基于GPRS的远程温度监测系统设计-浙江大学

1、基于GPRS的远程温度监测系统设计摘要温度是工业生产中的主要控制参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。温度控制是锡工业生产过程中经常遇到的过程控制。有些工序的温度控制效果直接影响产品的质量。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸工业、机械制造和食品加工等诸多领域，人们需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行检测和控制；农业生产、粮库、机房等都需要控制温度。因此，设计一个理想的温度控制系统是非常有价值的。, GPRS具有网络覆盖广、数据带宽宽、适应性强、按数据流计价、实时在线等优点，特别适用于间歇性、突发性或频繁性，也适用于偶尔的大数据量传输，

2、可以满足数据采集和监控的双向数据信息传输。 GPRS技术从实验室研究、区域试验到正式商用，经过长时间的完善，技术先进可靠。 GPRS设备数据监控终端传输设备一开机即可自动接入GPRS网络，与数据中心进行实时在线数据通信，传输速度快，可靠性高。本文设计了一种温度控制系统，以单片机为单片机，选用数字温度传感器进行温度控制，提出了一种基于GPRS技术，采用AT89C51单片机和DS18B20数字温度的远程温度监控系统方案。传感器实现现场温度数据采集处理，再通过GPRS模块TC39i实现远程数据收发，具有精度高、稳定性好等特点。在硬件方面，设计了基于单片机的温度智能控制系统，以AT89C51单片机为核

3、心，采用温度传感器DS18B20，基于GPRS无线通信模块，基于AT指令和数据采集器，建立远程温度数据采集系统，控制温度。实践结果表明，该系统效果良好，具有广阔的应用前景。关键词：温度采集系统；监控软件；单片机目录TOC o 1-2 h u HYPERLINK l _Toc22088 1.概述5 PAGEREF _Toc22088 HYPERLINK l _Toc3820 1.1 项目设计背景 PAGEREF _Toc3820 5 HYPERLINK l _Toc22292 1.2 项目设计的意义 PAGEREF _Toc22292 5 HYPERLINK l _Toc10767 二、系统整体

4、结构及硬件电路设计 PAGEREF _Toc10767 6 HYPERLINK l _Toc27065 2.1 系统整体结构设计 PAGEREF _Toc27065 6 HYPERLINK l _Toc4123 2.2 温度采集模块设计 PAGEREF _Toc4123 6 HYPERLINK l _Toc32577 2.3 单片机电路设计 PAGEREF _Toc32577 8 HYPERLINK l _Toc5023 2.4 通信电路设计 PAGEREF _Toc5023 12 HYPERLINK l _Toc22276 3. 下位机软件设计 PAGEREF _Toc22276 14 HY

5、PERLINK l _Toc22923 3.1 下位机整体软件设计 PAGEREF _Toc22923 14 HYPERLINK l _Toc16706 3.2 温度采集程序设计 PAGEREF _Toc16706 16 HYPERLINK l _Toc31721 3.3 通信模块设计 PAGEREF _Toc31721 18 HYPERLINK l _Toc30592 4. PC软件设计 PAGEREF _Toc30592 22 HYPERLINK l _Toc16195 4.1 GPRS通讯网络 PAGEREF _Toc16195 22 HYPERLINK l _Toc16597 4.2

6、远程温度检测的实现原理 PAGEREF _Toc16597 23 HYPERLINK l _Toc22594 4.3 GPRS DTU远程温度监控接口 PAGEREF _Toc22594 24 HYPERLINK l _Toc2436 五、系统集成与调试 PAGEREF _Toc2436 25 HYPERLINK l _Toc27472 6. 结论 PAGEREF _Toc27472 27 HYPERLINK l _Toc4256 至 PAGEREF _Toc4256 29 HYPERLINK l _Toc32325 附录一：采集系统接线图 PAGEREF _Toc32325 30 HYPER

