【正文】 傳輸，此時(shí)便需要利用無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 在日常生活中，隨著人們生活水平的提高，居住條件也逐漸變得智能化。 課題設(shè)計(jì)背景 溫度與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，需要對(duì)溫度監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合非常多。 GPRS 技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研究、地區(qū)范圍內(nèi)試用到正式商用，經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的完善，技術(shù)先進(jìn)可靠。溫度傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與可靠性成了設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵。 GPRS模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，適用于遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)，不受地形條件的限制，有著廣泛的應(yīng)用前景。 MSP430F149 芯片具有如下特點(diǎn)： （ 1）功耗低：電壓 、時(shí)鐘頻率 1MHz 時(shí)，活 動(dòng)模式為 200μA ；關(guān)閉模式時(shí)僅為 ，且具有 5種節(jié)能工作方式。編程開發(fā)時(shí)通過專用的編程器，可以選擇匯編或 C 語言編程， IAR 公司為 MSP430 系列的單片機(jī)開發(fā)了專用的 C430 語言，可以通過WORKBENCH 和 CSPY 直接編譯調(diào)試，使用靈活簡(jiǎn)單。 注意： MSP430 系列單片機(jī)的供電電壓為 ～ 。 45腳 SIMO1， 46 腳 SOMI1， 47 腳 UCLK1 的第二功能為 MSP430F149 單片機(jī)兩路 SPI 通訊接口中的第二路。 52 腳， 53 腳為外部高頻時(shí)鐘晶振輸入端（程序中說明一般用 XT2CLK 或HF XTAL 表示）。 單片機(jī)控制模塊 單片機(jī)控制模塊由 MSP430f149 最小系統(tǒng)組成，其中包括單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路。 低速晶體振蕩器滿足了低功耗及使用 晶振的要求。 圖 晶振電路原理圖 （ 3）復(fù)位電路 單片機(jī)采用上電復(fù)位，復(fù)位端低電平有效。 河北聯(lián)合大學(xué)信息工程學(xué)院 8 圖 B2B 連接器接口順序和定義 第 2 章 系統(tǒng)主要模塊介紹和硬件設(shè)計(jì) 9 圖 MG323 模塊硬件電路圖 MG323 電源接口 MG323 模塊 B2B 接口 的 電源部分主要包含：供電電源 VBAT 接口，實(shí)時(shí)時(shí)鐘 RTC 備用電源 VCOIN 接口，對(duì)外電源輸出 VIO 接口 。由于實(shí)際網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境的差異，當(dāng) MG323 模塊以最大功率發(fā)射時(shí)，電源供電的瞬時(shí)電河北聯(lián)合大學(xué)信息工程學(xué)院 10 流將有可能達(dá)到 左右的瞬時(shí)峰值，屆時(shí)將會(huì)引起 VBAT 電壓的跌落，所以應(yīng)確保 VBAT 在任何 情況下供電電源電壓的跌落不能低于 ，否則可能會(huì)引起 MG323 模塊重啟等異常情況。 （ 2） VCOIN 接口 VCOIN 是 MG323 模塊內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘 RTC 備用電源輸入接口。 （ 3） VIO 接口 VIO 接口可對(duì)外提供 供電電壓，輸出電流為 10mA（典型值），可以用于外部電平 轉(zhuǎn)換或者其他應(yīng)用。 第 2 章 系統(tǒng)主要模塊介紹和硬件設(shè)計(jì) 11 TERM_ON 管腳用于實(shí)現(xiàn)開 /關(guān)機(jī)功能。 （ 2）輸出控制信號(hào) MG323 模塊提供了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示接口 LED_STATUS，通過該接口輸出的脈沖信號(hào) 來控制用戶接口板上的 LED 狀態(tài)指示燈，顯示網(wǎng)絡(luò)連接的狀態(tài)。 圖 開機(jī)時(shí)序 MG323 模塊支持硬件復(fù)位功能。 UART1 支持標(biāo)準(zhǔn) Modem 握 手信號(hào)控制方式，通過 UART1接口與外界進(jìn)行串行通信和 AT 指令輸入。 