【正文】 .......................................................32 附錄 2：元器件表 .......................................................................................................33 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)說明書 ( 2021) 5 1. 概 述 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。 溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè) 技術(shù)在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常普遍，但大多數(shù)是傳統(tǒng)的分散式三級(jí)系統(tǒng)（下位機(jī)、中位機(jī)、上位機(jī) ） ，采用有線的傳輸方式。 GPRS技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域的發(fā)展，已經(jīng)能夠?qū)嶋H應(yīng)用到許多需要無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域 ， 也為溫度采集傳輸及監(jiān)控提供了一種新的數(shù)據(jù) 通信方式。系統(tǒng)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度高，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單 ， 而且可應(yīng)用于有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無(wú)法到達(dá)的地方，實(shí)現(xiàn)了溫度監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化智能化 ， 具有成本低廉分布靈活，實(shí)時(shí)在線的優(yōu)點(diǎn)。溫度傳感器把室內(nèi)溫度的處理發(fā)送給 AT89C51 單片機(jī)，溫度數(shù)據(jù)通過單片機(jī)處理，再由 GPRS 發(fā)送模塊發(fā)送出去。 DS18B20 與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比 ， 能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀取 ， 讀取 DS18B20 的信息僅需一根總線 ， 總線本身可以向所有掛接的 DS18B20 芯片 提供電源 ， 而不需額外的電源。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)說明書 ( 2021) 7 溫度傳感器的測(cè)溫原理 DS18B20 的測(cè)溫原理如圖 22 所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫 時(shí)序很重要系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。詳細(xì)的采集電路如圖 23 所示。 AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入 式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 GND：接地。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要 注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi) 部程序存儲(chǔ)器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。復(fù)位信號(hào)是高電平有效。如下圖25 所示。時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，即若石英頻率 fosc＝ 6MHz，則時(shí)鐘頻率＝ 3MH2，因此，時(shí)鐘是一個(gè)雙相信號(hào)，由 P1 相和 P2 相構(gòu)成。單片機(jī)選用 AT89C51，采集電路中的傳感器用 DS18B20 數(shù)字溫度 傳感器。 DQ2GND1VCC3U?DS18B20EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40AT89C51100pFC233pF100pFC133pF12Y112MHZ10uFC3200R111610KR25AS1GNDVCC123J810KR26GNDVCCVCCVCCGNDRRes2VCC10uFC5C2GND 圖 27 單片機(jī)外圍電路圖 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)說明書 ( 2021) 13 通信電路設(shè)計(jì) GPRS DTU 的簡(jiǎn)介 GPRS DTU(Data Terminal unit)全稱數(shù)據(jù)傳輸單元 ， 是專門用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 IP 數(shù)據(jù) 或?qū)?IP 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)通過無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無(wú)線終端設(shè)備。可以輕松實(shí)現(xiàn)與 Inter 的無(wú)線連接。 EIA RS232C 是異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線，它包括了按位串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C(jī)械方面的規(guī)定。電平轉(zhuǎn)換最常用的芯片是傳送線驅(qū)動(dòng)器 MC1488 和接收器 MC1489，其作用除了電平轉(zhuǎn)換 外，還實(shí)現(xiàn)正負(fù)邏輯電平轉(zhuǎn)換。這些初始化指令是通過 AT 指令寫入的，因此 在編程時(shí)將這些常用到的 AT 指令編成表格，存放在 AT89C51 的程序存儲(chǔ)器內(nèi)，以便使用。再執(zhí)行跳過 ROM 匹配操作命令，然后讀暫存器，將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出，并轉(zhuǎn)為顯示碼，送到液晶顯示。 DQ = 1。 //精確延時(shí)大于 480us DQ = 1。 else {tvalue=~tvalue+1。 } 通信模塊設(shè)計(jì) GPRS DTU 模塊 GPRS(General Packet Radio Service， 即通用無(wú)線分組業(yè)務(wù) )是一種基于 GSM 系統(tǒng)的無(wú)線分組交換技術(shù) ， 提供端到端的、廣域的無(wú)線 IP 連接。數(shù)據(jù)接口有 RS232 /485 /422 串口、 4mA～ 20mA 或 1V～ 5V模擬量 (記錄瞬時(shí)值及累計(jì)量 )、開關(guān)量。 。 基于 GPRS 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 透明數(shù)據(jù)通信：意思即為用戶設(shè)備與 DTU 之間沒有通信協(xié)議， DTU 將用戶設(shè)備發(fā)送過來的數(shù)據(jù)不做修改的傳送到目標(biāo) PC 上，運(yùn)行在 PC 上的軟件可以 完整的接收到 DTU 發(fā)來的數(shù)據(jù)包。