GSM短消息的温度报警系统设计 精品.doc

1 1 引言引言 当前 在许多工业领域里 调速系统都有着广泛地应用 而电动机是调速 系统主要的部分之一 决定电动机寿命的因素很多 最主要的是绝缘老化速度 导致绝缘老化的原因主要是由机械或热作用引起的疲劳损坏 特别是热作用对 绝缘老化与电动机寿命关系重大 随着现代电力电子技术和网络技术的迅猛发 展 温度防护在调速系统中的作用越来越重要 本文涉及到一种基于GSM网 络技术的调速系统温度报警的新技术 近年来 移动通信发展如火如荼 从模 拟的AMPS网到数字蜂窝GSM网 到CDMA移动通信网 现在日本一些国家又 提出了第四代移动通信网 即4G 的概念 并开始开发和研制 目前 随着手机 性能增强 价格下降 通信费用降低 移动通信用户比较普及 如依托移动通 信网的SMS 短消息业务 建设智能监控防盗报警系统将有很大的发展潜力和实 用价值 SMS 短消息业务 是GSM网的一项增值业务 他通过控制信道传输数据 支持点到点消息业务及消息广播业务等多种方式 通过SMS传输数据具有以下 优点 1 信道建立时间短 数据传输速率快 2 不占用话音信道 通话时不影响数据传输 3 由于不占用话音通道 通信费用低廉 4 通过短消息广播业务 可提供点对多点的数据传送 5 系统扩容方便 另一方面 SMS还受信息长度的限制 点点信息长度为140B 消息广播业 务信息长度为82B 这就决定了传输的数据不能太长 依托移动通信网的 SMS 短消息业务 建设智能温度报警系统由于发送到用户手机或监控中心的是 警情信息 内容较少 因此在充分利用SMS传输数据优点的基础上SMS传输信 息长度也完全能满足要求 使用GSM网建设温度报警系统 以其特有的防火 防潮 防化学物质腐蚀 防剪 防破坏 无需布线 工程简单 费用低廉 易于管理 易维护和移动性 好成为理想的温度报警系统 实现对调速系统内部状况的实时远程监测监控 从而可以实现对调速系统温度的实时检测和远程智能控制等功能 1 1 数据采集系统的基本概念数据采集系统的基本概念 在生活和工业过程中 通过一定的测量设备把温度 湿度 压力 速度等 模拟量转变为数字信号 再收集到处理设备上显示 处理 记录和传输 这个 过程即称 数据采集 实现这个过程的系统就是 数据采集系统 一般来讲 一个典型的数据采集系统如图1所示 图1 典型的数据采集系统 1 2 基于基于 GSM 和通用计算机的数据采集系统和通用计算机的数据采集系统 近年来 随着移动通信技术的发展 根据目前GSM网络技术成熟 覆盖范 围广的特点 合理有效的利用GSM网络资源 可以避免组建专用数据传输网络 的成本费用高 通讯距离短 通讯效果差等诸多难题 GSM网络在计算机应用 领域中迅速发展的一种系统结构形式 它是由通用计算机 PC机 与GSM网络的 短消息相连而成 GSM网络及其外围电路构成的部分是专为数据采集等功能的 要求而配置的 主机则承担数据采集系统的人机对话 大容量的计算 记录 打印 图形显示等任务 混合型计算机数据采集系统有以下特点 1 系统配置灵活 易构成各种大中型测控系统 2 主机可远离现场而构成各种局域网络系统 3 系统采集端的软硬件设计与配置规模都是以满足数据采集系统功能要 求为原则 因此系统的软硬件应用 配置比接近于1 具有最佳的性价比 系统 的软件一般都有应用程序 4 系统采集端的可靠性好 使用方便 应用程序在ROM中运行不会因 外界的干扰而破坏 而且上电后系统立即进入用户状态 1 3 GSM 网络的协议模型网络的协议模型 GSM网络的协议模型GSM标准采用不同的信道来传送用户信息和信令信息 因此也就有如下两类信息数据 用户信息 包括语音和数据 信令信息 用于呼叫建立 释放系统管理信息 另外 GSM标准将短消息业务也用信令信道来传送 GSM规范中给出了无 线通信的接口标准即空中接口Um 通常用分层传输的信令实体协议模型说明 如图2所示 GSM标准Um接口信令在网络实现时 各层根据其完成的功能不同 由网络的不同部分来完成 这主要是为了减少子系统间的数据传送量以及移动 交换中心的处理压力 而在移动台的一侧全部功能则由移动台独立完成 其中 各通信实体含义为 CC 呼叫控制 SMC 短信息业务控制 MM 移动特性 现 场 传 感 器 模 数 转 换 器 C P U 键盘 显示设备 执行设备 管理 TCAP 转移能力应用部 RM 无线资源管理 SCCP 信令连接控制部 BSSMAP 基站系统管理应用部 MTP 信息传输部 ISDN UP ISDN 用户 部 MAP 移动通信应用部 1 图2 GSM网络信令协议模型 1 4 本设计的研究内容本设计的研究内容 正如前文所述 由于计算机技术和通信技术的飞速发展 数据采集系统已 经逐步由集中控制系统向集散型系统发展 集散型系统与集中式系统的根本区 别在于集散型系统采用了网络技术将多个处理系统连接在一起 使他们有序 协调地工作 在工业现场中 数据采集点可能与控制中心距离较远 同时分散 的分布于一个较大的地域范围内 这时采用有限网络技术就显得力不从心了 使用SMS进行数据传输不需要架设专用的网络线路 组网成本低 可以方便地 增加数据采集点 适用于范围大而分散且处于偏远地区的数据采集传输 均需 GSM网络覆盖 本文正是研究了基于GSM网络下的SMS服务进行数据传送的 数据采集系统的软硬件设计 2 2 数据采集系统硬件设计数据采集系统硬件设计 