【正文】 傳輸，此時便需要利用無線傳輸?shù)姆绞竭M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)計背景 溫度與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，需要對溫度監(jiān)測的場合非常多。 GPRS 技術(shù)從實驗室研究、地區(qū)范圍內(nèi)試用到正式商用，經(jīng)過了長時間的完善，技術(shù)先進可靠。溫度傳輸?shù)膶崟r性與可靠性成了設(shè)計遠程數(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，運行穩(wěn)定可靠，適用于遠距離監(jiān)測，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： （ 1）功耗低：電壓 、時鐘頻率 1MHz 時，活 動模式為 200μA ；關(guān)閉模式時僅為 ，且具有 5種節(jié)能工作方式。編程開發(fā)時通過專用的編程器，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，使用靈活簡單。 注意： MSP430 系列單片機的供電電壓為 ～ 。 45腳 SIMO1， 46 腳 SOMI1， 47 腳 UCLK1 的第二功能為 MSP430F149 單片機兩路 SPI 通訊接口中的第二路。 52 腳， 53 腳為外部高頻時鐘晶振輸入端（程序中說明一般用 XT2CLK 或HF XTAL 表示）。 單片機控制模塊 單片機控制模塊由 MSP430f149 最小系統(tǒng)組成，其中包括單片機，晶振電路和復位電路。 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）復位電路 單片機采用上電復位，復位端低電平有效。 河北聯(lián)合大學信息工程學院 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 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，實時時鐘 RTC 備用電源 VCOIN 接口，對外電源輸出 VIO 接口 。由于實際網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境的差異，當 MG323 模塊以最大功率發(fā)射時，電源供電的瞬時電河北聯(lián)合大學信息工程學院 10 流將有可能達到 左右的瞬時峰值，屆時將會引起 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)部實時時鐘 RTC 備用電源輸入接口。 （ 3） VIO 接口 VIO 接口可對外提供 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 11 TERM_ON 管腳用于實現(xiàn)開 /關(guān)機功能。 （ 2）輸出控制信號 MG323 模塊提供了一個網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示接口 LED_STATUS，通過該接口輸出的脈沖信號 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 開機時序 MG323 模塊支持硬件復位功能。 UART1 支持標準 Modem 握 手信號控制方式，通過 UART1接口與外界進行串行通信和 AT 指令輸入。 圖 SIM 卡原理圖 河北聯(lián)合大學信息工程學院 14 圖 SIM 卡原理圖 溫度傳感器簡介 在設(shè)計中，溫度采集模塊我使用的是美國 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，其測溫分辨率可達，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單，給硬件設(shè)計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)品類型標號，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼（ 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)的存儲器資源，它們分別是： （ 1） ROM 只讀存儲器，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，最后 8 位是以上 56的位的 CRC碼（冗余校驗）。第 2 個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4 個字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。第 9個字節(jié)為前 8 個字節(jié)的 CRC 碼。 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點） 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)注意不能無限的進行等待， 不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制）。 延時確定的時間為 15 微秒。 河北聯(lián)合大學信息工程學院 18 重復（ 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 個狀態(tài)位，并進行數(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) 嵌時基發(fā)生器和看門狗定時器 WDT * 時基或看門狗定時器溢出輸出 * 八個時基 /看門狗定時器時鐘源 * 一個 324 的 LCD 驅(qū)動器 * 一個內(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)合大學信息工程學院 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 21 段式液晶顯示器 段式液晶算液晶的一種，他的驅(qū)動分 COM和 SEG，采用的是交流驅(qū)動，也可以說每一位上的電壓是在正負電場之間不斷變化的，不能采用直流供電，否則會造成液晶老化壞死。在執(zhí)行模式命令或進行模式切換時需要一個高電平的脈沖初始化 HT1620B 的串行接口。 河北聯(lián)合大學信息工程學院 22 電源模塊 單片機供電模塊 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)備或機械內(nèi)的溫度檢測， 以及過程監(jiān)視和控制中的溫度檢測。 。 溫度采集方面，首先初始化溫度傳感器，等待單片機的應(yīng)答，一旦單片機檢測到應(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，啟動溫度轉(zhuǎn)換，延時一段時間，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?，是封包交換數(shù)據(jù)的標準技術(shù)，它能夠充分利用現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)，可以使運營商在全國范圍內(nèi)推出此項業(yè)務(wù)。為了實現(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)實體：服務(wù) GPRS 支持節(jié)點 (SGSN)、網(wǎng)關(guān) GPRS 支持節(jié)點 (GGSN)和分組控制單元 (PCU)。 第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 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)的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進行部分改造來實現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當可觀。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預先分配信道，建立連接。舉個例子，若無 GPRS 的支持，當您正在網(wǎng)上漫游，而此時恰有電話接入，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)芴柹暇W(wǎng)。 GPRS 用戶的連接時間可能長達數(shù)小時，卻只需支付相對低廉的連接費用。當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)和計算機網(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，有一個重要的數(shù)據(jù)庫記錄信息，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 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)送溫度信號采用定時方式，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)測中心。如信號弱、 SIM 卡欠費、 SIM 卡不兼容、無可用網(wǎng)絡(luò)、通信鏈路異常斷開、服務(wù)器出錯等，這 些都有可能造成設(shè)備故障而且無法恢復，所以必需針對各種可能出現(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代替實物，以實線條表示電關(guān)系的連接。繪制電原理圖的一般規(guī)則如下： ① 元器件 圖形符號或單元電路的布局，要疏密得當、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（如繼電器等）分開繪在多個部分，但各部分的位置代號應(yīng)該相同。 ⑨ 圖形符號位置的安排，應(yīng)以半導體器件（包括集成電路）為中心進行。 2．繪圖步驟 依據(jù)實際電路的特點，按照繪圖規(guī)則以及圖形符號的尺寸，估算出欲畫電原理圖的長度和寬度，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、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：單片機的 ～ 端口分別接液晶驅(qū)動芯片的 DATA、 WR、 RD 、CS 端口。 單片機最小系統(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 元件單邊對齊，有極性元件極性標示明確，同一印制板上極性標示不得多于兩個方向，出現(xiàn)兩個方向時，兩個方向互相垂直； ，當疏密差別太大時應(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，但是每個系統(tǒng)的調(diào)試占去了總開發(fā)時間的 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，并核對元器件的型號、規(guī)格是否符合要求。 通電后檢查各器件引腳的電位，仔細測量各點電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機的插座上的各點電位，若有高壓，將有可能損壞單片機仿真器。 系統(tǒng)直觀明了的顯示運行過程的諸多參數(shù)，便于操作員及時掌握系統(tǒng)運行狀況。 由于條件有限和時間倉促本論文所建立的監(jiān)控系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能仍有需要進一步的完善，對于溫度是通過設(shè)定的范圍隨機給出，并沒有根據(jù)各種影響因素建立準確的監(jiān)控 ， 所以，建議應(yīng)考慮外界條件對溫度的影響。 單片機通過接受溫度傳感器發(fā)過來的溫度實時監(jiān)測信息，進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)建一個遠程的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對溫度進行控制。晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能靠近單片機芯片安裝，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)合大學信息工程學院 34 ：焊盤 60mil，孔徑 40mil； 1/4W 電阻： 51*55mil（ 0805 表貼）；直插時焊盤 62mil，孔徑 42mil；無極電容： 51*55mil（ 0805 表貼）；直插時焊盤 50mil，孔徑 28mil； ，以及信號線不能出現(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)。單片機的 和 GPRS 模塊的 UART1_TD 和 UART1_RD 連接，進行數(shù)據(jù)通訊。 ③ 最后，通覽全圖，并將