【文章內容簡介】 這個時候計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行計數(shù)數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值得累加，溫度寄存器所顯示的數(shù)值就是所測溫度。 DS18B20的應用溫度傳感器的供電方式及使用應該注意的事項：（1）寄生電源供電方式（2）寄生電源強上拉供電方式（3）外部電源供電方式以上是DS18B20的三種供電方式。接下來，大家要注意DS18B20在正常使用中需要注意的方面：a) 在實際應用中，DS18B20在單線上所掛的數(shù)量是有限，不要掛任意多多個；b) DS18B20在連接時的總線電纜是有長度限制的，所以應當充分考c)慮總線分布電容和阻抗匹配問題d)在向DS18B20輸入溫度程序時，經過內部轉換成命令時，程序總要等待它的換回信號，一旦有一個DS18B20有問題了，那么DS18B20將沒有返回信號，程序也將進入死循環(huán)。 GSM模塊 GSM屬于第二代蜂窩移動通信技術，開發(fā)這個技術的目的是讓全球各地可以共同使用一個移動網絡標準，讓同一部手機就能行遍全球。GSM技術是將資料數(shù)據(jù)化，并將數(shù)據(jù)進行壓縮，然后與其他兩個數(shù)據(jù)流一起從信道發(fā)送出去，另外兩個數(shù)據(jù)流都有各自的時隙。GSM網絡一共有4種不同的蜂窩單元尺寸：巨蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩和傘蜂窩。它的系統(tǒng)主要有移動臺（MS），移動網子系統(tǒng)（NSS），基站子系統(tǒng)（BSS）和操作系統(tǒng)（OSS）這四部分組成，任何產品都有自己的特性，GSM也不例外，防盜能力佳、網絡容量大、手機號碼資源豐富，通話清晰，穩(wěn)定性強、耗電量低和機卡分離、遠距離傳輸?shù)戎际莾?yōu)點。GSM還支持室內覆蓋，通過功率分配器可以把室外天線的功率分配到室內天線分布系統(tǒng)上。這是一種典型的配置方案，用于滿足室內高密度通話要求，在購物中心和機場十分常見。除此之外，身份識別模塊GSM的一個關鍵特征就是用戶身份模塊（SIM），又叫SIM卡，它的這一特征為遠程溫度控制系統(tǒng)提供的方便。在本設計中采用的GSM模塊的型號SIM300。SIM300是一個支持三個頻段的GSM/GPRS模塊。三種頻段分別是EGSM900MHZ、DCS1800MHZ、PCS 1900MHZ。提供的GPRS信道類型多達10個，支持GPRS編碼方式有4種，分別為CSCSCS3和CS4四種編碼方案。 SIM300的結構十分小巧，其外形尺寸僅為40mm*33mm*，可以滿足各種產品對尺寸的要求。模塊與其他產品的通信是靠一個60引腳的板板連接器相連。 SIM300內部集成的功能非常強大，有方便用戶開發(fā)自己設備的鍵盤接口和SPI類型的LCD接口。具有調試和數(shù)據(jù)輸出兩個串口，大大降低了GSM模塊的開發(fā)難度。并且有個雙音頻通道，包含有兩個麥克風輸入和兩個話筒輸出。支持AT指令配置工作模式。SIM300是一款低功耗產品。并且其內部集成了TCP/IP協(xié)議棧，用戶可以使用TCP/IP來傳輸數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)傳輸更加靈活。 在本設計中，與SIM300的通信接口為串口。本設計為了達到能控制溫度的目的，在設計中添加了兩個繼電器，分別來控制溫度的升高與降低。繼電器的主要作用是用弱電去控制強點，其內部結構如圖38所示。繼電器內有個線圈，此線圈繞在一根鐵心上，當有電流通過此線圈時，鐵心會產生磁力將上方的銜鐵吸附下來，造成原本閉合的3端與4端斷開，3端與5端連接。當線圈的兩個管腳之間沒有電流時，鐵心的線圈磁力消失，由于銜鐵的 圖38 繼電器內部結構 后部有一個彈簧，彈簧又將銜鐵拉回原來的位置。這就是繼電器的工作原理。在本次設計中，使用了兩個繼電器分別控制加熱和降溫，設計原理圖如圖39所示。圖39 溫度控制電路由于STC89C52單片機的管腳驅動能力不足，在設計中使用了一個PNP的三極管來增大驅動能力，使繼電器能很好的閉合。設計中在繼電器線圈兩端并接一個二極管，此二極管在電路中叫做“續(xù)流二極管”，它因在電路中起到續(xù)流的作用而得名，一般在器件選型上使用快恢復二極管和肖特基二極管作為“續(xù)流二極管”。因為繼電器內部有一個線圈，而線圈時一個感性原件，其中在線圈工作時的變化電流通過線圈時會產生自感電動勢。根據(jù)法拉第定律—自感電動勢的大小于通過線圈的的變化率成正比，所以在繼電器線圈斷開電源的瞬間電流變化率很大，線圈將產生一個高于電源電壓數(shù)倍的自感電動勢并與電源電壓疊加。此時續(xù)流二極管就會將自感電動勢導入到電源腳，以免損壞繼電器線圈。軟件是整個系統(tǒng)的靈魂，它控制各個硬件來實現(xiàn)相應的功能，在本設計中主要實現(xiàn)遠程溫度的采集并顯示。硬件上有LCD12864液晶顯示部分，18B20溫度傳感器的溫度讀取，GSM模塊短信的發(fā)送等，下面就這幾個部分程序編寫進行說明。 