7、LINK l _Toc9095 附录 2：组件列表 PAGEREF _Toc9095 31一、概述1.1 项目设计背景温度与人们的生产生活息息相关，很多场合都需要温度监测。传统的有线测温方式存在布线复杂、线路容易老化等问题。与有线测温技术相比，无线测温技术具有成本低、携带方便、组网简单快捷等特点。温度监测技术更实用、更快捷。随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机远程无线监控技术在工业控制领域的应用越来越广泛。 GPRS技术从实验室研究、区域试验到正式商用，经过长时间的完善，技术先进可靠。 GPRS设备数据监控终端传输设备一开机即可自动接入GPRS网络，与数据中心进行实时在线数据通信，传输速

8、度快，可靠性高。 GPRS网络覆盖全球，无信号盲区，按流量收费。没有数据流量传输时不收费。这些特点适用于提高企业计量信息的及时性、可靠性和准确性，实现企业生产管理的信息化。自动温度监测技术在我国工业生产中应用广泛，但大多是传统的分布式三级系统（下位机、中位机、上位机） ，采用有线传输。长距离线路的铺设和维护成本太高，引出线太长，导致传输速度变慢，功耗变大，整个系统稳定性降低。随着无线通信数字网络的发展，采用GSM和GPRS无线通信网络作为通信方式为上述问题提供了新的解决方案。随着无线通信技术的发展，使用无线传输已成为远程分布式温度监测技术的发展趋势。 GPRS技术在移动通信领域的发展已经实际应

9、用于许多需要无线数据传输的领域，也为温度的采集、传输和监测提供了一种新的数据通信方式。温度传输的实时性和可靠性已成为远程数据采集系统设计的关键。项目设计的意义本文介绍了GSM远程温度监测系统的硬件和软件设计。温度检测采用DS18B20 ，非常适用于多点、恶劣环境下的温度监控系统。该系统对温度数据进行实时监测，监测数据精度高，系统操作简单，可应用于有线网络设备无法到达的地方，实现温度监测的自动化、智能化，具有成本低、灵活分发，实时在线。 GSM模块有利于系统集成，成本低，运行稳定可靠，适合远距离监控，不受地形条件限制，应用前景广阔。该系统的实现为远程温度需求提供了便利，且速度快、成本低，为农业产

10、业化生产带来了极大的便利。2 、系统整体结构及硬件电路设计2.1 系统整体结构设计系统的总体设计思路是温度采集模块将采集到的数据通过GPRS模块致给监控计算机。温度传感器将室温的处理致给AT89C51单片机，温度数据经单片机处理后，由GPRS致模块致出去。 GPRS接收模块接收致模块致的数据，通过RS232通讯接口连接GPRS模块与上位机通讯，将数据上传至上位机，实现对室内室温的远程分析和管理。上位机。图 2-1系统整体框图2.2温度采集模块设计在设计中，我使用的温度采集模块是美国DALLAS公司采用单总线技术生产的新型数字温度传感器DS18B20。2.2.1DS18B20简介DS18B20是

11、一款单总线数字温度传感器，由它组成的温度测量系统精度高，可达到小数点后3位，具有连接方便、接口线少等优点。与传统的热敏电阻相比，DS18B20可以直接读取被测温度，并可根据实际需要通过简单的编程实现9-12位数字值的读取。读取 DS18B20 的信息只需要一条总线，总线本身的电源就可以为所有附加的 DS18B20 芯片供电而无需额外的电源。温度测量范围-55+125 ，测量分辨率0. 5 ，最高可达01062 5 ，工作电压范围：+3105. 5 V。DS18B20的64位光刻ROM出厂前经过光刻。它由8位产品序列号、 48位产品序列号和8位CRC码组成。 DS18B20的产品序列号为28 H

12、 ，每台设备为 48 产品序列号各不相同。其中，VCC接313V电源，电源端接417k左右的上拉电阻。当总线空闲时，其状态为高。2.2.2温度传感器测温原理DS18B20的测温原理如图2-2所示。图中，低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小。用于产生固定频率的脉冲信号，送入减法计数器1。高温度系数晶振随温度变化。振荡频率变化明显，产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中也隐含了计数门。当计数门打开时，DS18B20对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，然后完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器决定。每次测量前，先将-55对应的基数分别放入减法计数器1和温度寄存器。减法计数器 1