圖 SIM 卡原理圖 河北聯(lián)合大學(xué)信息工程學(xué)院 14 圖 SIM 卡原理圖 溫度傳感器簡(jiǎn)介 在設(shè)計(jì)中，溫度采集模塊我使用的是美國(guó) DALLAS 公司采用單總線技術(shù)生產(chǎn)的一種新型數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20。 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，其測(cè)溫分辨率可達(dá)，其提供 9位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。這就允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件。C 范圍內(nèi) ,精度為 177。溫度芯片 DS18B20轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換精度高，與微處理器的接口簡(jiǎn)單，給硬件設(shè)計(jì)工作帶來了極大的方便，能 有效地降低成本，縮短開發(fā)周期。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號(hào)，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。 例如 +125℃ 的數(shù)字輸出為 07D0H， +℃ 的數(shù)字輸出為 0191H，℃ 的數(shù)字輸出為 FF6FH， 55℃ 的數(shù)字輸出為 FC90H。 18B20共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： （ 1） ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（ DS18B20 的編碼是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列號(hào)，最后 8 位是以上 56的位的 CRC碼（冗余校驗(yàn)）。第 2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4 個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。第 9個(gè)字節(jié)為前 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。 延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)） 數(shù)據(jù)線拉到低電平 “0” 。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進(jìn)行等待， 不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。 延時(shí)確定的時(shí)間為 15 微秒。 河北聯(lián)合大學(xué)信息工程學(xué)院 18 重復(fù)（ 1）到（ 6）的操作直到所有的字節(jié) 全部發(fā)送完為止。 將數(shù)據(jù)線拉低 “0” 。 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到 1 個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 （ 1）特性： * 工作電壓 ～ * 內(nèi)嵌 256KHz RC 振蕩器 * 可外接 32KHz 晶片或 256KHz 頻率源輸入 * 可選 1/2 或 1/3 偏壓和 1/ 1/3 或 1/4 的占空比 * 片內(nèi)時(shí)基頻率源 * 蜂鳴器可選擇兩種頻率 * 節(jié)電命令可用于減少功耗 * 內(nèi) 嵌時(shí)基發(fā)生器和看門狗定時(shí)器 WDT * 時(shí)基或看門狗定時(shí)器溢出輸出 * 八個(gè)時(shí)基 /看門狗定時(shí)器時(shí)鐘源 * 一個(gè) 324 的 LCD 驅(qū)動(dòng)器 * 一個(gè)內(nèi)嵌的 324 位顯示 RAM 內(nèi)存 * 四線串行接口 * 片內(nèi) LCD 驅(qū)動(dòng)頻率源 * 軟件配置特征 * 數(shù)據(jù)模式和命令模式指令 * 三種數(shù)據(jù)訪問模式 * 提供 VLCD 管腳用于調(diào)整 LCD 操作電壓 （ 2） HT1621b 管腳 河北聯(lián)合大學(xué)信息工程學(xué)院 20 圖 HT1621B 管腳圖 圖 HT1621B 管腳說明 第 2 章 系統(tǒng)主要模塊介紹和硬件設(shè)計(jì) 21 段式液晶顯示器 段式液晶算液晶的一種，他的驅(qū)動(dòng)分 COM和 SEG，采用的是交流驅(qū)動(dòng)，也可以說每一位上的電壓是在正負(fù)電場(chǎng)之間不斷變化的，不能采用直流供電，否則會(huì)造成液晶老化壞死。在執(zhí)行模式命令或進(jìn)行模式切換時(shí)需要一個(gè)高電平的脈沖初始化 HT1620B 的串行接口。 