【正文】 目 錄一 引言 2二 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 3三 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 傳感器的選擇 4 單片機(jī)的選擇 5 復(fù)位電路 7 電源電路 7 模擬量采集電路 8 遠(yuǎn)程通信模塊的選擇 8 TC35的介紹 12 單片機(jī)的接口設(shè)計(jì) 15 首先進(jìn)行初始化 23 短信中心地址的設(shè)置 24 短消息格式的設(shè)置 25 短消息的發(fā)送 25 短信接收 26 刪除短消息 27 串口程序 28 主處理程序 30結(jié)論 31致 謝 32附 錄 34英文文獻(xiàn) 44一 引言水位監(jiān)測(cè)屬于水利土木安全監(jiān)測(cè)的一個(gè)分支，是一項(xiàng)有重大實(shí)際意義的研究課題。目前，隨著單片機(jī)技術(shù)和無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，水利土木安全監(jiān)測(cè)手段也同樣得到了快速的發(fā)展。從最早的人工觀測(cè)，到使用電纜傳輸數(shù)據(jù)的有線觀測(cè)方法，再到現(xiàn)在的無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以說新技術(shù)層出不窮。國(guó)內(nèi)外己經(jīng)有大量的文章研究了將單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用于安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的課題，也有了很多相關(guān)產(chǎn)品的問世。但是水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有這樣的特性，那就是每一個(gè)應(yīng)用，都有區(qū)別于其它應(yīng)用的地方，設(shè)計(jì)人員不能夠簡(jiǎn)單照搬己有的監(jiān)測(cè)模式，而需要根據(jù)實(shí)際需求尋找最合適的解決方案。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，無論是在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，單片機(jī)技術(shù)都己經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用，其可靠性也得到了廣泛地驗(yàn)證。單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用于水利土木監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，為各種安全監(jiān)測(cè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。但是國(guó)內(nèi)外這方面的研究成果還是具有一定的差距。主要體現(xiàn)在，國(guó)際先進(jìn)水平的水利土木安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，己經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，形成了一定的市場(chǎng)規(guī)模和占有率。國(guó)際上處于領(lǐng)先水平的技術(shù)相對(duì)于國(guó)內(nèi)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于: 傳感器技術(shù)更先進(jìn)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)能力更強(qiáng)，從業(yè)公司比較多，市場(chǎng)認(rèn)知度比較高。國(guó)內(nèi)這方面的研究目前開展的也很多，發(fā)展相對(duì)來說也很快，市場(chǎng)前景也比較看好。單片機(jī)大多都是發(fā)達(dá)國(guó)家提供的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)在平臺(tái)設(shè)計(jì)方面比較落后，但是本課題也能夠接觸到國(guó)際上比較先進(jìn)的單片機(jī)類型，能夠?yàn)橄到y(tǒng)構(gòu)建良好的硬件基礎(chǔ)。在無線通信技術(shù)方面，也可以接觸到國(guó)際上比較先進(jìn)的無線通信技術(shù)。就像本課題中采用的GSM技術(shù)，是一種遠(yuǎn)距離低數(shù)據(jù)率無線技術(shù)，適合無線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。本文通過使用GSM技術(shù)，很好的解決了用戶的需求。二 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用傳感器作為數(shù)據(jù)采集終端，通過傳感器采集水位變化情況，然后用單片機(jī)處理數(shù)據(jù)并且控制水泵啟動(dòng)停止，具體的有A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送，遠(yuǎn)程通信采用短消息的方式，最后由手機(jī)接受數(shù)據(jù)并且遠(yuǎn)程控制水位的高低。