13、 和温度寄存器预置在 - 对应于 55C 的基值中。减法计数器1对低温系数晶体振荡器产生的脉冲信号进行递减计数。当减法计数器 1 的预置值减为 0 时，温度寄存器的值会加 1，减法计数器 1 的预置值会被重新加载。减法计数器1重新开始计数低温度系数晶振产生的脉冲信号，以此类推，直到减法计数器2计数到0，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的值为测得的温度。图中的频率累加器用于补偿和校正温度测量过程中的非线性，其输出用于校正减法计数器的预置值。只要计数门没有关闭，就重复上述过程，直到温度寄存器值达到测得的温度值。 .另外，由于DS18B20单线通讯功能是分时的，它有严格的时隙概念，所以读写时

14、序非常重要。系统必须按照协议对 DS18B20 进行各种操作。操作协议为：初始化DS18B20（致复位脉冲）致ROM功能命令致内存操作命令处理数据。预置预置频率累加器计数比较器低温度系数振荡器高温度系数振荡器减法计数器减到0减法计数器2减到0预置温度寄存器增加停止图2-2 测温示意图2.2.3温度传感器接口电路设计在设计中，温度采集系统采用DS18B20搭建。其中，1脚为GND，2脚为数据输入端，3脚为VCC，2、3脚之间接一个4.7K的电阻构成上拉电阻。详细的采集电路如图 2-3 所示。图 2-3 DS18B20 温度采集电路2.3 单片机电路设计2.3.1单片机选型及介绍选用的单片机是At

15、mel公司的AT89C51单片机，AT89C51是一款低压、高性能的CMOS 8位微处理器，具有4K字节闪存可编程和可擦写只读存储器。该器件采用 ATMEL 高密度非易失性存储器制造技术制造，并与行业标准 MCS-51 指令集和输出引脚兼容。 ATMEL 的 AT89C51 是一款高效微控制器，由于在单芯片中结合了多功能 8 位 CPU 和闪存。 AT89C51 微控制器为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活且廉价的解决方案。微控制器的外围电路主要包括时钟电路和复位电路。主要特点： 兼容MCS-51； 4K字节可编程闪存；使用寿命：1000 次写入/擦除周期；数据保留时间：10年；全静态工作：0H

16、z-24Hz；三级程序内存锁； 128*8位内部RAM； 32条可编程I/O线；两个 16 位定时器/计数器； 5个中断源；可编程串行通道；低功耗空闲和掉电模式；片上振荡器和时钟电路。湾。引脚说明：图 2-4 AT89C51 芯片管脚图VCC：电源电压。GND：接地。P0 口：P0 口为 8 位开漏双向 I/O 口，每个引脚可吸收 8TTL 栅极电流。当端口 P1 的管脚第一次写 1 时，定义为高阻输入。 P0 可用作外部程序数据存储器，可定义为数据/地址的第 8 位。在 FIASH 编程中，P0 端口用作原始代码输入端口。 FIASH 验证时，P0 输出原始码。这时P0的外部必须拉高。P1

17、端口：P1 端口是一个 8 位双向 I/O 端口，提供上拉电阻。 P1端口缓冲器可以接收和输出4TTL栅极电流。 P1端口引脚写1后上拉高电平，可作为输入使用。当P1端口被外部拉低到低电平时，它会输出电流，这是由于该部分的上拉。在 FLASH 编程和验证过程中，P1 端口作为低 8 位地址接收。P2 端口：P2 端口是一个带有上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。 P2 端口缓冲器可以接收和输出 4 个 TTL 栅极电流。当P2端口写“1”时，其引脚接上拉电阻，上拉电阻作为输入。因此，当它作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，电流就会输出。这是由于上拉。当 P2 端口用于外部程序存储器或 16

18、位地址外部数据存储器访问时，P2 端口输出地址的高 8 位。当给定地址“1”时，它利用外部上拉电阻。 P2口在读写外部8位地址数据存储器时，输出其特殊功能寄存器的内容。 P2端口在FLASH编程和验证过程中接收高位八位地址信号和控制信号。P3口：P3口引脚为8个双向I/O口，带上拉电阻，可接收和输出4路TTL门极电流。当 P3 端口写“1”时，它们被拉高并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3端口将输出电流（ILL）。这是由于上拉。P3口也可以作为AT89C51的一些特殊功能口使用，如下表所示：输出引脚替代功能P3.0 RXD（串行输入端口）P3.1 TXD（串行输出端口）P3.2 /

