【正文】 外部中斷程序 ........................................ 40 與 GSM 相關的程序 .................................... 40 小結 : ................................................... 40 結束語 ..................................................... 42 致 謝 ..................................................... 43 參考文獻 ................................................... 44 XXXXXX 學院畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁 1 緒論 概述 溫度是一種基本的環(huán)境參數(shù)，在日常生活和工農業(yè)生產中經(jīng)常要檢測溫度。溫度檢測系統(tǒng)在糧食儲備庫、蔬菜或花卉大棚、釀造行業(yè) (如啤酒發(fā)酵罐 )、養(yǎng)殖廠 (如雞場孵化設備 )、軍用彈藥倉庫、電網(wǎng)溫度控制、氣象觀測等領域中有著十分廣泛和重要的應用。并且在一些行業(yè)、設備或場所中，溫度 測量的準確度、精度、實時性對民生大計起著至關重要的作用，比如，養(yǎng)雞場的孵化箱對溫度控制有著非常嚴格的要求，溫度測量不準，控制不精確就會造成小雞孵化率和成活率的降低，從而導致養(yǎng)殖經(jīng)濟效益的減少；再如國家糧食儲備倉庫的溫度測量和控制系統(tǒng)，我國是一個農業(yè)大國，每年都有大量的新糧收獲，也有部分陳糧積壓，一旦出現(xiàn)問題會直接導致儲糧儲備的浪費和損失，給國家和人民造成了巨大的經(jīng)濟損失，情況嚴重的甚至會影響民用生活糧食的正常供應，糧倉環(huán)境成為決定糧食質量的關鍵因素。以往國家糧食庫采取的方法是用人工的辦法定期對糧食進行晾曬、 通風，消耗了大量的人力和財力。 針對上述這些現(xiàn)象，目前推廣應用的許多智能溫度監(jiān)測系統(tǒng)多采用電阻式溫度傳感器檢測溫度，測量精度低，離散性大，需要 A/D 轉換，電路復雜。因此，從這種程度來看溫度測量系統(tǒng)的研究和設計意義重大。 目前遠程監(jiān)控的發(fā)展現(xiàn)狀 實際上，溫度測量系統(tǒng)的研制一直都被人們關注，設計方法也不斷被改進。溫度模擬量的采集和轉換方法從熱電阻、熱電偶到現(xiàn)在比較流行的集成數(shù)字溫度傳感器；數(shù)據(jù)處理和控制的方法也從傳統(tǒng)的純硬件電路到單片機、 DSP、 ARM、 FPGA等智能化的實現(xiàn)方法；報警方式從早期 的聲光報警、無線傳輸?shù)侥壳罢鸩奖徊捎玫幕?GSM(Global System for Mobile)通信網(wǎng)絡的 SMS(Short Mes． saging Service)短信息業(yè)務；有關參數(shù)信息的提示或顯示也從發(fā)光二極管、數(shù)碼管發(fā)展到廣泛采用的 LCD。各個組成部分實現(xiàn)方法的少許改進都使得測溫系統(tǒng)的整體性能得到了或多或少的提高?？傊F(xiàn)代溫度測量系統(tǒng)正朝著高精度、高集成度、強抗干擾性、良好的實時性和便捷安全的操作性等方向發(fā)展。 目前，國內、外常用的遠程監(jiān)測技術主要有以下幾種： XXXXXX 學院畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 (1)PSTN PSTN( publie Switched Telephone Network)，即公用交換電話網(wǎng)絡。利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信是一個經(jīng)濟有效的方案，只需在監(jiān)測終端和管理中心主機各加裝調制解調器即可，這種技術具有傳輸距離遠、精度高、傳輸誤碼率低等特點。主機對監(jiān)測終端的呼叫可以通過撥號，由交換機自動完成也可租用專線，但費用高。采用租用電話線的方式進行數(shù)據(jù)通信時，線路連接時間較長，通常需幾秒到幾十秒。這使得管理中心無法對設備實時監(jiān)控，而且當監(jiān)測終端數(shù)目較多時，租用電話線路多，其費用也昂貴，因此 不適合大容量系統(tǒng)。由于這種方式依賴于現(xiàn)有的電話網(wǎng)，對于尚未鋪設電話線路或無法鋪設電話線路的地區(qū)則不適用，具有一定的地域局限性。 (2)電力線載波 電力線載波通信的優(yōu)點是可利用現(xiàn)有的電力線資源，無需架設通信線路，并且沒有占用頻率資源，運行成本較低。其缺點是容量小，傳輸速率較低，信號衰減大，抗干擾能力差，通信距離短，可靠性較差。另外，需配備用于電力載波通信的電力通信專用模塊。目前，國內市場上的國產模塊功能一般，而性能較優(yōu)的國外模塊及配套設備存在價格偏高，開發(fā)利用效率低等諸多不利因素。 (3)數(shù)傳電臺 對于地理 位置偏僻、布局分散、難以進行有線通信的監(jiān)測設備，利用無線電波進行數(shù)據(jù)通信是一種較好的選擇。