具體的系統(tǒng)方框圖如下：遠(yuǎn)程通信模塊單片機(jī)處理數(shù)據(jù)傳感器采集數(shù)據(jù)水泵啟動(dòng)/停止GSM網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信模塊圖21系統(tǒng)方框圖在本系統(tǒng)中主要分為兩大部分，硬件的選擇和軟件的編程，其中硬件的選擇有傳感器的選擇，單片機(jī)的選擇，單片機(jī)電源的選擇，單片機(jī)復(fù)位芯片的選擇。除此之外還要選擇遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)模塊，通訊模塊的電源芯片，遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)與上位機(jī)的通信電平的轉(zhuǎn)換芯片都需要挑選與搭配。軟件部分主要分為單片機(jī)的編程和TC35編程。三 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 傳感器的選擇在本文中采用的是佛山市順德區(qū)昊勝傳感儀器有限公司生產(chǎn)的PTH601型傳感器，下面具體介紹一下工作標(biāo)準(zhǔn)以及原理。 PTH601采用擴(kuò)散硅壓阻芯體或陶瓷壓阻芯體,316全不銹鋼結(jié)構(gòu),主要適用于河流、地下水位、水庫、水塔及容器等的液位測(cè)量與控制。量 程:10mmH2O～100mH2O (水位高/深度)綜合精度: %FS、%FS、%FS輸出信號(hào): 4～20mA(二線制) 供電電壓: 24DCV(9～36DCV) 介質(zhì)溫度: 0～85℃環(huán)境溫度: 常溫(20～85℃)負(fù)載電阻: 電流輸出型：最大800Ω；電壓輸出型：大于50KΩ絕緣電阻: 大于2000MΩ (100VDC)密封等級(jí): IP68長(zhǎng)期穩(wěn)定性能: %FS/年振動(dòng)影響: 在機(jī)械振動(dòng)頻率20Hz～1000Hz內(nèi)，%FS電氣接口(信號(hào)接口): 緊線防水螺母與五芯通氣電纜連接。機(jī)械連接(螺紋接口): 投入式圖31 傳感器外形尺寸圖32 傳感器形狀 具體介紹一下擴(kuò)散硅壓阻芯體或陶瓷壓阻芯體傳感器的原理，本傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻值變化的傳感器，屬于應(yīng)變傳感器。它的基本結(jié)構(gòu)是應(yīng)變式傳感器由彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變片構(gòu)成。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。當(dāng)被測(cè)物理量作用于彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等的作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，引起應(yīng)變片的電阻值變化，通過測(cè)量電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映被測(cè)量的大小。 單片機(jī)的選擇MSP430f1XX系列單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器，它根據(jù)不同的應(yīng)用提供不同的具體型號(hào)的單片機(jī)，以滿足不同用戶的需求。 MSP430F149具有以下特點(diǎn)介紹：1） ，1MHz的時(shí)鐘頻率下運(yùn)行。2） 強(qiáng)大的處理能力。MSP430F1XX系列單片機(jī)為16位的RSIC結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式，簡(jiǎn)潔的指令，大量的寄存器以及片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以參加多種運(yùn)算。8MHz晶體下運(yùn)算能力達(dá)到1MIPS（每秒運(yùn)算100萬條指令），是傳統(tǒng)的51單片機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的。這些特點(diǎn)是該單片機(jī)采用C語言開發(fā)時(shí)候仍能有很高的工作效率，從而可以提高開發(fā)的周期，也可以實(shí)現(xiàn)程序的可移植性。3） 系統(tǒng)工作穩(wěn)定。MSP430F1XX系列單片機(jī)在上電復(fù)位后，首先由DCOCLK啟動(dòng)CPU，保證系統(tǒng)從正確的位置開始執(zhí)行，同時(shí)也保證晶體震蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。在CPU運(yùn)行中，軟件可以設(shè)置特定的寄存器控制位來確定最后的系統(tǒng)工作時(shí)鐘頻率。如果MCLK發(fā)生故障，DCO會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作，如果程序出錯(cuò)，可以通過看門狗來解決。4） 片內(nèi)有12位的A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)提供參考電壓。A/D轉(zhuǎn)換器具有采樣保持電路和自動(dòng)掃描特點(diǎn)。5） 具有靈活的時(shí)鐘設(shè)置。主要有32K的晶體方式，高頻率晶體方式，諧振器方式和外部時(shí)鐘方式。這樣可以根據(jù)功耗和速度要求進(jìn)行靈活的時(shí)鐘設(shè)置。