19、INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（定时器 0 外部输入）P3.5 T1（定时器1的外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）端口 3 同时接收一些用于 flash 编程和编程验证的控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，将 RST 引脚保持高电平两个机器周期。ALE/PROG：地址锁存使能输出电平用于在访问外部存储器时锁存地址的状态字节。在 FLASH 编程期间，该引脚用于输入编程脉冲。正常情况下，ALE 端输出一个频率周期恒定的正脉冲信号，为振荡器频率的 1/6。因此它可以用作外部输出的脉冲或用于定

20、时目的。但请注意，当用作外部数据存储器时，将跳过 ALE 脉冲。要禁用 ALE 的输出，请将 SFR8EH 地址设置为 0。此时ALE只在执行MOVX时有效，MOVC指令为ALE。此外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁用，则设置无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在从外部程序存储器取指期间，/PSEN 每个机器周期有效两次。但是在访问外部数据存储器时，这两个有效的/PSEN 信号不会出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），无论是否有程序存储器。注意当加密模式为1时，/EA会被锁定为RESET；当 /EA 端保

21、持高电平时，程序存储器将存储在这里。在 FLASH 编程期间，该引脚也用于施加 12V 编程电源 (VPP)。XTAL1：反向振荡放大器的输入，部分时钟工作电路的输入。XTAL2：反相振荡器的输出。2.3.2复位电路按键复位是通过开关按钮实现的，即上电后，按下开关，使RST端的瞬时电位与Vcc相同。随着电容上储能的增加，电容电压也随之升高，充电电流减小，RESET端的电位逐渐降低。 .这样，在RST端就会建立一个脉冲电压，通过调整电容和电阻的大小可以调整脉冲的持续时间。RST 引脚是复位信号的输入。复位信号为高电平有效。有效高电平的持续时间应大于 24 个振荡周期。如果时钟频率为 6MHz，则

22、复位信号应持续至少 4 微秒，然后微控制器才能复位。本设计采用按键复位的方式进行复位操作。如下图2-5所示。图 2-5 MCU 复位电路2.3.3单片机时钟电路单片机时钟电路是为单片机的各种操作提供时间基准的电路。没有时钟电路，单片机就无法工作。在设计中，时钟电路采用分部产生时钟的方法构成，如图所示。部分模式：外部石英晶体作为XTAL1和XTAL2端的定时元件，部分反相放大器自振荡产生时钟。时钟发生器将振荡脉冲的频率除以二，即如果石英频率fosc=6MHz，则时钟频率=3MH2，所以时钟为两相信号，由P1相和P2相组成。 fosc可以在2MHZ-12MHZ中选择。小电容可以取30PF左右。图

23、2-6 时钟电路2.3.4单片机外围电路设计图2-7是单片机的外围电路，主要包括晶振电路、复位电路、采集电路。单片机选用AT89C51，采集电路中的传感器采用DS18B20数字温度传感器。图中C1、C2、Y1与单片机的XTAL1 、 XTAL2相连，构成时钟电路。 C3和R1与S1的复位信号输入端和单片机相连，组成单片机复位电路，完成复位功能。右侧温度传感器DS18B20接下拉电阻构成输入电路部分，单片机根据温度传感器的输入形成输出。这是输入部分的电路图设计。图 2-7 MCU 外围电路图2.4 通信电路设计2.4.1GPRS DTU介绍GPRS DTU（Data Terminal unit）

24、，数据传输单元的全称，是专门用于将串行数据转换为IP数据或将IP数据转换为串行数据通过无线通信网络进行传输的无线终端设备。 GPRS DTU是一种利用GPRS网络传输数据的设备。采用工业级嵌入式处理器，内嵌TCP/IP协议栈。为用户提供高速、稳定可靠、数据终端始终在线、多种协议转换的虚拟专用网络。2.4.2GPRS DTU的选择ZWG-23A是一款基于GPRS网络的无线数据传输终端设备，提供全透明的数据通道，可轻松实现远程、无线、网络化通讯。可以轻松实现与 Internet 的无线连接。 ZWG-23A具有网络覆盖广（移动网络覆盖，用在哪里都能用）、组网灵活快速（安装使用）、运营成本低（根据流

