【正文】 S4 MCS51就是按照創(chuàng)新模式發(fā)展起來的單片形態(tài)的嵌入式系統(tǒng)（單片微型計算機）。 MCS51是在 MCS48 探索基礎(chǔ)上，進行全面完善的嵌入式系統(tǒng)。歷史證明， “ 創(chuàng)新模式 ”是嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展的正確道路， MCS51 的體系結(jié)構(gòu)也因此成為單片嵌入式系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)體系。 南陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 1 系統(tǒng)概述 1． 1概述 我們所研制開發(fā)的 移動通信網(wǎng)絡(luò)遠程控制系統(tǒng)，主要由控制中心計算機、 GSM（全球移動通信系統(tǒng)）模塊、遠端單片機控制板、多位 16*16 點陣顯示屏等部分構(gòu)成。該系統(tǒng)應(yīng)用了計算機軟件編程技術(shù)、 硬件接口技術(shù)、移動 通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、漢字編碼顯示等技術(shù)等。 系統(tǒng) 借助于控制中心和遠端設(shè)備的 GSM 模塊、利用移動通信公司的服務(wù)，通過控制中心計算機上的控制軟件，對遠端設(shè)備發(fā)送指令進行控制、數(shù)據(jù)采集。遠端設(shè)備是以單片機為核心，單片機對 GSM 模塊和被控設(shè)備進行控制，并顯示接收的數(shù)據(jù)和漢字。系統(tǒng)構(gòu)成及原理如圖 1 所示。 該系統(tǒng)是借助于公共移動通信網(wǎng)絡(luò)進行遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸，比使用專門無線電波段及設(shè)備、或者架設(shè)專線進行遠程控計算機系統(tǒng) 圖 1 系統(tǒng)構(gòu)成原理圖 GSM 網(wǎng)絡(luò) 單片機系統(tǒng)含TC35i TC35i模塊 圖 2 連接器 天線 GSM 模塊板 南陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 制和數(shù)據(jù)傳輸，都有非常大的優(yōu)勢，具有造價低、可靠性高、不受地域限制、實現(xiàn)方便快捷、運行費 用低等特點。 1． 2硬件設(shè)計（各個部分的構(gòu)成、功能、設(shè)計方法等） 系統(tǒng)硬件主要由控制中心計算機、數(shù)據(jù)收發(fā) GSM 模塊、單片機控制板、漢字點陣顯示屏幕等部分構(gòu)成。 對于控制中心計算機，我們使用的是一般的微機，與數(shù)據(jù)收發(fā) GSM 模塊的連接，是經(jīng)過 轉(zhuǎn)換芯片 SP3249，將 TTL 電平轉(zhuǎn)換成 RS232 電平，然后后與計算機串口直接連接。 A、 數(shù)據(jù)收發(fā) GSM模塊 數(shù)據(jù)收發(fā) GSM 模塊如圖 2所示，其核心是西門子公司的 TC35i 模塊，該模塊功能強大，能夠進行語音傳輸、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，并且獲得有我們國家的通信入網(wǎng)證。 數(shù)據(jù)收發(fā) GSM 模塊主要由 TC35i 模塊、 SIM 卡、接口電路、天線等組成。其電路原理圖如圖 3所示。其主要功能是通過移動通信網(wǎng)絡(luò)進行遠程數(shù)據(jù)傳輸。 B、單片機控制板 單片機控制板如圖 4 所示。主要由 89C51單片機、 TC35i 模塊、顯示數(shù)碼管、鍵盤、 8 個發(fā)光二極管等組成。其主要功能是接收控制中心的指令和數(shù)據(jù)、對設(shè)備（用發(fā)光二極管模擬）進行控制、將設(shè)備中的數(shù)據(jù)（用鍵盤模擬）發(fā)送到控制中心等。 圖 4 啟動電路 GSM 接口 SIM 卡座 RS232 轉(zhuǎn)換 圖 3 南陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 遠端設(shè)備 我們使用的是 MSC51 系列的 89c51 單片機，其性能優(yōu)越，有 40個引腳，一個 8 位的微處理器， 2 個 16 位定時器計數(shù)器，片 內(nèi)有 128 字節(jié)的 RAM，有 4KB 的 FLASH，四個 8 位并行 I/O 口 P0P3，每個口都可以用做輸入或者輸出，一個全雙工 UART 的串行 I/O 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機于外界的通信，片內(nèi)有振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。