6） 串口通信模塊：USART0，USART1。兩個(gè)串口都可以通過軟件設(shè)置成UART方式或者SPI方式，由于該系列單片機(jī)提供了兩個(gè)串口，因此能為用戶進(jìn)行多機(jī)通信設(shè)計(jì)提供方便。7） 片內(nèi)提供較多的存儲(chǔ)器，MSP430F149提供片內(nèi)的FLASH為60K，同時(shí)片內(nèi)還提供較多的RAM，以便進(jìn)行運(yùn)算處理。8） ，能為用戶提供更多的處理功能。 單片機(jī)P口介紹：MSP430F149有6個(gè)8位的P口，其中PP2口占兩個(gè)中斷向量，共可以接16個(gè)中斷源，還可以直接利用P口的輸入輸出寄存器，直接對(duì)外進(jìn)行通信。因?yàn)樗械腜口都是和其他外設(shè)復(fù)用的，因此在用端口之前都要用功能選擇寄存器選定所用的功能是外設(shè)還是P口，選定之后還要在方向寄存器中確定是是輸出還是輸入。具體的硬件原理圖如下：圖33單片機(jī)的管腳圖 復(fù)位電路在單片機(jī)系統(tǒng)里，單片機(jī)需要復(fù)位電路，復(fù)位電路可以采用RC復(fù)位電路，也可以采用復(fù)位芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)位，RC復(fù)位電路具有經(jīng)濟(jì)性，但是可靠性不高，用復(fù)位芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)位具有很高的可靠性。復(fù)位電路采用復(fù)位芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)位，使用芯片具有很高的可靠性，在該系統(tǒng)里采用MAX232芯片，如下圖：圖34 復(fù)位電路圖為了減小電源的干擾，減小輸入端受到的干擾。 電源電路，因?yàn)橛布到y(tǒng)里對(duì)電源的要求具有穩(wěn)壓功能和紋波小等特點(diǎn)，因此該系統(tǒng)的電源部分采用TI 公司的TPS76033芯片，該芯片能很好的滿足硬件的要求，另外該芯片具有很小的封裝，因此有效的節(jié)約了PCB板的面積。具體電路如下：圖35 電源電路為了使輸出電源波紋小，，減小輸入端受到的干擾。 模擬量采集電路在該系統(tǒng)中最前端為傳感器，傳感器采集傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)（4mA20 mA），信號(hào)相當(dāng)微弱而且單片機(jī)采集的是電壓信號(hào)所以要求將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，具體的電路如下圖：圖36模擬量采集電路采集電路通過一個(gè)電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，為了提高采集精度，需要很高精度的電阻，這里采用精度為1%的電阻。電路中采用二極管作為ESD保護(hù)電路，考慮到干擾的問題，采用電容進(jìn)行濾波處理，增加電路的干擾問題。 遠(yuǎn)程通信模塊的選擇 GSM的涵義GSM全名為：Global System for Mobile Communications，中文為全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)，俗稱全球通，是一種起源于歐洲的移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是第二代移動(dòng)通信技術(shù)，其開發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個(gè)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶使用一部手機(jī)就能行遍全球。我國(guó)于20世紀(jì)90年代初引進(jìn)采用此項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，此前一直是采用蜂窩模擬移動(dòng)技術(shù)，即第一代GSM技術(shù)（2001年12月31日我國(guó)關(guān)閉了模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)）。目前，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通各擁有一個(gè)GSM網(wǎng)，為世界最大的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。GSM系統(tǒng)包括 GSM 900：900MHz、GSM1800：1800MHz 及 GSM1900：1900MHz等幾個(gè)頻段。我國(guó)陸地公用蜂窩數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)GSM通信系統(tǒng)采用900MHz頻段：890～915（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）　　935～960（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）雙工間隔為45MHz，工作帶寬為25 MHz，載頻間隔為200 kHz。