【正文】 基于GSM的煤氣表采集系統(tǒng)的設(shè)計 作 者 姓 名 李朋朋 專 業(yè) 電子信息工程 指導(dǎo)教師姓名 郭俊美 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 講師 _目 錄摘 要 1第一章 緒 論 3 課題意義 3 本系統(tǒng)完成的功能 3第二章 各模塊方案選擇 3 3 單片機控制模塊 4 煤氣流量傳感器的選擇 4 鍵盤模塊 4 顯示模塊 5 數(shù)字時鐘電路 5 串口解決方案 6 GSM模塊選擇 6 數(shù)據(jù)存儲器 6第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 硬件總體結(jié)構(gòu) 7 PIC 18F458 單片機簡介 7 高性能RISC CPU 7 外圍功能模塊特性 7 高級的模/數(shù)轉(zhuǎn)換特性 8 CAN總線模塊特性 8 特殊的單片機特性 9 FLASH技術(shù) 9 9 漏氣檢測電路的設(shè)計 10 開閥熄火檢測電路的設(shè)計 10 通風(fēng)扇控制電路 11 電磁氣閥控制電路 11 紅外鍵盤模塊設(shè)計 12 電源電路的設(shè)計 15 時鐘電路的設(shè)計 16 時鐘芯片DS1302簡介 16 DS1302 硬件連接 17 LCD液晶顯示電路 17 打印機模塊 18 通過串口收發(fā)短消息 19 GSM短消息技術(shù)簡介 19 短消息特點 20 收發(fā)短消息方式 21 PDU編碼 21 AT指令 21 22 24第四章 軟件設(shè)計 25 軟件設(shè)計的主要步驟 25 主函數(shù)流程圖 27 數(shù)據(jù)采集，存儲，查詢軟件設(shè)計 28 紅外健盤軟件設(shè)計 30 GSM模塊短信接收發(fā)送設(shè)計 31第五章 實物效果 33 本系統(tǒng)的控制按鍵說明 33 各功能詳細(xì)介紹 34第六章 結(jié)束語 40參考文獻 41附 錄 42附錄一：總原理圖 42附錄二：主程序清單 43致 謝 116114 / 118摘 要采用傳統(tǒng)的人工抄取煤氣表數(shù)據(jù)的方式，不可避免地存在耗費人工、效率低、誤差大，時間長等缺點。無線抄表系統(tǒng)可以擺脫人工抄表的辦法，利用GSM進行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。具有計量準(zhǔn)確、通信可靠、抄表方便、功耗低等優(yōu)點，以及節(jié)省人力、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護的功能。本系統(tǒng)設(shè)計的GSM抄表系統(tǒng)是由單片機控制模塊、流量計數(shù)模塊、電源模塊、顯示模塊、GSM通信模塊、時鐘模塊、紅外線鍵盤模塊、打印模塊、漏氣檢測模塊、開閥熄火檢測模塊和存儲模塊等組成。本系統(tǒng)實現(xiàn)了用量計數(shù)、計價、用量查詢、GSM遠(yuǎn)程無線抄表、打印、存儲、液晶顯示、紅外鍵盤控制、號碼更改、價格更改、鬧鐘設(shè)置、時間設(shè)置、手動止鬧、漏氣檢測、開閥熄火檢測、報警等功能。最終完成一個多功能家庭煤氣表的設(shè)計。雖然現(xiàn)在只有部分城市采用了遠(yuǎn)程抄表，但全國全面建設(shè)的號角已經(jīng)吹響，很多的大中型城市已經(jīng)開始全面部署。相關(guān)的電子科技企業(yè)也都快速的跟進，加緊遠(yuǎn)程無線抄表的研發(fā)和生產(chǎn)步伐。相信在幾年之內(nèi)，原始的人工抄表系統(tǒng)將會被現(xiàn)代化的無線抄表系統(tǒng)所全面取代。關(guān)鍵詞：GSM無線抄表 煤氣表 單片機 ABSTRACTUsing the traditional artificially reading data from the gas meter, inevitably exist consuming manual, inefficient and error, time to long, and other shortings. The advantage of GSM wireless meter reading system is accurate metering , reliable munication, meterreading convenience, low power consumption and the laboursaving, remote monitoring, remote maintenance functions.The wireless meterreading system is consist of MCU module, flow number of modules, power module, displaying module, GSM munication module, clock module, infrared keyboard modules, print modules, leak detection module, Extinguished the fire detection module and memory module. The system to achieve the amount of counting, pricing, the amount of inquiries, GSM wireless remote meterreading, printing, storage, liquid crystal display, infrared keyboard control, the number changes, price changes, the alarm settings, time settings, Manually stop the clock, leak detection , Extinguished the fire detection，alarm and other functions. Final pletion of a multipurpose household gas meter design. 