其特點是傳輸頻帶較寬，通信距離一般為幾十公里，還可通過中繼站延伸到更遠。但是利用數(shù)傳電臺進行無線數(shù)據(jù)通信仍然存在著一些固有的缺陷。產品硬件部分成本高，使得這種通信方式的使用場合受到一定的限制，大用戶的無線電監(jiān)控，如果頻點選擇不合理，相鄰的兩個信道會相互產生干擾。另外數(shù)傳距離短，其維修費用也較高。 (4)小功率射頻芯片 小功率射頻芯片是內部帶有天線的芯片，芯片中存儲有能夠識別目標的信息。其信息解碼由解讀器完成，解讀器由發(fā) 送器、接收儀、控制模塊組成。它通過接收標簽發(fā)出的無線電波來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與讀取。最常見的是被動射頻系統(tǒng)，當解讀器遇見標簽時，發(fā)出電磁波，周圍形成電磁場，標簽從電磁場中獲得能量激活內部的微芯片電路，芯片轉換電磁波，然后發(fā)送給解讀器，解讀器把它轉換成相關數(shù)據(jù)?？刂颇K就可以處理這 XXXXXX 學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 些數(shù)據(jù)從而進行管理控制。雖然近些年來發(fā)展極其迅速，如電器遙控器、汽車防盜等。但由于其主流產品的性能限制，都僅僅局限在一些近距離的通信或控制領域應用。 然而無論使用上述哪一種監(jiān)測技術，對于用戶來講，最基本的要求是方便、快捷、安全、可靠。若 采用有線傳輸方式，可以通過架設專線、利用公共數(shù)據(jù)網(wǎng)等途經(jīng)來實現(xiàn)，但是在很多場合下，有線方式受到了架線環(huán)境、傳輸距離等條件限制。若采用無線傳輸方式，則容易受到地形地貌的影響以及頻率資源的限制，同時架設成本高、系統(tǒng)的架設和維護工作繁重，在業(yè)務量小、用戶數(shù)量大、位置分散等應用場合中也受到很大限制。 隨著移動通訊技術的不斷發(fā)展，尤其是以 GSM 為代表的無線通信技術的發(fā)展更是引人注目。無線通信技術的發(fā)展也給遠程監(jiān)測技術的發(fā)展奠定了良好的基礎。基于公網(wǎng)的遠程監(jiān)測系統(tǒng)是近幾年發(fā)展起來的新技術，正不斷應用于電力、石油、安防等 需要對現(xiàn)場設備運行狀態(tài)進行監(jiān)測的領域。采用先進技術的無線監(jiān)測系統(tǒng)，集計算機、通信、自動控制等多種先進技術于一體，能夠實現(xiàn)對分布式系統(tǒng)的實時監(jiān)測管理，解決傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)中自己構建通訊系統(tǒng)成本高難題，突破了不便于布線組網(wǎng)場合應用的局限性，將運行維護人員從大量繁瑣的工作中解放出來，提高了監(jiān)測系統(tǒng)的運行質量，增強了監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和可控性。 在 GSM 中，唯一不需建立端到端通道的業(yè)務就是短消息業(yè)務 (Short Message Service)。短消息業(yè)務是 GSM 系統(tǒng)中提供的一種終端 (手機 )之間，通過服務中心進行文本信息收發(fā)的應用服務，其中服務中心完成信息的存儲和轉發(fā)功能，具有很高的可靠性，特別適用于需要傳送小流量數(shù)據(jù)和不宜鋪設線路的應用場合。 本文研究的主要內容和方法 本系統(tǒng)從結構上主要由參數(shù)設置按鍵 ,數(shù)字溫度傳感器 DS18B核心單片機控制芯片、 LED數(shù)碼管以及 GSM通信模塊組成，系統(tǒng)組成框圖如圖所示。系統(tǒng)的工作過程是：通過按鍵來修改系統(tǒng)參數(shù)，如接收方的手機號碼、報警溫度限值等，并將修改后的各種系統(tǒng)參數(shù)保存到單片機內部的存儲器中，以防止系統(tǒng)突然斷電而丟失信息； LED數(shù)碼管主要負責檢測通道、溫 度等信息的顯示，方便人機交流。當系統(tǒng)進行測溫工作時，單片機作為系統(tǒng)核心一邊控制 DS18B20進行實時溫度檢測，并且將所測得的溫度參數(shù)進行分析處理，若溫度過高則通過 GSM模塊向控制中心發(fā)出溫度報警短信，以便控制中心及時作出處理；當溫度正常時，系統(tǒng)可每隔一固定時間發(fā)送一次溫度數(shù)據(jù)值的短信。系統(tǒng)還可以自動檢測傳感器故障并通過短信通知控制中心及時 XXXXXX 學院畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 更新傳感器 ,具體的說研究的內容主要包括以下兩個方面： 硬件方面的主要內容是：對 STC89C51 單片機外圍電路的設計。其主要包括： ? 集成溫度傳感器 DS18B20 的工作電路設計 ? 4 位 LED 數(shù)碼管顯示模塊電路設計 ? 按鍵接口電路設計 ? 串口通訊設計 軟件方面的主要內容是：主要是單片機系統(tǒng)對通訊和采集溫度的處理。其主要包括： ? 集成溫度傳感器 DS18B20 的溫度采集程序 ? 數(shù)碼管顯示程序 ? 按鍵接口程序 ? 