25、量）等诸多优点。可应用于电力系统、工业监控、交通管理、气象、水处理、环境监测、金融证券、煤矿、石油等行业。ZWG-23A的结构特点支持数据透传和协议转换支持备用数据中心支持点对点互联功能支持APN虚拟专网服务支持数据中心动态域名或IP地址访问支持永远在线、空闲离线和空闲关机三种工作模式支持短信和唤醒功能支持断线自动重连功能具有可控连接定时功能，节省流量支持本地和远程GUI配置和维护支持短信配置和维护支持本地和远程固件升级RS232 DB9串口，带流量控制信号线和在线指示信号线支持数据中心虚拟串口功能，与现有上位机软件无缝对接支持5V26V宽范围供电最大工作电流300mA，在线待机电流31mA，

26、休眠时间14mA多重软硬件可靠设计，复合看门狗技术，使设备安全运行图2-8为ZWG-23A实物图2-8 GPRS DTU实物图2.4.3串行通信电路为了提高串行通讯的可靠性，增加通讯距离，标准的串行接口，RS-232C，RS。 422A 等标准接口，用于串行通信。 EIA RS-232C 是异步串行通信中使用最广泛的标准总线，它包括逐位串行传输的电气和机械方面。在微机通信中，通常使用RS-232C接口，即PC机的COM口，其引脚定义如图2-9所示。图 2- 9 RS-232C 引脚定义图PC的COM口，输入输出为RS-232C电平，51单片机的串口输入输出均为1frL电平。由于TTL电平和RS

27、-232C电平互不兼容，所以两者接口时必须进行电平转换。电平转换最常用的芯片是传输线驱动器MC1488和接收器MC1489。除电平转换外，还实现正负逻辑电平转换。图 2-10是单片机与 PC 之间的通信接口电路。图2-10单片机与PC机通讯接口电路3.下位机软件设计3.1 下位机整体软件设计在主程序流程图中，系统软件的重点是使用汇编语言对单片机进行编程。包括GPRS DTU到AT89C51的初始化和串口通信速率、短信模式和短信中心的初始化。这些初始化命令是通过AT命令写入的，所以将这些常用的AT命令编译成表格，存放在AT89C51的程序存储器中，方便使用。流程图如图 3-4 所示。其中，A、B

28、、C、D中断子程序只是致数据不一致，对应的进程一致，所以用一个中断子程序来表示； P2。 i=0,1,2,3在i中对应不同的指示灯。图 3-1 下位机软件主流程图3.2温度采集程序设计温度采集方面，首先初始化温度传感器，等待单片机响应。一旦单片机检测到响应脉冲，就执行skip ROM匹配操作指令，可以使用存储操作指令启动温度转换。延迟一段时间后，等待温度转换。结束。然后执行skip ROM匹配操作命令，然后读取临时寄存器，读出转换结果，变成显示代码，致给液晶显示器。温度传感器编程流程图如下图所示。图 3-2 DS18B20 模块程序流程图DS18B20温度值读取程序设计：无效延迟_18B20（

29、无符号整数我）当我 - ）;void ds1820rst()/*ds1820 重置*/ 无符号字符 x=0;DQ = 1; /DQ复位延迟_18B20（4）； /延迟DQ = 0; /DQ拉低延迟_18B20（100）； /精确延迟大于480usDQ = 1; /拉高延迟_18B20（40）；uchar ds1820rd()/*读取数据*/ 无符号字符 i=0;tflag=0;别的tvalue=tvalue+1;tflag=1;tvalue=tvalue*6.25;/温度值扩大100倍返回（t值）；3.3 通信模块设计3.3.1GPRS DTU模块GPRS（General Packet Rad

30、io Service ）是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端、广域无线IP连接。通俗地讲， GPRS是一种高速数据处理技术，其方法是将数据以“包”的形式传输给用户。图 3-3 GPRS DTU 从仪表采集数据GPRS DTU（GPRS数据传输单元）是基于GPRS的工业现场数据控制器。 GPRS DTU由GPRS模块、嵌入式计算机和相应的电路组成。主要功能如下：A. 从仪表收集数据。数据接口包括RS232/485/422串口、4mA20mA或1V5V模拟量（记录瞬时值和累计量）、开关量。B.开关检测和输出。C. 数据报告。通过定时（时间间隔由监控中心设置）和事件触发上报从仪器采集的