2 1 硬件总体设计框图硬件总体设计框图 本文设计了一种通过GSM短消息的收发实现对系统设备进行遥控 基于单 片机控制 利用支持短消息业务的GSM引擎模块发送温度报警信息 还利用现 有的900M或1800M的GSM网络 而监控终端也不再仅局限于PC机 也可以是 移动通讯平台或其他移动终端 对系统环境状况监测和数据传输的GSM短消息 遥控监测系统 该系统克服了普通电话遥控的人机界面不友好 且控制功能少 等缺点 实现了数据采集 温度等 实时监测 短信报警的功能 为调速系统 移动台 移动交换中心 基站 CC SMC SS MM RM L2 L1 BSSMAP RM SCCP L2 MTP L1 CC SMC MM MAP ISDN UP BSSMAP TCAP SCCP SCCP MTP MTP 的安全提供了保证 系统的控制过程如下 用温度传感器采集外界温度值 通过A D转换将此 模拟信号转换为数字信号传入单片机中 对单片机进行编程 本系统采用了西 门子公司提供的TC35短信模块进行短信的编辑和发送 它的串口通讯遵循 RS232标准 所以要与单片机连接还要通过串口的电平转换电路 这也是系统 设计的一部分 短信模块发送短信是由AT指令控制的 其发送的短信格式有两 种 文本格式和PDU格式 前者指能发送字符合字母 而后者不但可以发送字 符 字母 关键是可以发送汉字 要想让用户方便得读取短信内容 本文选择 采用PDU格式 这样AT指令的短消息编程也成为了系统设计一部分 前面说提 到的AT指令 即Attention AT命令集是从Terminal Equipment或DTE Data Terminal Equipment 向TA Terminal Adapter 或DCE Data Circuit Terminating Equipment 发送的通过TE发送AT命令来控制MS的功能与GSM网络业务进行交 互 4 本系统采集端以单片机为主控制器 由温度传感器DS1820 键盘 两个 LED显示器 两个指示灯 一个报警器 电平转换模块MAX232 通信模块 TC35等组成 系统总体原理图如图3所示 图 3 数据采集终端原理图 2 2 硬件各部分设计硬件各部分设计 系统硬件总的设计图如图 4 所示 2 2 1 温度传感器温度传感器 DS1820 数字温度传感器的输出不是以电流或电压形式 而是将其转换为1或0形式 的数字量 因此 数字输出温度传感器适合于连接到一个MCU 许多温度传感 器还具有的另一功能是能在超过温度限定值时产生一个中断 可以将这些温度 限定值设置到上限温度寄存器和下限温度寄存器 本文采用美国 DALLAS 半导体公司推出的 DS1820 数字式温度传感器 它可直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理 并且根据具体要求 通 过简单的编程实现 9 位的温度读数 并且多个 DS1820 可以并接到多个地址线 温度传感器 DS1820 8051 声 光报警 块 电平转换模块 MAX232 键盘 显示模 块 通信模块 TC35 上与单 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 TC35 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 VCC 40 GND 20 8051 R1 4k D1 C1 5V C330p C230p Y1 7407 7407 7407 1K R2 1K R3 R5 1K 1K R4 D2 DIODE C4 30uP 1 2 3 4 5 6 SIM 3 3K R6 C6 0 1u C5 0 1u L1 C7 100uF R71k 7404 R8 1K D3 LE D VCC VDD 10k R9 C8 100nf 3 4 5 DS1820 5V 图 4 系统总的设计图 片机实现通信 由于每一个 DS1820 出厂时都刻有唯一的一个序列号并存入 ROM 中 因此 CPU 可用简单的通信协议就可以识别 从而多个传感器的系统 中节省了大量的引线和逻辑电路 8 连接如图 5 所示 图 5 DS1820 与单片机的连接 其中 1 2 6 7 8 皆为 NC 空引脚 不连接外部信号 3 为 VDD 接 电源引脚 电源供电 3 0 5 5V 5 为 GND 接地 4 为 DQ 数据的输入和输 出引脚 2 2 2 单片机单片机 8051 管脚管脚 引脚说明 如图 6 所示 1 电源引脚 Vcc 40 脚 典型值 5V Vss 20 脚 接低电平 2 外部晶振 X1 X2 分别与晶体两端相连接 当采用外部时钟信号时 X2 接振荡信号 X1 接地 3 输入输出口引脚 P0 口 I O 双向口 作输入口时 应先将软件置 1 P1 口 I O 双向口 作输入口时 应先将软件置 1 P2 口 I O 双向口 作输入口时 应先将软件置 1 P3 口 I O 双向口 作输入口时 应先将软件置 1 4 控制引脚 RST Vpd ALE PROG PSEN EA Vpp 组成了 MSC 51 的控制总线 RST Vpd 9 脚 复位信号输入端 高电平有效 第二功能 加 5V 备用 电源 可以实现掉电保护 RAM 信息不丢失 ALE PROG 30 脚 地址锁存信号输出端 第二功能 编程脉冲输入 PSEN 