單片機系統(tǒng)與 GSM 模塊通訊實現(xiàn) SMS 收發(fā) 總的說來，硬件設計難度不大，要求實現(xiàn)的內容也不多，容易把握。但軟件就不是，軟件設計內容多，所用到的中斷也多，復雜性高，難于把握程序的正確性。實踐中采用了模塊化程序設計，使程序變得相對容易多了。 XXXXXX 學院畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 2 系統(tǒng)結構 系統(tǒng)結 構圖 根據(jù)課題要求，系統(tǒng)必須完成兩大功能：無線通訊功能和測量溫度功能。因此系統(tǒng)必須圍繞著此兩功能展開設計。初步構思的系統(tǒng)結構圖如下圖： 按鍵功能模塊 根據(jù)課題的要求測溫范圍，即系統(tǒng)能夠根據(jù)需要設置不同的上下限溫度值以實現(xiàn)系統(tǒng)對溫度的監(jiān)測，系統(tǒng)必須有設置上下限溫度的功能，而完成這個設置工作就必須用到按鍵。故按鍵功能在這個系統(tǒng)里是實現(xiàn)系統(tǒng)多應用場合是的重要組成部分。 測溫模塊 測溫模塊是系統(tǒng)的核心部分之一，沒有此模塊，系 統(tǒng)就不能完成任務了。 GSM 無線通訊模塊 GSM 無線通訊模塊同樣是系統(tǒng)的核心部分之一，沒有此模塊系統(tǒng)無線傳輸就無從談起。 顯示模塊 顯示模塊不是系統(tǒng)的核心功能之一，但是考慮工作時系統(tǒng)可能會出現(xiàn)意外，如沒有數(shù)據(jù)傳輸，沒有測溫等等。同時，按鍵設置上下限溫度值時也是需要有顯示才能看到所設置的溫度是多少。另一方面，系統(tǒng)有顯示也便于現(xiàn)場工作人員對現(xiàn)場的監(jiān)控，所以加裝顯示模塊對系統(tǒng)穩(wěn)定有利而無弊。 MCU 核心控制模塊 MCU 核心控制模塊是系統(tǒng)的靈魂，它通過軟件控制系 統(tǒng)的各個模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)功能：溫度上下限值設置、溫度測量、無線傳輸以及數(shù)據(jù)顯示。 各模塊方案的選擇 MCU 的選擇 MCU 按鍵功能設置 DS18B20 模塊 TC35I 無線通訊模塊 4 位 LED 顯示模塊 XXXXXX 學院畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 由于系統(tǒng)對溫度的探測速度的要求不是很高，同時對 GSM 模塊控制需要的用時比較優(yōu)多，所以使用高性能的芯片不是一種很好選擇，而使一般的芯片就足爾，如我們熟悉的 8051，考慮到程序存儲器的需求，本系統(tǒng)選用 STC89C51，選用該芯片的另一重要原因是它的 ISP 功能，使設計者能在線下載程序，調試變得非常方便。 按鍵功能模塊的選擇 按鍵接口有兩種：獨立式按鍵接口和矩陣 式按鍵式接口。 獨立式按鍵接口，各個按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵被按下了。 矩陣式按鍵式接口，適用于按鍵數(shù)量較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。一般地，這種按鍵接口適用于按鍵數(shù)目較多的場合，相比之下比獨立式按鍵接口要節(jié)省很多的 I/O 口線。 本系統(tǒng)的按鍵是用于設置系統(tǒng)開始時的上下限溫度的，只需少數(shù)的按鍵即可實現(xiàn)功能要求。所以，比較以上兩種按鍵接口，選擇獨立式按鍵接口即可 滿足要求。 測溫模塊的選擇 測溫模塊是本系統(tǒng)的核心，所以選擇是十分關鍵。以下是幾個測溫方案： 方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件?，F(xiàn)應用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點為精度高、測量范圍大、便于遠距離測量。 鉑的物理、化學性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強，易提純，復制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標準。缺點是價格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質中易被玷污變脆。按 IEC 標準測溫范圍 200～ 650℃，百度電阻比 W（ 100） = 時， R0 為 100Ω和 10Ω，其允許的測量誤差 A級為177。（ ℃+ |t|）， B級為177。（ ℃ + |t|）。 銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于 50～ 180℃測溫。 方案二：采用 AD590，它的測溫范圍在 55℃～ +150℃之間，而且精度高。 M 檔在測溫范圍內非線形誤差為177。 ℃。 AD590 可以承受 44V正向電壓和 20V 反向電壓，因 XXXXXX 學院畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 而器件反接也不會損壞