雖然現(xiàn)在只有少數(shù)的大城市采用了的智能路燈控制，但全國全面建設(shè)的號角已經(jīng)吹響，很多的大中型城市已經(jīng)開始全面部署。Although only a handful of cities using the wireless meter reading system, but the prehensive building of the National bugle call is sounded. Many of the large and mediumsized cities have started full deployment. 相關(guān)的電子科技企業(yè)也都快速的跟進，加緊的智能路燈系統(tǒng)地研發(fā)。Electronic technology related enterprises are quick followup. 相信在幾年之內(nèi)，原始的路燈系統(tǒng)將會被現(xiàn)代化的照明系統(tǒng)所全面取代。Believe that within afew years, the traditional artificially reading data from the gas meter will be replaced by the wireless meter reading system.Key words：GSM wireless meter reading system。 Gas meter。 MCU第一章 緒 論 課題意義目前市場上銷售的煤氣表一般來說有機械式和數(shù)字式兩大類。機械式歷史悠久,技術(shù)成熟,價格低廉,但功能單一,目前占有較大的市場份額。數(shù)字式顯示直觀,功能多,價格高。機械式只能由人工抄表,這種落后的抄表方式,消耗大量的人力、物力,而且采集數(shù)據(jù)的時間跨度大、采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度低。抄煤氣表一向是燃?xì)獠块T一項復(fù)雜而重要的工作，而市民交費同樣是件繁瑣的事情，給居民帶來很多的不便。因此,國家有關(guān)部門規(guī)定以后將逐步以計算機為基礎(chǔ)的自動抄表系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的人工抄表。自動抄表系統(tǒng)目前主要采用有線通信技術(shù)和無線通信技術(shù)。要能實現(xiàn)自動抄表,則要求煤氣表必須為數(shù)字式的,且需具備一定的通信功能。目前大部分?jǐn)?shù)字式煤氣表一般只有記錄用氣量和一定通信的功能,隨著人們生活水平的逐步提高,對煤氣表功能的要求也越來越高,自動抄表系統(tǒng)的逐步普及要求煤氣表具備一定的通信功能外,對安全方面的要求更為重要。為了適應(yīng)自動抄表系統(tǒng)的需要和用戶對煤氣表功能的需求,本設(shè)計特開發(fā)了一多功能數(shù)字式煤氣表。采用GSM無線傳輸，具有安全檢測，無線通信，數(shù)字計量，計價等功能。與現(xiàn)有的眾多智能抄表系統(tǒng)相比，本設(shè)計方案具有如下獨到的優(yōu)點：免去在住戶單元樓內(nèi)和室內(nèi)布置數(shù)據(jù)采集專用通信線路的麻煩，降低了成本，而且無線傳輸中干擾也比有線傳輸要少，即在一定程度上提高了前端數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)目煽啃裕挥行Ю昧素S富的現(xiàn)有電力線網(wǎng)絡(luò)資源，符合創(chuàng)建節(jié)約型社會的要求，具有很重要的現(xiàn)實意義。本設(shè)計完成了 用量計數(shù)、計價、用量查詢、GSM短信接收、GSM短信發(fā)送、打印、存儲、晶液顯示、紅外鍵盤控制、號碼更改、價格更改、鬧鐘設(shè)置、時間設(shè)置、手動止鬧、漏氣檢測、開閥熄火檢測、報警等功能。最終完成一個多功能家庭煤氣表的成品。第二章 各模塊方案選擇方案一：采用200W/5V直流穩(wěn)壓電源供電。功率上可以滿足系統(tǒng)需要，不需要更換電源，但是，煤氣表要求不能斷電，以保證數(shù)據(jù)的正常存儲和用戶的正常使用，這一點此方案不能滿足要求。方案二：采用太陽能電池板和蓄電池供電，蓄電池采用2A型號，滿足系統(tǒng)的要求，并且不會斷電，既方便用戶，又可以節(jié)能，并且安裝使用都非常便利。分析比較后，我選擇方案二。 單片機控制模塊方案一：采用AT89S51。51單片機是8位單片機中應(yīng)用范圍比較廣的一類單片機。它采用馮諾依曼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，指令、數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并且采用集中指令集（CISC）；程序指令比較多。