29 脚 外部程序存储器读选通信号 EA Vpp 31 脚 外部程序存储器使能端 第二功能 编程电压输入端 21V 图 6 单片机管脚图 2 2 3 短消息模块原理短消息模块原理 点对点短消息业务 SMS 是在GSM Phasel标准中引入的 具有向移动用户 收 发字符或数字组成的文本信息的能力 采用了存储转发模式 短消息被发送 出去后先存储在短消息业务中心 再由短消息业务中心根据寻找的目标移动终 端的路由信息发送给目标移动终端 因此GSM短消息的传递是有保证的 SMS数据包是通过信令信道进行数据传输的 不管业务信道上是否有正在 进行的语音或数据呼叫 一个活跃移动台都能够发送或接收一个短消息传输协 议数据单元 SMS基本网络结构的主要部分如图7所示 图7 SMS基本网络结构 本文系统通信模块采用TC35 TC35是SIEMENS公司推出的GSM专用调制 解调器 它可在GSM网中完成语音 数据 短消息以及传真的传送 TC35具有 标准的工业接口和完整的SIM卡阅读器 因此使用非常简单 它提供的命令接 口符合GSM0705和GSM0707规范 并提供RS232数据口 模块和单片机接口通 过40针数据电缆相连接 由于TC35模块的数据接口是CMOS电平 因此单片机 对TC35 模块控制和通信信号不用进行电平转换 通过R232 将TC35模块和PC 机连接起来即可 TC35模块输入输出的TTL正电平逻辑不是 5V 而是 2 9V 因此 必须对该输入电平进行逻辑转换 系统通过在集电极开路缓冲器7407的输出 加上拉电阻完成电路逻辑的转换 系统加电后 为使TC35进入工作状态 必须给IGT 绝缘栅晶体管 加一延时大 于100ms的低脉冲电平 下降持续时间不可超过1ms 启动后 IGT应保持高电平 3 3 V 驱动IGT时TC35供电电压不能低于3 3V 否则TC35不能激活 ZIF连 SMSC SMSC GMSC SMS IWMSC MSC VLRHLR MS 接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好 如果连接正确 则CC IN引脚输出高电 平 否则为低电平 可以在系统中 将引脚与参考地间连接红色指示灯 提示用户 SIM卡是否插好 TC35 模块有 40 个引脚 通过一个 ZIF Zero Insertion Force 零阻力插座 连接器引出 这 40 个引脚可以划分为 5 类 即电源 数据输入 输出 SIM 卡 音频接口和控制 TC35 的第 1 5 引脚是正电源输入脚通常推荐值 4 2V 第 6 10 引脚是电 源接地 11 12 为充电引脚 可以外接锂电池 13 为对外输出电压 共外电路 使用 14 为 ACCU TEMP 接负温度系数的热敏电阻 用于锂电池充电保护控 制 15 脚是启动脚 IGT 系统加电后为使 TC35 进入工作状态 必须给 IGT 加 一个大于 100ms 的低脉冲 电平下降持续时间不可超过 1ms 16 23 为数据输 入 输出 分别为 DSR0 RING0 RXD0 TXD0 CTS0 RTS0 DTR0 和 DCD0 TC35 模块的数据输入 输出接口实际上是一个串行异步收发器 符合 ITU T RS232 接口标准 它有固定的参数 8 位数据位和 1 位停止位 无校验位 波特率在 300bps 115kbps 之间可选 默认 9600 硬件握手信号用 RTS0 CTS0 软件流量控制用 XON XOFF CMOS 电平 支持标准的 AT 命令 集 其中 18 脚 RxD0 19 脚 TXD0 为 TTL 的串口通讯脚 需要和单片机或者 PC 通讯 TC35 使用外接式 SIM 卡 24 29 为 SIM 卡引脚 SIM 卡同 TC35 是 这样连接的 SIM 上的 CCRST CCIO CCCL CCVCC 和 CCGND 通过 SIM 卡阅读器与 TC35 的同名端直接相连 ZIF 连接座的 CCIN 引脚用来检测 SIM 卡是否插好 如果连接正确 则 CCIN 引脚输出高电平 否则为低电平 TC35 的第 32 脚 SYNC 引脚有两种工作模式 一种是指示发射状态时的功率增长情 况 另一种是指示 TC35 的工作状态 可用 AT 命令 AT SYNC 进行切换 本 模块使用的是后一种 当 LED 熄灭时 表明 TC35 处于关闭或睡眠状态 当 LED 为 600 ms 亮 600ms 熄时 表明 SIM 卡没有插入或 TC35 正在进行网络登 录 当 LED 为 75 ms 亮 3s 熄时 表明 TC35 已登录进网络 处于待机状态 30 31 32 脚为控制脚 其中 30 为 RTC backup 31 为 Power down 32 为 SYNC 35 38 为语音接口 35 36 接扬声器放音 37 38 可以直接接驻极体 话筒来采集声音 37 是话筒正端 39 是话筒负端 如图 8 所示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 TC35 4 2V VT1 R1 R2 R3 IN CCIN CCRST CCIO CCCL K CCVCC CCGNG R4 1K VT2 R5 4 2V M CU RXD M CU TXD SIM CARD CCRST CCIOCCCL K CCVCCCCGNG CCRST