單片機板上有 8 個發(fā)光二級管，代表 8 個設(shè)備及狀態(tài)，一個蜂鳴器，用于報警、新消息到來時發(fā)聲、和音樂演奏等，四位數(shù)碼管顯示，用來顯示單片機板上鍵盤輸入的要發(fā)送給計算機端的數(shù)據(jù)。 接收顯示部分我們專門又做一個單片機板，用來做 LED 點陣動態(tài)顯示，這也是目前應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)。 C、漢字點陣顯示屏 漢字點陣顯 示屏如圖 5 所示。主要由 89C516 單片機、 EEPROM 286 8255A、74LS24 74LS154 等器件構(gòu)成。其主要功能是接收從圖 4 電路發(fā)來的數(shù)據(jù)和漢字信息，在點陣顯示屏上顯示出來。漢字點陣顯示屏代表遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊活悜?yīng)用。 點陣顯示屏所顯示的漢字的字模，是被固化在單片機中，近20xx 個常用漢字。 1． 3軟件設(shè)計 移動通信網(wǎng)絡(luò)遠程控制系統(tǒng)軟件設(shè)計包括 GSM 模塊控制指令應(yīng)用，計算機控制軟件、單片機控制板軟件、漢字顯示控制軟件、漢字字模庫軟件設(shè)計等。 A、 GSM模塊控制指令 GSM 模塊控制指令非 常多，它是對 AT 指令進行了擴展，分為標(biāo)準(zhǔn) AT 指令，擴展指令、擴展的 FAX 指令、短消息指令、公司自己擴展的指令等。下面只介圖 5 南陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 紹常用的短消息指令。 AT：測試 AT 命令 AT+CSQ：測試信號強度命令 AT+CMGF=1：設(shè)置短消息格式為文本格式 AT+CMGS=：發(fā)送接收方號碼和短消息 AT+CMGR=n：讀第 n 號短消息 AT+CMGD=m：刪除第 m號短消息 AT+CSCA=aaddr：設(shè)置短消息中心地址 B、計算機控制軟件設(shè)計 計算機控制界面，越來越多的微機用戶已習(xí)慣于 Windows 操作系統(tǒng)，用 VB 設(shè)計 控制界面則十分方便，并且功能強大。下邊簡單介紹計算機端軟件的編程。 其控制界面如下圖： 計算機做為控制端克服了單片機不能存儲 大量的數(shù)據(jù)、實時更新數(shù)據(jù)等缺點。 計算機端控制，對串口設(shè)備初始化。發(fā)送信息（通信信息和控制命令），接收終端返回的信息。實時處理信息。對信息進行存儲、刪除、查看等；也可查看終端設(shè)備狀態(tài)。此研究意義關(guān)鍵在于表達了遠程通信控制，遠程數(shù)據(jù)采集等技術(shù)。 利用 vb 提供的MSComm 控件控制串口事件，實現(xiàn)計算機控制通信模塊 TC35i 的信息處理。程序是通過對 vb 串行通信控件 Msm 的 Onm事 件的查詢來進行的。其事件具體如下： EvSend 1 發(fā)送事件。 EvReceive 2 接收事件。 圖 6 南陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 EvCTS 3 cleartosend 線變化。 EvDSR 4 dataset ready 線變化。 EvCD 5 carrier detect 線變化。 EvRing 6 振鈴檢測。 EvEOF 7 文件結(jié)束。 程序開始后要對調(diào)制解調(diào)器進行初始化，串口初始化等。 其原理圖： C、單片機系統(tǒng)軟件設(shè)計 終端硬件介紹：設(shè)備終端 我們用 MSC51 系列的 89c51 芯片做單片機的內(nèi)核，其性能優(yōu)越，有 40 個引腳，一個 8 位的微處理器， 2 個 16 位時鐘定時器記數(shù)器，一個片內(nèi) RAM，一個片內(nèi) ROM，四個 8 位并行 I/O 口 P0P3，每個口都可以用做輸入或者輸出，一個全雙工 UART 的串行 I/O 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機于外界的通信。片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。單片機板上有 8 個發(fā)光二級管，代表終端設(shè)備狀態(tài)，一個蜂鳴器，新消息到來時發(fā)聲，四位數(shù)碼管顯示，用來顯示單片 機板上鍵盤輸入要發(fā)送給計算機端的字符。 接收顯示部分我們專門又做一個單片機板，用來做 LED 點陣動態(tài)顯示，這也是目前應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)。 