31、数据。D. 实现按需数据。可以响应监控中心发出的查询请求，将查询时刻的数据致给监控中心。E、根据不同用户要求，可增加检测、报警等功能。3.3.2GPRS DTU的应用通过ZWG-23A模块，远程用户设备和管理中心的计算机可以进行透明的数据通信。透明数据通信：表示用户设备与DTU之间没有通信协议。 DTU将用户设备致的数据不加修改地传输给目标PC，PC上运行的软件完全可以接收到DTU致的数据。数据包。例如，如果用户设备致一个字节的数据为0 xAA，则PC端运行的软件将收到一个字节的数据0 xAA。从 PC 到用户设备的通信过程是相同的。3.3.3GPRS DTU的工作模式GPRS DTU有五种常

32、用的工作模式，分别是：透传模式、命令模式、IP自动注册、远程维护模式和流量控制模式。本文采用其透传模式，下文对透传模式34进行详细介绍。透明传输模式是指将本地异步串行通信转换为基于 TCP/UDP 协议的网络通信。其主要目的是用简单的串行通信设备实现IP网络上的通信，数据格式不变。这个非常重要。因为DTU前后数据格式没有变化，无需任何软件升级即可直接应用。通过这种通讯方式的转换，可以将只能在本地控制的设备扩展到可以远程控制的设备，改进了控制方式和维护方式。对于远程维护、控制和数据采集具有实际意义。在DTU透传模式的应用中，当下位机发起通信请求时，DTU必须与上位机建立网络连接。 DTU进入透传

33、模式后，自动调用与上位机建立网络连接。当网络连接建立后，数据就可以在这条链路上实现双向数据传输。DTU进入透传模式后，既可以作为客户端模式，也可以作为服务器模式。工作在透传模式下的DTU会自动完成串口到网络通信的转换，所有数据都可以在上位机软件和下位机之间进行双向透传。透传模式的建立必须先用AT+I命令定义所有相关参数，然后使用特殊的AT+I！ SNMD 命令进入透传模式。DTU 进入透传模式后，将不再接收任何 AT+I 命令。 DTU通过与上位机串口的连接，专注于处理下位机串口的数据，而DTU不对数据做任何处理（即透传）。在这种模式下，需要注意的是自动波特率不起作用。在进入透传模式之前，必须

34、设置固定波特率，即BDRM不能设置为自动波特率。通过串口连续输入3个“+”号，间隔半秒，DTU退出透传模式，进入指令模式。此时DTU切换到命令模式，可以再次响应AT+I命令。3.3.4GPRS DTU的工作原理及流程GPRS DTU由A/D转换模块、开关量控制模块和综合控制模块组成。GPRS DTU上电后，首先会读出保存在FLASH中的工作参数（包括GPRS拨号参数、串口波特率、数据中心IP地址等，这些都是预先配置好的） 35 。GPRS DTU 登录 GSM 网络，然后进行 GPRS PPP 拨号。拨号成功后，GPRS DTU会得到一个手机随机分配的IP地址（一般为10.XXX）。也就是说，

35、GPRS DTU在移动网络中，其网络IP地址通常不是固定的，每次拨号都会发生变化。我们可以理解，此时的GPRS DTU是移动部门局域网中的设备，通过移动网关实现与外部互联网公网的通信。这类似于局域网上的计算机如何通过网关访问外部网络。GPRS DTU主动发起与数据中心的通信连接，并保持通信连接一直存在。因为GPRS DTU在移动网络中，IP地址不固定。因此，GPRS DTU只能主动连接数据中心，GPRS DTU不能主动连接数据中心。这就要求数据中心有固定的公网IP地址或固定的域名。数据中心的公网IP地址或固定域名作为参数存储在GPRS DTU中，一旦GPRS DTU上电拨号成功，就可以主动连接