CCCL K CCVCC CCIO CCGNG 图8 TC35模块图 2 2 4 键盘 显示模块和声光报警电路键盘 显示模块和声光报警电路 在系统设计中 为了节省并行I O口线 简化系统设计 我们采用了用两个 并口来模拟串口 通过移位寄存器74LS164接2个LED来完成显示功能 系统还 需要一些按键来完成温湿度上下限设置 报警解除功能 当温湿度超过设定的 值时 系统应该要报警指示 在本系统设计中 用了一个扬声器做声报警 一 个LED来指示温度报警 3 3 系统软件设计系统软件设计 3 1 软件设计思想软件设计思想 单片机测控系统软件主要完成对调速系统温度参数的实时采样 数据处理 以及与上位机通讯等功能 同时能够根据算法自动得到调速系统的温度值 并将 结果与给定的温度报警值进行比较 若超过报警值 则启动报警电路报警 为便 于编程和程序的易读性 采集终端软件采用了模块化设计 主要包括以下模块 单片机初始化 数据采集及处理 通信 按键及处理 显示等模块 上位机用 Visual Basic 6 0编写界面和用Visual Basic 6 0自带的串口通信控件完成串口通信 总 的流程图如图9 其中数据处理部分流程见图10 完整的软件设计如附录1 Y N 延时 初 始 化 按键 数据采集 数据处理 发送 按键处理 图9 总的流程图 采集来的数据 Y N 图10 数据处理部分流程 3 2 软件各部分编写软件各部分编写 3 2 1 传感器传感器 DS1820 1 DS1820的主要特性 1 适应电压范围更宽 电压范围 3 0 5 5V 在寄生电源方式下可由数 据线供电 2 独特的单线接口方式 DS1820在与微处理器连接时仅需要一条口线即 可实现微处理器与DS1820的双向通讯 3 DS1820支持多点组网功能 多个DS1820可以并联在唯一的三线上 实 现组网多点测温 4 DS1820在使用中不需要任何外围元件 全部传感元件及转换电路集成 在形如一只三极管的集成电路内 数 据 校 正 超限 显示 返回 报 警报警处理 5 温度范围 55 125 在 10 85 时精度为 0 5 6 可编程的分辨率为9 12位 对应的可分辨温度分别为0 5 0 25 0 125 和0 0625 可实现高精度测温 7 在9位分辨率时最多在93 75ms内把温度转换为数字 12位分辨率时最多 在750ms内把温度值转换为数字 速度更快 8 测量结果直接输出数字温度信号 以 一线总线 串行传送给CPU 同 时可传送CRC校验码 具有极强的抗干扰纠错能力 9 负压特性 电源极性接反时 芯片不会因发热而烧毁 但不能正常工作 2 DS1820的工作原理 1 光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的 它可以看作是 DS1820 的地址序列码 64 位光刻 ROM 的排列是 开始 8 位 28H 是产品类型 标号 接着的 48 位是该 DS1820 自身的序列号 最后 8 位是前面 56 位的循环 冗余校验码 CRC X8 X5 X4 1 光刻 ROM 的作用是使每一个 DS1820 都各 不相同 这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS1820 的目的 2 DS1820 中的温度传感器可完成对温度的测量 以 12 位转化为例 用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供 以 0 0625 LSB 形式表达 其中 S 为符号位 如表 1 所示 表 1 DS1820 温度值格式表 Bit 7Bit 6Bit 5Bit 4Bit 3Bit 2Bit 1Bit 0LS Byte232221202 12 22 32 4 Bit 15Bit 14Bit 13Bit 12Bit 11Bit 10Bit 9Bit 8MS ByteSSSSS262524 这是 12 位转化后得到的 12 位数据 存储在 DS1820 的两个 8 比特的 RAM 中 二进制中的前面 5 位是符号位 如果测得的温度大于 0 这 5 位为 0 只要 将测到的数值乘于 0 0625 即可得到实际温度 如果温度小于 0 这 5 位为 1 测到的数值需要取反加 1 再乘于 0 0625 即可得到实际温度 例如 125 的数字输出为 07D0H 25 0625 的数字输出为 0191H 25 06 25 的数字输出为 FF6FH 55 的数字输出为 FC90H 如表 2 所示 表 2 DS1820 温度数据表 TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT Binary DIGITAL OUTPUT Hex 125 0000 0111 1101 000007D0h 85 0000 0101 0101 00000550h 25 0625 0000 0001 1001 00010191h 10 125 0000 0000 1010 001000A2h 0 5 0000 0000 0000 10000008h 0 0000 0000 0000 00000000h 0 5 1111 1111 1111 1000FFF8h 10 125 1111 1111 0101 1110FF5Eh 25 0625 