執(zhí)行速度較慢且搞干擾能力不強。方案二：采用PIC16F877。PIC是數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結(jié)構(gòu),并且使用精簡指令集（RISC），它具有尋址方式簡單和代碼壓宿率高，功耗低，驅(qū)動能力強，應(yīng)用平臺界面友好、開發(fā)方便，程序存儲器版本齊全等優(yōu)點并且內(nèi)部自帶有256字節(jié)的EEPROM[1]。但它只有8K的程序存儲空間。方案三：采用PIC 18F458。它具有方案二中介紹的PIC系列單片機的所有優(yōu)點，并且具有32K的程序存儲空間和1536的RAM?？偵希驗楸驹O(shè)計功能復(fù)雜。需要的Flash和RAM資源相對較多。因此采用方案三。 煤氣流量傳感器的選擇 方案一：干簧管傳感型。干簧管由于不需要供電，它對一般的電磁干擾不敏感,，雖然干簧管的機械觸點有疲勞壽命的問題，但質(zhì)量較好的高性能觸點干簧管壽命可達(dá)108次。方案二：霍爾傳感型?；魻栐m然靈敏度高而又無觸點，但都需要供電，這使得整個系統(tǒng)供電問題變得較為突出，不僅要考慮用交流電，還要考慮后備電源，所以在安裝后的運行成本比較高。方案三：光電轉(zhuǎn)換型。這種傳感形式一般是在在基表旋轉(zhuǎn)部件上加裝一面反射鏡面，在與反射鏡面相對應(yīng)的部位安裝一個光電傳感器，當(dāng)旋轉(zhuǎn)部件上的鏡面轉(zhuǎn)至傳感器位置時，傳感器就產(chǎn)生光電感應(yīng)，發(fā)出一次脈沖信號。但這種傳感形式有下面一些缺點：①傳感器本身要耗電，不利于后備電池的微耗供電。②反射面污染褪色后反射失靈③在反射面邊沿上顫動產(chǎn)生誤信號。④需要4 根引線。通過比較以上三種方法，我們不難看出，采用干簧管傳感型是比較理想的傳感器。 鍵盤模塊方案一：采用矩陣式鍵盤。采用矩陣式鍵盤可以減少對I/O口的占用，一個4*4的矩陣鍵盤只占用8個I/O口。但編程較復(fù)雜且需要實時掃描并且反應(yīng)較慢。而且應(yīng)用在廚房。操用不方便。方案二：采用獨立式鍵盤。獨立式鍵盤適用于鍵盤數(shù)目不多的情況，電路連接簡單，軟件編程也不復(fù)雜。但占用I/O口較多。方案三：采用紅外鍵盤。紅外鍵盤只用一跟外部觸發(fā)引腳。而且鍵值判斷在中斷中進行。不需實時掃描且反應(yīng)迅速。另外安裝在廚房用無線紅外鍵盤操作會比較方便?？偵?，本設(shè)計采用方案三的紅外鍵盤。另外做了一個獨立按鍵作為開關(guān)閥鍵。 顯示模塊是本設(shè)計中比較重要的的部分。方案一：共陰數(shù)碼管的發(fā)光二極管陰極共地，當(dāng)某個發(fā)光二極管加高電平，對應(yīng)的字段發(fā)光。而共陽極數(shù)碼管與共陰極相反，則陽極接在一起接高電平，通常的七段LED顯示器有8個發(fā)光二極管，其中七個用于構(gòu)成七筆字形的7個字段a、b、c、d、e、f、g，余下一個小構(gòu)成小數(shù)點h。最常用的顯示器是由發(fā)光二極管LED構(gòu)成的七段數(shù)碼顯示器。這種顯示器有共陰和共陽極兩種。這種顯示方式功能比較單一且顯示的內(nèi)容較少。方案二：采用LCD顯示電路。液晶的基本結(jié)構(gòu)是由兩片玻璃組成的很薄的盒子。這種結(jié)構(gòu)使使用上方便、便于大規(guī)模生產(chǎn)。并且具有功耗低，壽命長，顯示信息量大等優(yōu)點?；谏鲜鲈? 我采用方案二。數(shù)字時鐘是本設(shè)計的重要的部分。根據(jù)需要，可利用兩種方案實現(xiàn)。方案一：本方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設(shè)三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結(jié)合實現(xiàn)1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應(yīng)的秒值加1；若秒值達(dá)到60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加1；若分值達(dá)到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達(dá)到24，則將時字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點，但當(dāng)單片機不上電，程序?qū)⒉粓?zhí)行。且由于每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度不高，且程序代碼非常復(fù)雜，占用太多的系統(tǒng)資源。方案二：本方案采用Dallas公司的專用時鐘芯片DS1302。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于10ms/年，因此，可直接對其以用于顯示或設(shè)置，使得軟件編程相對簡單。為保證時鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常工作，芯片內(nèi)部包含鋰電池。當(dāng)電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。而且即使