36、数据中心。具体来说，GPRS DTU通过数据中心的IP地址（如果使用中心域名，首先通过中心域名解析中心IP地址）和数据中心的IP地址等参数向数据中心发起TCP或UDP通信请求。端口号。 GPRS DTU得到中心的响应后，认为与中心的握手成功，然后保持通信连接一直存在。如果通信连接中断，GPRS DTU 将立即与中心再次握手。由于已建立 TCP/UDP 通信连接，因此可以进行双向数据通信。对于DTU来说，只要建立了与数据中心的双向通信，完成用户串口数据和GPRS网络数据包的转换就比较简单了。一旦接收到用户的串口数据，DTU立即将串口数据封装在TCP/UDP数据包中，致到数据中心。相反，当DTU接

37、收到来自数据中心的TCP/UDP数据包时，它会取出数据内容，并立即通过串口致给用户设备。3.3.5通信模块设计流程由于检测的任务是被控对象的温度，所以通过GPRS DTU致到监控中心。通过向GPRS DTU写入不同的AT命令来完成各种功能。监控软件主要包括初始化程序、信号采集与处理程序、短信收发程序。初始化过程包括硬件初始化、定时器和串口初始化。信号采集处理主要完成外部采集的温度转换。查询方法用于接收短消息。短信到达后，调用串口接收程序对短信内容进行解码并进行相应处理；定时致温度信号，对采集到的温度进行编码。是短消息，然后调用send命令将短消息致到监控中心。通过 GPRS 网络致和接收数据通

38、过 GPRS 网络致数据最简单的方法是使用 GPRS DTU 设备（Data Terminal Unit：数据传输设备）。数据通信过程如下： DTU上电后，首先完成网络注册等初始化工作，然后自动进行PPP拨号，然后通过TCP/IP协议与位于Internet的数据中心建立连接，为用户设备建立双向透传无线通信链路。透明通道建立后，用户设备可以通过串口向DTU致数据。 DTU接收到数据后，将其封装成IP包，通过GPRS网络和Internet网络致到数据中心，数据中心可以通过网络程序获取数据。此过程也称为“向上”，“向下”则相反。整个通信过程虽然看似简单，但要实现DTU的功能，使其稳定可靠地工作，还是

39、有很多地方需要注意的。首先，DTU中的TCP/IP和PPP协议栈是一套复杂的协议程序，需要多年的积累才能可靠稳定。但是市面上很多GPRS模块中嵌入的协议栈或多或少都存在一些问题，需要用户在使用过程中不断发现和规避。其次，抗干扰性能是工业产品的重要指标之一，在硬件设计上需要特别注意。例如防静电、防群脉冲、浪涌等，都需要在设计过程中注意干扰源和干扰方式，设计消除干扰或防止干扰的电路，以使设备工作更稳定。最后，在GPRS设备的长期工作中，外界会出现很多特殊情况。如信号弱、SIM卡欠费、SIM卡不兼容、无可用网络、通讯链路异常断开、服务器错误等，这些都可能导致设备故障且无法恢复，因此需要针对各种可能出

40、现的故障进行制定才行有效的解决方案可以保证设备的可靠运行。GPRS通信流程图如下：图 3-5 通讯模块流程图#include#include#define uchar 无符号字符sbit realy2=P02; /继电器3sbit realy3=P03;/继电器4sbit realy4=P04; /继电器5sbit realy5=P05; /继电器6sbit realy6=P06; /继电器7sbit realy7=P07; /继电器8sbit key1=P20; /开关1sbit key2=P21; /开关2sbit key3=P22; /开关3sbit key4=P23; /开关4sbit

41、 key5=P24; /开关5sbit key6=P25; /开关6sbit key7=P26; /开关7sbit key8=P27; / 开关 8无效延迟_ms（uint i）；无效开始GSM（无效）；无效UART_init（无效）；无效致字符（uchar ch）；无效致字符串（uchar *p）；无效的GSM_INIT（无效）；无效接收就绪（无效）；无效消息读取（无效）；无效读取消息（无效）；无效致消息（无效）；4.上位机软件设计4.1 GPRS通讯网络以移动通信GPRS网络为通信平台，通过该通信平台向各个DTU致控制和配置信息，同时接收下位机上报的数据和状态信息。整个系统网络示意图如图所