1111 1110 0110 1111FE6Fh 55 1111 1100 1001 0000FC90h 3 DS1820 温度传感器的存储器 DS1820 温度传感器的内存储器包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的 可电擦除的 EEPRAM 后者存放高温度和低温度触发器 TH TL 和结构寄存器 4 配置寄存器 该字节各位的意义如表 3 所示 表 3 配置寄存器结构 TMR1R011111 低五位一直都是 1 TM 是测试模式位 用于设置 DS1820 在工作模式 还是在测试模式 在 DS1820 出厂时该位被设置为 0 用户不要去改动 R1 和 R0 用来设置分辨率 如下表 4 所示 DS1820 出厂时被设置为 12 位 表 4 温度分辨率设置表 R1R0分辨率温度最大转换时间 009 位93 75ms 0110 位187 5ms 1011 位375ms 1112 位750ms 5 高速暂存存储器 高速暂存存储器由 9 个字节组成 其分配如表 5 所示 当温度转换命令发 布后 经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和 第 1 个字节 单片机可通过单线接口读到该数据 读取时低位在前 高位在后 数据格式如表 1 所示 对应的温度计算 当符号位 S 0 时 直接将二进制位转 换为十进制 当 S 1 时 先将补码变为原码 再计算十进制值 表 2 是对应的 一部分温度值 第九个字节是冗余检验字节 表 5 DS1820 暂存寄存器分布 寄存器内容字节地址 温度值低位 LS Byte 0 温度值高位 MS Byte 1 高温限值 TH 2 低温限值 TL 3 配置寄存器4 保留5 保留6 保留7 CRC 校验值8 根据 DS18B20 的通讯协议 主机 单片机 控制 DS1820 完成温度转换必 须经过三个步骤 每一次读写之前都要对 DS1820 进行复位操作 复位成功后 发送一条 ROM 指令 最后发送 RAM 指令 这样才能对 DS1820 进行预定的操 作 复位要求主 CPU 将数据线下拉 500 微秒 然后释放 当 DS1820 收到信号 后等待 16 60 微秒左右 后发出 60 240 微秒的存在低脉冲 主 CPU 收到此 信号表示复位成功 表 6 ROM 指令表 指 令约定代码功 能 读 ROM33H 读 DS1820 温度传感器 ROM 中的编码 即 64 位地 址 符合 ROM 55H 发出此命令之后 接着发出 64 位 ROM 编码 访问 单总线上与该编码相对应的 DS1820 使之作出响应 为下一步对该 DS1820 的读写作准备 搜索 ROM 0F0H 用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数和识别 64 位 ROM 地址 为操作各器件作好准备 跳过 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址 直接向 DS1820 发温度变 换命令 适用于单片工作 告警搜索命令0ECH 执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做 出响应 表 7 RAM 指令表 指 令约定代码功 能 温度变换44H 启动 DS1820 进行温度转换 12 位转换时最长为 750ms 9 位为 93 75ms 结果存入内部 9 字节 RAM 中 读暂存器 0BEH 读内部 RAM 中 9 字节的内容 写暂存器 4EH 发出向内部 RAM 的 3 4 字节写上 下限温度数 据命令 紧跟该命令之后 是传送两字节的数据 复制暂存器 48H 将 RAM 中第 3 4 字节的内容复制到 EEPROM 中 重调 EEPROM 0B8H 将 EEPROM 中内容恢复到 RAM 中的第 3 4 字节 读供电方式 0B4H 读 DS1820 的供电模式 寄生供电时 DS1820 发送 0 外接电源供电 DS1820 发送 1 6 DS1820 使用中注意事项 DS1820 虽然具有测温系统简单 测温精度高 连接方便 占用口线少等优 点 但在实际应用中也应注意以下几方面的问题 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿 由于 DS1820 与微处理器 间采用串行数据传送 因此 在对 DS1820 进行读写编程时 必须严格的保证 读写时序 否则将无法读取测温结果 在使用 PL M C 等高级语言进行系统程 序设计时 对 DS1820 操作部分最好采用汇编语言实现 在 DS1820 的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS1820 数量问题 容易使 人误认为可以挂任意多个 DS1820 在实际应用中并非如此 当单总线上所挂 DS1820 超过 8 个时 就需要解决微处理器的总线驱动问题 这一点在进行多点 测温系统设计时要加以注意 连接 DS1820 的总线电缆是有长度限制的 试验中 当采用普通信号电缆 传输长度超过 50m 时 读取的测温数据将发生错误 当将总线电缆改为双绞线 带屏蔽电缆时 正常通讯距离可达 150m 当采用每米绞合次数更多的双绞线带 