8 第三章 系统硬件设计 根据课题的总体设计方案，本章将在此基础上，完成对温湿度数据检测模 块、单片机模块、显示模块、GPRS 数据传送等模块的硬件电路设计，同时对 各模块的特性特点进行介绍，并对它们的工作原理进行分析。 3.1 GPRS 数据传送模块选择 3.1.1 GPRS 结构组成 GPRS 就是在现有的 GSM 的基础之上新增由了 SGSN 和 GGSN 组成这两 个节点组成的 GSN 节点来实现分组数据业务，是介于 2G 和 3G 之间的 2.5G 技 术。整个系统中除了增加 GSN 节点之外，还增加了 Gb、Gc、Gd、Gf、Gn/Gp、Gs、Gi、Gr 和 Um 等接口。GPRS 的网络结构和接 口种类分别如图 3-1 和图 3-2 所示。 图 3-1 GPRS 网络结构 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 9 图 3-2 GPRS 的接口种类 综合 GPRS 模块的功能及其特点，系统对数据传输的要求和成本性能等方 面，本文选择了由广州星翼公司生产的 ATK-SIM900A GSM/GPRS 模块。 3.1.2 ATK-SIM900A 模块简介 SIM900A 型号是由 SIMCOM 推出的紧凑型双频 GSM/GPRS 模块，同时具 有高可靠性，采用工业标准接口、SMT 的封装形式，使用功能强大的 ARM9216E 型处理器，支持 RS232 串口和 LVTTL 串口，工作频段双频： 900/1800MHz，可以实现低功耗对语音、数据等信息进行传输。ATK-SIM900A 模块图如图 3-3 所示。 图 3-3 ATK-SIM900A 模块图 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 10 (1)(1)SIM900A 模块特性模块特性 供电：单电压 3.2V4.8V； 尺寸为 24*24*3mm，体积小； 支持 EGSM 900 和 DCS 1800 两个频段，同时可自动搜寻两个频段或通 过 AT 命令来设置； SIM900A 模块电流在待机模式时低于 18mA，在睡眠模式时低于 2mA，功耗非常的低； 正常工作温度：-30C+80C； GPRS 数据特性：下行传输最大 85.6 kbps，上行传输最大 42.8 kbps； 支持用于 PPP 连接的 PAP 协议，同时内嵌 TCP/IP 协议。 (2)(2)SIM900A 模块的选择接口模块的选择接口 RS232(P3) 本接口用于选择将 RS232 串口连接到通信端口或调试端口。SIM900A 模块 通过 STXD 和 SRXD 这两个数据通信接口进行发送 AT 指令和数据等。同时， STXD 和 SRXD 这支持 LVTTL 电平(即 3.3V/SV)的单片机系统，因此可以直接 将单片机系统的 RXD 和 TXD 和这两个接口相连来实现数据的通信。而 DTXD 和 DRXD 则是调试接口，主要应用于软件的升级。 (3)(3)SIM900A 模块网络状态指示灯模块网络状态指示灯 ATK-SIM900A 模块的指示灯(NET_ STA)是一颗 0805 封装的红色 LED，用 于指示网络状态。可通过指示灯的亮灭状况清晰的对该 GPRS 模块的工作情况 作出判断。如表 3-1 所示。 表 3-1 网络状态指示灯与工作状态对照表 NET_STA 状态工作状况 熄灭关机 64ms 亮/800ms 灭没注册到网络 64ms 亮/3000ms 灭注册到网络 64ms 亮/300ms 灭GPRS 通信 (4)单片机与 SIM900A 模块串口设计 SIM900A 串口引脚功能如表 3-2 所示： 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 11 表 3-2 SIM900A 串口引脚功能 引脚 串口名称 功能 3 DTR 数据终端准备 4 RI 振铃检测 5 DCD 数据载波检测 6 DSR 数据设备准备 7 CTS 发送清除 8 RTS 发送请求 9 TXD 数据发送 10 RXD 数据接收 引脚 调试口名称 功能 27 DBG_TXD 数据发送 28 DBG_RXD 数据接收 SIM900A 与单片机串口设计： 单片机与 GPRS 进行串口连接时，必须首先进行电平的匹配。当单片机和 GPRS 模块接口的电平不匹配时，可以使用 LEVEL SHIFT 电平转换器或三极管 进行电平匹配。当电平差别较小时，可以直接串接电阻进行电平匹配。 SIM900A 的串口平均电平在 2.8V 左右，本文直接对单片机和 GPRS 模块进行 串接电阻使电平相匹配。单片机的 UART 即 TTL 电平串口与 GPRS 模块的 TXD 和 RXD 串口连接进行数据的互换，其连接图如图 3-4 所示，电路图如图 3-5 所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 12 图 3-4 GPRS 模块与单片机串口连接图 图 3-5 GPRS 模块与单片机连接电路图 3.2 单片机 单片机又叫做微控制器，微型电子器件的一种。