采用單片機直接外接 TC35i 模塊來接收信息，用外部中斷來檢測信息到來。并且返回當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)，這里是發(fā)光二級管的狀態(tài)。 LED 點陣動態(tài)顯示接收信息。 單片機端接收部分的編程實現(xiàn)主要是以下幾個方面： 南陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 （ 1）主程序開始要對模塊進行初始化，并且設(shè)置異步串口通信方式，設(shè)置波特率 9600bps，無校驗位， 8個數(shù)據(jù)位。 （ 2）發(fā)送消息子程序，由于是單片機控制模塊發(fā)送消息，所以單片機要輸出正確的 AT 命令并檢驗發(fā)送成功與否。單片機端設(shè)置有鍵盤，可以輸入要發(fā)送的數(shù)字信息。 （ 3）接收消息，采用中斷方式檢測有無消息到來，并且判斷數(shù)據(jù)是否正確和安全。如果對，判別消息類型，由于模塊返回給單片機的信息帶有不同的頭信息，和一 ok/error 結(jié)尾的信息，所以要提取信息部分以做處理。是通信信息話送給 LED 點陣顯示；是控制命令，控制碼送給發(fā)光二級管，以控制其狀態(tài)。 （ 4）顯示部分，數(shù)碼管顯示要輸入發(fā)送的數(shù)字， LED 點陣顯示接收的短消息內(nèi)容。這里顯示四個字符。 漢字點陣顯示屏軟件設(shè)計 漢字點陣顯示屏由單片 機控制，主要有這樣一些功能：接收上位單片機發(fā)來的顯示信息， 1． 4主要技術(shù)指標(biāo) 對于數(shù)據(jù)收發(fā)模塊 GSM，與 GSM 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率一般為 9600bps，最高可串口初始化 主程序開始 模塊初始化 開中斷 等待中斷 接收模塊返回信息 中斷處理程序開始 發(fā)送讀指令 接收返回信息 送顯示部分 清空接收緩沖區(qū) 中斷返回 初始化發(fā)送對象 發(fā)送程序開始 輸入數(shù)據(jù)、指令 執(zhí)行發(fā)送命令 清空發(fā)送緩沖區(qū) 發(fā)送返回 圖 1 系 統(tǒng)構(gòu)成原理圖 南陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 以達到 14400bps；延時 15秒；可控制多個遠端點；遠端點可控制多個設(shè)備；遠端多位 16*16 點陣顯示漢字。 GSM 相關(guān)的 AT 命令， GSM 模塊的性能以及使用。計算機以及單片機串口通信技術(shù) ,LED 點陣顯示技術(shù)。 1． 5應(yīng)用 我們所研究開發(fā)的“移動通信網(wǎng)絡(luò)遠程控制系統(tǒng)”，具有廣泛的應(yīng)用。可以 應(yīng)用于工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；電信基站自動測量監(jiān)控系統(tǒng)； 高速公路收費系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)；降雨量遠程監(jiān)測系統(tǒng)、地下水遠程監(jiān)測系統(tǒng)；電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、變電站數(shù)據(jù)遠程測控系統(tǒng)；各類量度表遠程自動抄表系統(tǒng)；河道水位自動監(jiān)測系統(tǒng)；油井在線生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)；家庭所有設(shè)備的控制等，應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。因此該項目有非常好的推廣應(yīng)用前景，并且能夠產(chǎn)生極 好的經(jīng)效益。 2 計算機控制端設(shè)計 2． 1 概述 SMS（ Short Message Service）短信息服務(wù)是 GSM，系統(tǒng)中提供的一種 GSM終端（手機）之間，通過服務(wù)中心 (Service Center)進行文本信息收發(fā)的應(yīng) 用服務(wù)，其中服務(wù)中心完成信息的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能。短信息服務(wù)作為 GSM 網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，已得到越來越多的系統(tǒng)運營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來。