屏蔽电缆时 正常通讯距离进一步加长 这种情况主要是由总线分布电容使信 号波形产生畸变造成的 因此 在用 DS1820 进行长距离测温系统设计时要充 分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题 图11 DS1820数据采集流程图 在 DS1820 测温程序设计中 向 DS1820 发出温度转换命令后 程序总要等 待 DS1820 的返回信号 一旦某个 DS1820 接触不好或断线 当程序读该 DS1820 时 将没有返回信号 程序进入死循环 这一点在进行 DS1820 硬件连 接和软件设计时也要给予一定的重视 测温电缆线建议采用屏蔽 4 芯双绞线 其中一对线接地线与信号线 另一 组接 VCC 和地线 屏蔽层在源端单点接地 3 DS1820采集流程图 根据以上的介绍 可以看出DS1820工作流程如图11所示 程序如附录1 3 2 2 通信模块通信模块 TC35 的发送与接收程序的发送与接收程序 首先启动TC35模块程序 STAR CLR P1 0 IGT 0 LCALL DL100ms 延时100 毫秒 SETB P1 0 IGT 1 启动TC35模块 MOV PCON 80H MOV TH1 0FBH 采用18 432MHz 晶振时 设置串口 为19200 波特率 MOV TL1 0FBH MOV SCON 50H SETB TR1 单片机对TC35模块的控制采用AT指令 单片机通过AT指令对TC35模块进 行初始化和短消息的接收和发送 对短消息的控制共有三种模式 Block模式 Text模式和PDU模式 PDU模式是发送或接收手机SMS信息最常用的一种方法 短信息正文经过十六进制编码后被传送 基本上全国所有的电信局都提供支持 PDU Mode的短消息业务 有些地址则不支持Block Mode和Text Mode 这就限 制了这两种接入协议的应用 而且PDU Mode已有取代Block Mode的趋势 为了 保证系统具有广泛的适用性 本设计采用PDU模式收发SMS 11 异步串行通信的字节格式 在单片机的异步串行通信方式中 在串行口由 硬件自动加入起始位和停止位 构成一个完整的字符 发送器通过发送起始位 而开始一个字符的传送 起始位使数据线处于低电平状态 之后传送8位数据位 在数据位中 低位在前 高位在后 最后发送停止位 用以标志一个字符的结 束 它对应高电平状态 直到下一个字符的起始位到来 如图12所示 0D0D1D2D3D4D5D6D71 起始位数据位停止位 图12 异步串行通信字节格式 短消息的帧格式 当用8bit编码时 一条短消息最多可发送140个字符 1 为了充分利用短消息的长度 降低费用 同时考虑到延时的情况 本方案中 每条短消息的单帧长度均设为106个字符 如图13所示 12345 104105106 起始字符顺序号数据位校验位结束位 图13 短消息帧结构 1 常用 AT 指令如下 AT CSMS 选择短信息服务 AT CPMS 选择短信息内存 AT CMGF 选择短信息格式 AT CSCA 短信息中心地址 AT MI 显示新收到的短信息 AT CMGR 读短信息 AT CMGS 发送短信息 AT CMGL 列出 SIM 卡中短信息 AT CMSS 从 SIM 内存中发短信息 AT CMGW 向 SIM 写入待发短信 息 AT CMGD 删除 SIM 内存中的短信息 AT CSCB 选择蜂窝广播信息 2 AT 指令的运用 下面分别用从 PC 机上和从单片机上收发短信的两个例子来说明如何运用 AT 指令 1 PC 机上通过 TC35 发短信 在电脑上打开一个串口调试软件 比如超级终端等任意一个都行 在命令 行输入 AT CMGF 0 设置为 PDU 模式 AT CMGS XX XX 为 PDU 的长 度 TC35 提示后输入 PDU 内容后 CTR Z 就发送成功 但要注意 PDU 模式收 发 SMS 的格式 发送格式 SMSC PDU 类型 MR DA PID DCS VP UDL UD 接收格式 SMSC PDU 类型 OA PID DCS SCTS UDL UD 其中 SMSC 为短消息业务中心地址 DA OA 为源 目的地址 PID 为协议 识别 DCS 为数据编码 UDL 为用户数据长度 UD 为用户数据 VP 为有效 时间 MR 指明是发出信息 SCTS 指明短消息到达业务中心的时间 例如要发送短信数据给手机号为的用户 PDU 内容就可以用 以下数据格式 00 11 00 0B 91 3148399770F5 00 00 00 YY XXXXX 以上命令解释如下 00 短消息中心地址 00 表示用存储在 SIM 卡上的地址 11 表示是发送的第一个 8 位 00 发送方地址信息 00 表示使用本机号码 0B 接收方的号码长度 3148399770F5 为接收号码 每两位交换 实际号码为00 协议标示 00 数据编码方案 中文为 AA UNICODE 编码 本设 计只用发送数字 因此使用数字编码 即 00 00 有效期 YY 为发送的数据长度 XXXXX 为发送的数据内容 2 单片机通过 TC35 发送短信 单片机传送数据使用十六进制 传送时将其转换为 ASCALL 码 例如发送 短信数据 0123456789 给手机号为的用户 就可以用以下数据格式 AT CMGS 20 0D 