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，可視需要向下擴(kuò)展，即1800MHz頻段：　　1710～1785（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）　　1805～1880（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）雙工間隔為95MHz，工作帶寬為75 MHz，載頻間隔為200 kHz。GSM短信平臺(tái)組網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)1） 信道穩(wěn)定，傳輸質(zhì)量好，傳輸速率可達(dá)960bps以上。2） 系統(tǒng)容量較大，可傳輸數(shù)據(jù)量大，一條短信所能容納的數(shù)據(jù)量最多可達(dá)100字節(jié)以上。3） GSM信道無需中繼，利用公網(wǎng)，不需要自建和維通信網(wǎng)，組網(wǎng)十分靈活。GSM系統(tǒng)體積小，重量輕，工耗低。不需要架設(shè)室外天線，安裝方便，不僅一次性投資少，而且維護(hù)管理簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低。短信平臺(tái)的缺點(diǎn)1)受到GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋的面積限制，可能有些偏遠(yuǎn)的站點(diǎn)無法通信組網(wǎng)，因此適合在網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍之內(nèi)。2)短信的接受會(huì)出現(xiàn)延時(shí)現(xiàn)象，這就要求在使用的時(shí)候充分考慮具體控制余量的問題。 SMS卡的介紹SMS（Short Messaging Service）是最早的短消息業(yè)務(wù)，也是現(xiàn)在普及率最高的一種短消息業(yè)務(wù)。目前，這種短消息的長(zhǎng)度被限定在140字節(jié)之內(nèi)，這些字節(jié)可以是文本的，可以是70 個(gè)漢字，或者是140個(gè)英文字母。SMS以簡(jiǎn)單方便的使用功能受到大眾的歡迎，是屬于第一代的無線數(shù)據(jù)服務(wù)。SIM（Subscriber Identity Module）卡叫用戶身份識(shí)別模塊。它實(shí)際上是一張內(nèi)含大規(guī)模集成電路的智能卡，用來登記用戶身份識(shí)別數(shù)據(jù)和信息。它是GSM系統(tǒng)中不可缺少的一個(gè)重要部分，是用戶接入GSM網(wǎng)絡(luò)的憑證，只有插入了SIM卡，移動(dòng)終端才能接入網(wǎng)絡(luò)。它的組成由CPU（8）位，程序存儲(chǔ)器（38bit），工作存儲(chǔ)器（616bit），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(128256kbit)和串行通信單元五個(gè)部分組成?！　　　?89860 08110 02405 57419圖37 SIM卡的正面SIM卡正面上有20值數(shù)碼，前面的6位是中國(guó)的代號(hào)，第7位是業(yè)務(wù)接入號(hào)，在135，136，137，138，139中分別為5，6，7，8，9一般為0，現(xiàn)在的預(yù)付費(fèi)SIM卡為1，第9，10位是各省的編碼，第11，12位是年號(hào)，第13 位是供應(yīng)商代碼，第1419位是用戶識(shí)別碼，第20位是校驗(yàn)位。 SIM卡的物理結(jié)構(gòu)如下： C1 　　　　　　　　　　　　　　　C5 C2 　　　　　　　　　　　　　　　C6 C3 　　　　　　　　　　　　　　　C7 C4 　　　　　　　　　　　　　　　C8圖38 SIM卡的背面一共有8個(gè)觸點(diǎn)，各個(gè)觸點(diǎn)如下：C1：Vcc電源電壓。C2：RST復(fù)位端。C3：CLK時(shí)鐘，時(shí)鐘速率通常由移動(dòng)終端提供，SIM卡支持15MHz時(shí)鐘，它在指定時(shí)間內(nèi)運(yùn)行監(jiān)權(quán)過程時(shí)至少需要13/4MHz的時(shí)鐘頻率，其它情況下使用13/8MHz的時(shí)鐘頻率。C4：無定義，為將來使用保留。C5：GND地。C6：Vpp編程電壓。C7：I/O輸入輸出。C8：無定義，為將來使用保留。 AT指令及介紹GSM模塊通過AT命令與單片機(jī)通信。首先來了解一下AT指令。AT 指令如下：AT+CMGC Send an SMS mand（發(fā)出一條短消息命令） AT+CMGD Delete SMS message（刪除SIM卡內(nèi)存的短消息） AT+CMGF Select SMS message formate（選擇短消息信息格式：0PDU。1文本） AT+CMGL List SMS message from preferred store（列出SIM卡中的短消息PDU/text: 0/“REC UNREAD”未讀，1/“REC READ”已讀，2/“STO UNSENT”待發(fā)，3/“STO SENT”已發(fā)，4/“ALL”全部的） AT+CMGR Read SMS message（讀短消息） AT+CMGS Send SMS message（發(fā)送短消息） AT+CMGW Write SMS message to memory（向SIM內(nèi)存中寫入待發(fā)的短消息） AT+CMSS Send SMS message from storage（從SIN|M內(nèi)存中發(fā)送短消息） AT+CNMI New SMS message indications（顯示新收到的短消息） AT+CPMS Preferred SMS message storag