本文用到的是它的透?jìng)髂Ｊ?，下面?duì)透?jìng)髂Ｊ?[34]作詳細(xì)說明。 DTU 進(jìn)入透?jìng)髂Ｊ胶?，既可以作為客戶端模式也可作為服?wù)端模式。在這種模式下，需要特殊說明的是自動(dòng)波特率 不起作用，在進(jìn)入透?jìng)髂Ｊ街?，固定波特率必須設(shè)置，即 BDRM 不能設(shè)置成自動(dòng)波特率。 GPRS DTU 登 陸 GSM 網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)行 GPRS PPP 撥號(hào)。這與局域網(wǎng)內(nèi)的電腦通過網(wǎng)關(guān)訪問外部網(wǎng)絡(luò)的方式相似。這就要求數(shù)據(jù)中心具備固定的公網(wǎng) IP 地址或固定的域名。 由于 TCP/UDP 通信連接已經(jīng)建立，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向通信了。 通信模塊的設(shè)計(jì)流程 由于檢測(cè)的任務(wù)是被控對(duì)象 的溫度 ， 通過 GPRS DTU 發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心。信號(hào)采集和處理主要完成外部采集的溫度轉(zhuǎn)換，接收短消息采用查詢方式 ， 一旦短消息到達(dá) ， 調(diào)用串口接收程序解碼短消息內(nèi)容并做出相應(yīng)處理 。這個(gè)過程也稱之為 “上行 ”， “下行 ”則反之。 其次，抗干擾性能是工業(yè)產(chǎn)品重要指標(biāo)之一，在硬件設(shè)計(jì)上需要特別重視。 GPRS 通信流程圖如下： 發(fā) 送 成 功 ？向 T C 3 9 i 發(fā) 送 指 令 ， 發(fā) 送 信息讀 取 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) ， 用 戶 賬 號(hào) ， 發(fā) 送 內(nèi)容 ， 短 信 息 中 心 號(hào) 碼 單 片 機(jī) 自 身 初 化 , 初 始 化T C 3 9 i結(jié) 束開 始延 遲 1 秒NY 圖 35 通信模塊流程圖 include include 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)說明書 ( 2021) 23 define uchar unsigned char …………… sbit realy2=P0^2。 //繼電器 6 sbit realy6=P0^6。 //開關(guān) 2 sbit key3=P2^2。 //開關(guān) 6 sbit key7=P2^6。 void UART_init (void)。 void receive_ready(void)。 GPRS 通信網(wǎng)絡(luò) 利用移動(dòng)通信 GPRS 網(wǎng)絡(luò)作為通信平臺(tái) ， 監(jiān)控中心通過此通信平臺(tái)向各 DTU發(fā)送控制及配置信息 ， 同時(shí)接收下位機(jī)上報(bào)的數(shù)據(jù)及狀況信息。監(jiān)控中心也可以通過向 DTU 發(fā)送 IP 包形式設(shè)定下位機(jī)配置信息或控制命令 ，也可點(diǎn)播某一時(shí)刻的相應(yīng)數(shù)據(jù)。由此可見 ， GPRS DTU 在 GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)中起到了數(shù)據(jù)采集、命令控制及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控的關(guān)鍵作用 ， 是整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的中轉(zhuǎn)樞紐。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)說明書 ( 2021) 25 監(jiān) 控 軟 件數(shù) 據(jù) 庫(kù) 數(shù) 據(jù) 代 理 數(shù) 據(jù) 采 集測(cè) 控指 令測(cè) 控指 令測(cè) 控指 令檢 測(cè)數(shù) 據(jù)檢 測(cè) 數(shù)據(jù)檢 測(cè) 數(shù)據(jù)檢 測(cè) 子 系 統(tǒng)通 信 子 系 統(tǒng)數(shù) 據(jù) 采 集 子 系 統(tǒng) 圖 42 數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，從數(shù)據(jù)庫(kù)讀入預(yù)處理的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信息并加工處理，把處理結(jié)果顯示給監(jiān)控人員，監(jiān)控人員在此可以發(fā)出主動(dòng)控制指令。 采集檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行信息，控制 GPRS DTU 發(fā)送信息、接收指令 .面向過程的編程方式實(shí)現(xiàn)。如果調(diào)試結(jié)果達(dá)不到要求就需要分析原因，找出問題所在。 下位機(jī)測(cè)試步驟如同 51 所示。實(shí)現(xiàn)了溫度的動(dòng)態(tài)顯示實(shí)時(shí)控制，具有界面友好，操作簡(jiǎn)單，控制安全可靠，易維護(hù)等特點(diǎn)。 GPRS 模塊，進(jìn)行一系列的處理，此時(shí)就實(shí)現(xiàn)了基于 GPRS 對(duì)溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)了。才智 。電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化 。電力建設(shè) 。 再次我要由衷感謝一起在實(shí)驗(yàn)室奮斗、探討 的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)說明書 ( 2021) 31 附 錄 基于 GPRS 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 附錄 1：采集系統(tǒng)接線圖 ADJUST1ON/OFF2GND3IN4OUT5U9 LM2941Vin1GND2Vout3U8 LM7805+C14470uFD11 MBRS140C11 +12VVCCC5 470uFVCCR2 4K7R20 10KVBATVBATC6 470uFVBAT12J11 CON2EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T21P11/T2EX2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20U7 STC89C51P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 RXD TXD P32 P33 P34 P35 P36 P37S1R24 200R25 10K+C710uFVCCRETY112MHZC8 33pF C9 33pFP10123J8 DS18B20R26 10KVCCVCCC12 D10 LEDR27 470VCCC1310uFC10VCC123456JP2HEADER 3X2123456JP1 HEADER 3X2TXDRXD GRXDGTXD GTXDGRXD