0A 08 91 683108503305F0 11 00 0D 91 683148399770F5 00 00 00 0A 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 以上命令解释如下 20 为空格键的 ASCALL 码 OD OA 为回车换行符 08 是短消息中心地址 内的字节数 91 为规定的协议 683108503305F0 为中国移动短信息中心号码即 8613800533500 11 00 与前文介绍的一样 683148399770F5 为被叫 SIM 号码 即 8613849379075 0D 为几数据个数 0A 为发送的数据个数 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 即发送的数据 0123456789 的 ASCALL 码 10 根据以上的命令格 式单片机发送子程序如下 FSCX CLR EA MOV TMOD 21H MOV TH1 0FDH MOV Tl1 0FDH 计数器 1 方式 2 波特率为 9600 SETB TR1 A1 MOV DPTR TABLE MOV R7 0CH A2 MOV A 0 MOVC A A DAPTER LCALL SOUT INC DPTR DJNZ R7 A2 发送 AT CMGS 20 0D 0A MOV R5 20 A3 MOV R6 248 DANZ R6 DJNZ R5 A3 延时等待 TC35 执行完指令 MOV R7 30H A4 MOV A 0 MOVC A A DAPTER LCALL SOUT INC DPTR DJNZ R7 A4 发送规定的格式和协议 MOV A7 10 A5 MOV A 0 MOVC A A DAPTER LCALL SOUT INC DPTR DJNZ R7 A5 发送数据既 0123456789 SETB EA RET SOUT MOV SCON 40H MOV SBUF A JNB TI CLR TI RET TABLE DB 61H 74H 28H 63H 6dH 67H 73H 3dH AY CMGS 的 ASCALL 码 DB 32H 30H 0DH 0AH 30H 38H 39H 31H 20 DA 0 8 9 1 DB 36H 38H 33H 31H 30H 38H 35H 30H 33H 683108503 DB 30H 31H 32H 33H 34H 35H 36H 37H 38H 39H 3 2 3 显示模块的程序设计显示模块的程序设计 为了简化系统设计 我们采用了用两个并口来模拟串口 通过移位寄存器 74LS164 接 1 个 LED 来完成显示功能 因此相应的要显示采集的数据时 单片 机必须为串口给出正确的时序 下面用汇编语言给出了模拟串口的子程序 16 monichuankou MOV T1 33 MOV A XX XX 为要显示数的编码 CLR C W MOV DATA C SETB SCK MOP CLR SCK RLC A DJNZ R1 W RET 3 3 完整的程序完整的程序 完整的程序清单见附录 2 4 结结论论 系统的设计是通过短消息的收发实现对调速系统设备的温度进行遥控 利 用GSM网络实时地给手机用户发送短信 起到遥控检测的效果 该系统不仅能 够监测到调速系统中由温度造成的危险并发出报警信号 更重要的是能够实时 地传递报警信息 甚至是远程传递 有着广泛的应用前景 经过几个月的努力 在指导老师的悉心指导下 我对数据采集系统的组成 工作原理都有了扎实的理解 通过系统的学习所涉及的知识 熟练的掌握了单 片机并且完成了数据采集系统的软件设计 并在系统上调试成功 完成的软件 部分主要有 键盘和显示程序 DS1820传感器的读写程序 通信模块的发送程 序 数据处理程序等 详细介绍了数据采集的发展过程 提出了系统设计方案 特别对系统的软 件实现进行了深入的探讨 并给出了完整的系统程序 但是 从可以看到 系 统只能显示两位的数据 在实际环境中很难满足要求 这需要在今后的学习中 作进一步研究 致致谢谢 经过3个多月的努力 终于顺利的完成 在写的过程中 指导老师给予了我 悉心指导 在此我要向他们表示衷心的感谢 同时 老师们严谨的治学态度无 形地鞭笞着我要严格地要求自己 要不断地取得进步 正是在他们的指导下 我对所涉及的单片机方面进行了仔细的研究 他们丰富的实际经验使我学到了 很多课本上学不到的知识 也使我顺利地完成了 我要感谢机电学院的各位领导 是他们给予我们良好的学习和实验环境 也感谢机电学院的所有老师 是他们教会了我知识和做人做事的道理 另外 我要感谢我同窗四年的室友和同学 他们是我的坚强后盾 无论从物质上还是 精神上 都给予了我无私的帮助 借此机会 我要向我的他们表示最诚挚的致 意 参参考考文文献献 1 赵荣黎 数字蜂窝移动通信系统 M 北京 电子工业出版社 1997 5 2 丁瑾 吴文昊 数字无线本地环路系统 M 北京 电子工业出版社 1997 3 3 郭峰 无线局域网 M 北京 电子工业出版社 1997 6 4 樊昌信 通信原理 M 北京 国防工业出版社 1998 5 5 贾玉涛 实用移动无线电通信 M 北京 国防工业出版社 1995 3 6 大连北方测控工程有限公司 数字式温湿度传感器中文使用指南 J 20XX 2 