河北聯(lián)合大學(xué)信息工程學(xué)院 22 電源模塊 單片機(jī)供電模塊 LM1117 系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版 與多種固定電壓版，設(shè)計(jì)用于提供 1A 輸出電流且工作壓差可低至 1V。固定輸出版本有 、 5V、 12V，可調(diào)版本可以輸出小于 37V 的各種電壓。信息經(jīng)過單線接口送入 DS1820或從 DS1820 送出。此特性的應(yīng)用范圍包括 HVAC 環(huán)境控制、建筑物設(shè)備或機(jī)械內(nèi)的溫度檢測(cè)， 以及過程監(jiān)視和控制中的溫度檢測(cè)。 。 溫度采集方面，首先初始化溫度傳感器，等待單片機(jī)的應(yīng)答，一旦單片機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖，便執(zhí)行跳過 ROM 匹配操作命令，就可以使用內(nèi)存 操作命令，啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，延時(shí)一段時(shí)間，等待溫度轉(zhuǎn)換完成。 GPRS 和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌欠獍粨Q數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，它能夠充分利用現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)，可以使運(yùn)營(yíng)商在全國(guó)范圍內(nèi)推出此項(xiàng)業(yè)務(wù)。為了實(shí)現(xiàn) GPRS，需要在現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)中引入 3種新的邏輯網(wǎng)絡(luò)實(shí)體：服務(wù) GPRS 支持節(jié)點(diǎn) (SGSN)、網(wǎng)關(guān) GPRS 支持節(jié)點(diǎn) (GGSN)和分組控制單元 (PCU)。 第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 27 GPRS 突破了 GSM 網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對(duì)來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預(yù)先分配信道，建立連接。舉個(gè)例子，若無 GPRS 的支持，當(dāng)您正在網(wǎng)上漫游，而此時(shí)恰有電話接入，大部分情況下您不得不斷線后接通來電，通話完畢后重新?lián)芴?hào)上網(wǎng)。 GPRS 用戶的連接時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，卻只需支付相對(duì)低廉的連接費(fèi)用。當(dāng)然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為 GPRS 專用信道。 GPRS 技術(shù)將通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，向全 IP網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展。 GGSN 可以由具有網(wǎng)絡(luò)地址翻譯功能的路由器承擔(dān)內(nèi)部IP 地址與外部網(wǎng)絡(luò) IP 地址的轉(zhuǎn)換。 非透明方式主要是用戶通過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)接入到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或 ISP 的情形。在 GPRS 系統(tǒng)中，有一個(gè)重要的數(shù)據(jù)庫(kù)記錄信息，即用戶 PDP 上下文（分組數(shù)據(jù)協(xié)議上下文），用于管理從手機(jī) MS 到網(wǎng)關(guān)GGSN 及到 ISP 之間的數(shù)據(jù)路由信息。在成功地建立和激活 PDP 上下文后， MS， SGSN 和 GGSN 都存儲(chǔ)了用戶的 PDP 上下文信息。通過向 GPRS 模塊寫入不同的 AT 指令完成多種功能。發(fā)送溫度信號(hào)采用定時(shí)方式，將采集的溫度編碼為短消息，然后調(diào)用發(fā)送指令將短消息發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心。如信號(hào)弱、 SIM 卡欠費(fèi)、 SIM 卡不兼容、無可用網(wǎng)絡(luò)、通信鏈路異常斷開、服務(wù)器出錯(cuò)等，這 些都有可能造成設(shè)備故障而且無法恢復(fù)，所以必需針對(duì)各種可能出現(xiàn)的故障制定有效的解決方法才能保證設(shè)備可靠的工作。圖中，以元器件的圖形符號(hào)代替實(shí)物，以實(shí)線條表示電關(guān)系的連接。繪制電原理圖的一般規(guī)則如下： ① 元器件 圖形符號(hào)或單元電路的布局，要疏密得當(dāng)、順序合理。