以 GSM 網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以開發(fā)出多種前景極其樂觀的各類應(yīng)用，如無線數(shù)據(jù)的雙向傳送、無線遠程檢測和控制等。典型的應(yīng)用有：變電站、電表、水塔、水庫或環(huán)保監(jiān)測點等監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸和無線自動警報；遠程無線控制高壓線路斷電器、加熱系統(tǒng)、防洪攔阻系統(tǒng)或其它機電系統(tǒng)的啟動和關(guān)閉；車隊交通管理和控制指揮系統(tǒng)；控制和監(jiān)測香煙、食品和飲料自動售貨 機的運行狀態(tài)和存貨水平等等。 南陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 由于 GSM 網(wǎng)絡(luò)在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡(luò)能力強的特點，用戶無需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時為客戶節(jié)省了昂貴建網(wǎng)費用和維護費用。同時，它對用戶的數(shù)量也沒有限制，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大，維護費用高，且網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的缺陷。比起傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無法比擬的優(yōu)勢，加上 GSM 的 SMS 本身具備的數(shù)據(jù)傳送功能，都使得這些應(yīng)用得到迅速的普及。利用 GSM 短信息系統(tǒng)進行無線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠程數(shù)據(jù)傳送和 監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個強大的支持平臺。 2． 2 SMS短信息的無線數(shù)傳監(jiān)視和控制 通常情況，基于 SMS 短信息服務(wù)的無線數(shù)傳監(jiān)視和控制系統(tǒng)為一個點到多點的遠程無線雙向數(shù)據(jù)通信和控制系統(tǒng)，如圖 1所示。系統(tǒng)的中心點為數(shù)據(jù)或監(jiān)控指揮中心，由計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、電子地圖和 GSM 通信接口組成。監(jiān)控中心主要完成各種信息和數(shù)據(jù)的收發(fā)和整理：一方面，接收各個監(jiān)控點上傳的信息和數(shù)據(jù)，并把它們放入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫和分發(fā)給相應(yīng)的監(jiān)控計算機，以實現(xiàn)對各個監(jiān)控點的監(jiān)控和管理；另一個方面，監(jiān)控中心響應(yīng)監(jiān)控計算機發(fā)出的對各個監(jiān)控點的控制信息 ，并且把這些信息下發(fā)到相應(yīng)的監(jiān)控點上，從而達到對監(jiān)控點設(shè)備進行控制的目的。 GSM無線通信控制終端為一個 MC3的嵌入式系統(tǒng)，具有如圖 2所示的測量、數(shù)據(jù)采集、控制、無線通信功能。 GSM 無線通信控制終端通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心進行雙向的信息傳輸。它將測量和采集到的數(shù)據(jù)信息傳送到監(jiān)控中心，同時接收監(jiān)控中心的控制數(shù)據(jù)，對設(shè)備實施相應(yīng)的控制。 2． 3基于 GSM通信的軟件接口 市場上提供的可供二次開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)的 GSM 模塊都支持 GSM 所定義的AT命令集的指令。因此， MCU 通過 UART 串行接口直接向 GSM 模塊下 發(fā) AT 命令，就可以方便簡潔地實現(xiàn)基于 GSM 的短信息 SMS 的收發(fā)、查尋和管理。表 1 列出了南陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 與 SMS 相關(guān)的一些常用的 GSM AT 指令。 根據(jù) GSM 的定義， SMS 短信息的發(fā)送和接收模式共有三種： Block模式、基于