42、示。图 4-1 GPRS 通信网络如图所示，采用GPRS移动通信网络完成数据传输，省去了用户自身网络的初期建设成本和未来的网络维护成本。通过GPRS DTU与现场二次仪表连接，采集的现场数据以IP包的形式致到监控中心，数据在监控中心进行处理和存储，并进行相应的查询、统计和报表提供了功能。监控中心还可以通过向DTU致IP包来设置下位机的配置信息或控制命令，也可以在某个时间对相应的数据进行排序。监控中心站由一台具有公共 IP 地址的计算机组成。 DTU可以将采集到的信息以IP包的形式直接致到监控中心站的IP地址。监控中心站对DTU致的IP包进行处理，并将相应的数据存入数据库。监控中心可以向每个DT

43、U致相应的控制指令，解析DTU后进行相应的操作。可见， GPRS DTU在GPRS通信网络中起到数据采集、指挥控制和远程数据监控的关键作用，是整个通信网络的中转枢纽。4.2 远程温度检测的实现原理本系统下位机的主要功能是对系统的温度参数进行远程实时监控和分析。同时，系统具有断电时间记录和保存、液晶显示和按键式人机界面、串行通讯、GPRS无线传输等功能。在软件开发中，本文采用基于实时嵌入式操作系统的软件结构。远程数据实时监控系统的软件实施例如图所示。图4-2 数据监控系统架构图A. 监控中心设置整个系统运行的基础数据，从数据库中读取预处理后的现场监控信息并进行处理，并将处理结果展示给监控人员，监

44、控人员可以主动下达控制指令。采用C/S软件架构。数据代理从GPRS和Internet读取现场监测信息，经过预处理后存入数据库。它从数据库中读取监控人员发出的主动控制指令，并通过GPRS和Internet传输到现场测试点。采用C/S软件架构。B. 数据收集采集和检测现场设备的运行信息，控制GPRS DTU致信息和接收指令。它是通过面向过程的编程来实现的。4.3 GPRS DTU远程温度监控接口GPRS DTU用于致和接收实时温度监测信息。通过单片机的传输，将细微的温度变化显示在应该做的界面上，实现上位机对温度的实时监控。监控界面如下图4-5所示。图 4-3 GPRS DTU 温度监控界面5、系统

45、集成与调试当系统的软硬件设计完成后，需要分别对软件和硬件进行调试，以验证系统的功能是否实现，结果是否正常，精度是否能满足要求。如果调试结果不符合要求，需要分析原因，找出问题所在。如果达到预期的要求，就可以将软硬件集成为一个完整的功能系统进行调试，然后就可以完成原型的开发。本系统的测试工作主要分为下位机硬件测试和上位机软件测试。下位机硬件测试主要完成以下任务： 检查硬件系统的短路和开路测试，电压、电流和接地是否正常，包括芯片输入输出引脚的电平测试。下位机测试步骤如5-1所示。图 5-1 下位机系统测试流程图下位机硬件测试完成后，可以确定硬件系统可以正常工作，然后可以在具有各种可能数据和运行条件的

46、电脑上测试上位机的软件。调试上位机软件的主要步骤：一个。打开监控软件湾。选择串口C。设置串口参数d。打开串口实时温度曲线显示在监控界面。六，结论本文以室温控制系统为研究对象，选择PC+MCU模式，以GPRS无线通信模块为基础。基于AT指令和数据采集器，构建远程温度数据采集系统对温度进行控制。实现温度的动态显示实时控制，具有界面友好、操作简单、控制安全可靠、维护方便等特点。系统直观清晰地显示运行过程的多项参数，方便操作人员随时掌握系统运行状态。本文的主要工作主要包括以下几个方面：使用温度传感器DS18B20实时监测室温，并将实时室温传输给微控制器。单片机通过接收温度传感器致的温度实时监测信息，将温度信息处理并显示在LED上。单片机将温度传感器的温度信息传送给GPRS模块，并进行一系列处理。此时，实现了基于GPRS的温度远程监控。由于条件有限，时间紧迫，本文建立的监控系统的功能还有待进一步完善。因此，建议应考虑外部条件对温度的影响。参考1 HYPERLINK %20%20%20%20:/