引線折彎處要成直角。 ⑥ 為了清晰明了，允許將某些元器件的圖形符號(hào)（如繼電器等）分開繪在多個(gè)部分，但各部分的位置代號(hào)應(yīng)該相同。 ⑨ 圖形符號(hào)位置的安排，應(yīng)以半導(dǎo)體器件（包括集成電路）為中心進(jìn)行。 2．繪圖步驟 依據(jù)實(shí)際電路的特點(diǎn)，按照繪圖規(guī)則以及圖形符號(hào)的尺寸，估算出欲畫電原理圖的長(zhǎng)度和寬度，以便選擇合適的圖紙及尺寸，目的是繪制出布局合理、疏密適當(dāng)、清晰的電原理圖，以利于讀圖。以同樣方法可以得到電路圖的縱向高度。 顯示模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)的 ～ 端口分別接液晶驅(qū)動(dòng)芯片的 DATA、 WR、 RD 、CS 端口。 單片機(jī)最小系統(tǒng)： XIN、 XOUT 和 XT2IN、 XT2OUT 分別接 和 4MHz外部振蕩電路， RESET 端接復(fù)位電路。電源插座及焊接連接器的布置間距應(yīng)考慮方便電源插頭的插拔； ： 所有 IC 元件單邊對(duì)齊，有極性元件極性標(biāo)示明確，同一印制板上極性標(biāo)示不得多于兩個(gè)方向，出現(xiàn)兩個(gè)方向時(shí)，兩個(gè)方向互相垂直； ，當(dāng)疏密差別太大時(shí)應(yīng)以網(wǎng)狀銅箔填充，網(wǎng)格大于8mil(或 )； ，以免焊 膏流失造成元件虛焊。這樣雖然可以降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性，但是每個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試占去了總開發(fā)時(shí)間的 2/3，可見調(diào)試的工 作量比較大。 在沒通電之前，先用萬用表檢查線路的正確性，并核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格是否符合要求。 通電后檢查各器件引腳的電位，仔細(xì)測(cè)量各點(diǎn)電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機(jī)的插座上的各點(diǎn)電位，若有高壓，將有可能損壞單片機(jī)仿真器。 系統(tǒng)直觀明了的顯示運(yùn)行過程的諸多參數(shù)，便于操作員及時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況。 由于條件有限和時(shí)間倉(cāng)促本論文所建立的監(jiān)控系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能仍有需要進(jìn)一步的完善，對(duì)于溫度是通過設(shè)定的范圍隨機(jī)給出，并沒有根據(jù)各種影響因素建立準(zhǔn)確的監(jiān)控 ， 所以，建議應(yīng)考慮外界條件對(duì)溫度的影響。 單片機(jī)通過接受溫度傳感器發(fā)過來的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，進(jìn)行處理并且在段式液晶上顯示出溫度信息。結(jié) 論 36 結(jié) 論 本系統(tǒng)以溫度控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，以 GPRS 無線通信模塊為基礎(chǔ)，基于 AT指令和數(shù)據(jù)采集器，構(gòu)建一個(gè)遠(yuǎn)程的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)溫度進(jìn)行控制。晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好是保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除故障。 二、元件布線規(guī)則 PCB 板邊 ≤1mm 的區(qū)域內(nèi)，以及安裝孔周圍 1mm 內(nèi)，禁止布線； ，不應(yīng)低于 18mil；信號(hào)線寬不應(yīng)低于 12mil； cpu 入出線不應(yīng)低于 10mil（或 8mil）；線間距不低于 10mil； 30mil； 河北聯(lián)合大學(xué)信息工程學(xué)院 34 ：焊盤 60mil，孔徑 40mil； 1/4W 電阻： 51*55mil（ 0805 表貼）；直插時(shí)焊盤 62mil，孔徑 42mil；無極電容： 51*55mil（ 0805 表貼）；直插時(shí)焊盤 50mil，孔徑 28mil； ，以及信號(hào)線不能出現(xiàn)回環(huán)走線。定位孔、緊固件安裝孔、橢圓孔及板中其它方孔外側(cè)距板邊的尺寸大于 3mm； ；高熱器件要均衡分布； 盡量布置在印制板的四周，電源插座與其相連的匯流條接線端應(yīng)布置在同側(cè)。單片機(jī)的 和 GPRS 模塊的 UART1_TD 和 UART1_RD 連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 ③ 最后，通覽全圖，并將