14 18 7 盛范成 基于单片机的 A D 转换 J 自动化仪表 20XX 6 5 34 38 8 孟臣 李敏 数字式温湿度传感器原理与应用 J 世界电子元器件 20XX 8 4 7 9 马潮 嵌入式 GSM 短信息接口的软硬件设计 J 单片机及嵌入式系统应用 20XX 2 11 14 10 李鸿 用单片机控制手机收发短信息 J 电子技术应用 20XX 8 24 27 11 SieMEns TC35 TC37HardwaREINTerfaceDescription Version 03 12 毕危危 基于 GPRS 和 DGPS 的车辆管理系统 J 北京交通大学学报 20XX 2 12 16 13 徐向辉 视频图像采集系统的设计与实现 J 系统工程与电子技术 20XX 23 10 13 15 14 徐爱钧 IAR EWARM 嵌入式系统编程与实践 D 北京 北京航空航天大学 20XX 15 李旭东 宗光华 毕树生等 生物工程微操作机器人视觉系统的研究 J 北京航空航天 大学学报 20XX 3 11 14 附录附录 1 1 TEMPER L EQU 36H TEMPER H EQU 35H TEMPER NUM EQU 60H FLAG1 BIT 00H DQ BIT P3 3 AAA MOV SP 70H LCALL GET TEMPER LCALL TEMPER COV LJMP AAA NOP 读出转换后的温度值 GET TEMPER SETB DQ 定时入口 BCD LCALL INIT 1820 JB FLAG1 S22 LJMP BCD 若 DS18B20 不存在返回 S22 LCALL DELAY1 MOV A 0CCH 跳过 ROM 匹配 0CC LCALL WRITE 1820 MOV A 44H 发出温度转换命令 LCALL WRITE 1820 NOP LCALL DELAY LCALL DELAY CBA LCALL INIT 1820 JB FLAG1 ABC LJMP CBA ABC LCALL DELAY1 MOV A 0CCH 跳过 ROM 匹配 LCALL WRITE 1820 MOV A 0BEH 发出读温度命令 LCALL WRITE 1820 LCALL READ 18200 READ 1820 RET 读 DS1820 的程序 从 DS1820 中读出一个字节的数据 READ 1820 MOV R2 8 RE1 CLR C SETB DQ NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ MOV R3 7 DJNZ R3 MOV C DQ MOV R3 23 DJNZ R3 RRC A DJNZ R2 RE1 RET 写 DS18B20 的程序 WRITE 1820 MOV R2 8 CLR C WR1 CLR DQ MOV R3 6 DJNZ R3 RRC A MOV DQ C MOV R3 23 DJNZ R3 SETB DQ NOP DJNZ R2 WR1 SETB DQ RET 读 DS18B20 的程序 从 DS18B20 中读出两个字节的温度数据 READ 18200 MOV R4 2 将温度高位和低位从 DS18B20 中读出 MOV R1 36H 低位存入 36H TEMPER L 高位存入 35H TEMPER H RE00 MOV R2 8 RE01 CLR C SETB DQ NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ MOV R3 7 DJNZ R3 MOV C DQ MOV R3 23 DJNZ R3 RRC A DJNZ R2 RE01 MOV R1 A DEC R1 DJNZ R4 RE00 RET 将从 DS18B20 中读出的温度数据 进行转换 TEMPER COV MOV A 0F0H ANL A TEMPER L 舍去温度低位中 小数点后的四位温度数值 SWAP A MOV TEMPER NUM A MOV A TEMPER L JNB ACC 3 TEMPER COV1 四舍五 入去温度值 INC TEMPER NUM TEMPER COV1 MOV A TEMPER H ANL A 07H SWAP A ORL A TEMPER NUM MOV TEMPER NUM A 保存变换后 的温度数据 LCALL BIN BCD RET 将 16 进制的温度数据转换成 压缩 BCD 码 BIN BCD MOV DPTR TEMP TAB MOV A TEMPER NUM MOVC A A DPTR MOV TEMPER NUM A RET TEMP TAB DB 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H DB 08H 09H 10H 11H 12H 13H 14H 15H DB 16H 17H 18H 19H 20H 21H 22H 23H DB 24H 25H 26H 27H 28H 29H 30H 31H DB 32H 33H 34H 35H 36H 37H 38H 39H DB 40H 41H 42H 43H 44H 45H 46H 47H DB 48H 49H 50H 51H 52H 53H 54H