它是把中央处理器 CPU、 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、定时器/计数器、I/O 接口电路、中断控 制系统等功能集成到同一块芯片上，构成的一个完整的微型计算机系统。具有 性价比高、体积小、集成度高、低功耗、可靠性高等特点，已经从上世纪 80 年 代，由当时的 4 位/8 位单片机，发展到了现在的 300M 的高速单片机，目前在 工业控制领域也得到了广泛的应用。 本文选择了 STC 公司生产的 STC89C52 单片机。 3.2.1 STC89C52 单片机简介 STC89C52 单片机是 STC 公司生产的一种高性能、低功耗的 CMOS8 位微 控制器，具有 8K 字节系统可编程 Flash 存储器。内核与 51 系列相同，并对其 做出了很多的改动，令 STC89C52 MCU 在原有的最初的 51 单片机的基础上增 加了许多新的功能，具有抗干扰性强、速度快、功耗低和指令代码完全兼容 8051 单片机等特点，为众多嵌入式控制应用系统提供灵活性高且有效性强的解 决方案。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 13 (1)(1)STC89C52 单片机的参数特性单片机的参数特性 增强型 6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统 8051 单片机； 工作电压为：5.5V3.3V(5V 单片机)/3.8V2.0V(3V 单片机) 工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工 作频率可达 48MHz； 具有 8K 字节程序存储空间； 芯片上集成 512 字节 RAM； 有 32 个通用 I/O 口； ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，可通过串口 (RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户程序，无需专用编程器、仿真器； 内带 4K 字节 EEPROM 存储空间； 共 3 个 16 位定时器/计数器 T0、T1、T2； 内置看门狗定时器； 通用异步串行口(UART)； 工作温度范围：工业级：-40C+85C (业级)；商业级：0C75C； 封装：PDIP。 3.2.2 单片机最小系统 STC89C52 的最小系统由单片机、外部晶振电路和外部复位电路构成。其 中 MCU 看作为一块微处理器，通过向它加载程序来实现系统的功能。晶振电 路的作用是给单片机提供工作时钟源。而复位电路的作用即可以上电复位，还 可以在单片机工作过程中手动给其复位。这三个模块组成由图 3-6 所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 14 图 3-6 STC89C52 单片机最小系统结构图 (1)(1)复位电路设计复位电路设计 单片机的复位电路，就是具有可以使单片机回到起始状态功能的电路。其 主要作用是在单片机的每一次启动时进行复位或当系统运行错误或操作错误时 可以复位重新启动。是一个非常重要的功能。STC89C52 单片机复位的方式为 手动按扭复位和自动上电复位。 手动按键复位： 手动按键复位分为电平方式和脉冲方式这 2 种。前者的实行是通过使复位 端经电阻与 Vcc 电源接通，后者则是通过对脉冲信号进行变换来实现。电路图 分别如图 3-7 中(a)和(b)所示。 (a) 按钮电平复位 (b) 按钮脉冲复位 图 3-7 手动按钮复位电路图 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 15 自动按键复位： 自动上电复位的实现是通过给外部复位电路的电容充电，电源 Vcc 的上升 时间不超过 1ms，系统在接通电源的时候就复位到初始化状态。电路图如图 3- 8 所示。 图 3-8 自动上电复位电路图 (2)(2)时钟电路设计时钟电路设计 内部时钟方式和外部时钟方式是单片机的时钟产生的两种方法。前者工作 方式是将定时器件外连在 RXD 和 TXD 引脚上，器件内的振荡器就会自行产生 稳定持续的振荡。组成图如图 3-9 (a)所示。后者的工作方式则是 RXD 接地， TXD 连接到外部的振荡器上。组成图如图 3-9 (b)所示。本文中的单片机选择采 用内部时钟模式，定时器件通常使用频率处于 1.212MHz 的石英晶体和数值 基于 530pF 的电容组成电流谐振闭合回路。 (a) 内部时钟电路 (b) 外部时钟电路 图 3-9 时钟电路图 3.3 温湿度传感器选择 3.3.1 温度传感器 温度传感器是指能检测温度并将其转换成可用输出信号的传感器。可分为 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 16 接触式和非接触式两大类。前者又叫做温度计，原理为通过热传递达到系统平 衡，温度计呈现出的检测物体的温度且可以直观的看到数据。