DS18B20溫度讀取程序設計 DS18B20與單片機連接只需一根數(shù)據(jù)線，與單片機的通信協(xié)議是單總線協(xié)議。單總線是一種具有一個總線主機和一個或若干個沖擊（從屬器件）的系統(tǒng)，DS18B20在單總線系統(tǒng)中是作為從機的。 由于單總線只有一根數(shù)據(jù)線，所以掛載在單總線的多個設備同一時刻字允許與一個設備進行通信。為了實現(xiàn)這一目的，連接到單總線上的器件需具有漏極開漏或者是三態(tài)輸出。單總線的空閑狀態(tài)指的是總線上電平為高電平若要開始讀取數(shù)據(jù)，總線必須保持在空閑狀態(tài)，當總線上出現(xiàn)一個大于480us的低電平時，掛載在總線上的所有設備都將復位。 在本設計中DS18B20溫度讀取程序流程圖如圖41所示。開始復位DS18B20發(fā)出跳過ROM匹配命令發(fā)出啟動溫度轉換命令延時750ms等待溫度轉換結束 連續(xù)讀取兩字節(jié)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)變換結束圖41 DS18B20溫度讀取流程 LCD12864驅動程序設計LCD12864作為本次設計的顯示部分，在其驅動程序的設計上需要實現(xiàn)對其讀寫的函數(shù)，還有初始化函數(shù)。LCD12864與單片機的通信方式有很多，常用的有8位并口，4線SPI，兩線IIC等。本次設計所選用的LCD12864為8位并口模式。8位并口模式的優(yōu)點是要比串行接口的速度快，缺點是所需的數(shù)據(jù)線和控制線比較多。其中共需要8根數(shù)據(jù)線，復位控制腳RST，指令/數(shù)據(jù)腳RS，讀/寫腳WR，使能端E。單片機讀取LCD12864的時序如圖42所示。圖42 LCD12864讀時序圖單片機向LCD12864寫數(shù)據(jù)的時序如圖43所示。圖43 LCD12864寫時序圖根據(jù)上述的時序圖，編寫程序可實現(xiàn)對LCD12864內部寄存器的讀寫。配合其對應的指令碼可在LCD12864上顯示ASIIC碼和國標漢字。 GSM模塊程序設計 在本設計中使用了SIM300模塊，其與單片機的通信是通過串口，協(xié)議為標準的AT指令。在程序設計上，首先需要實現(xiàn)單片機的串口通信，在整個程序的開始時，需要配置單片機的串口，由于SIM300模塊串口的波特率為9600BPS，所以要將單片機的串口波特率也設置為9600BPS。 本設計中需要實現(xiàn)報警短信的發(fā)送，其一般流程是，首先將SIM300模塊短信格式設為TEXT格式，然后再溫度值達到溫度上限時，將溫度數(shù)據(jù)格式化為標準的asiic碼，并將其發(fā)送出去。GSM短信模塊發(fā)送短信的一般流程如圖44所示。開始初始化GSM模塊 允許串行中斷 有用戶發(fā)送的命令么？編輯短信進入GSM模塊有報警信息么？發(fā)送控制命令解釋消息 YES NO YES NO 準備圖44 GSM發(fā)送短信流程 常用AT指令GSM模塊與單片機之間的通信的協(xié)議是attention，一般簡稱AT指令。AT指令一般用于終端設備與PC機應用之間的連接與通信，每個AT命令行中只能包含一條AT指令，以回車作為結尾，相應或上報以回車換行為結尾。AT指令集是從終端設備或數(shù)據(jù)終端設備向終端適配器或數(shù)據(jù)電路終端設備發(fā)送的，用戶可以通過AT指令進行呼叫、短信、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務、傳真等方面的控制。AT標準指令的使用方法是在通訊軟件的命令方式下打開前置碼AT+??指令后面回車，如回應OK則表示指令已正確執(zhí)行，如回應ERROR，則指令錯誤。常用的AT指令如表41所示。 表41 常用AT指令 AT指令說明AT CSMS選擇短信息服務AT CNMA新消息確認應答AT CPMS選擇短信存儲區(qū)AT CMGF選擇短信格式AT CSAS存儲短信參數(shù)設置AT CSDH顯示TEXT短信模式下參數(shù)AT CMGR讀取短信AT CMGL按要求列出存儲的短信AT CMGS發(fā)送短信 短信格式本設計中的GSM模塊發(fā)送短信有兩種格式，TEXT格式和PDU格式，下面就這兩種格式進行詳細介紹。a) PDU格式PDU方式被所有手機支持，既可以發(fā)送中文短信，又可以發(fā)送英文短信。PDU串表面上是一串ASCII碼，由 ‘0’‘9’、‘A’‘F’這些數(shù)字和字母組成。它可以采用三種編碼發(fā)送短信：7bit編碼、8bit 編碼和16bit編碼，7位編碼發(fā)生普通ASCII短信；8位編碼常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，如圖片或鈴聲等；16位用于發(fā)送unicode。b) TEXT格式TEXT格式是指發(fā)送的編碼只是ASICC編碼，不能發(fā)送中文和其它數(shù)據(jù)，局限性比較大。其優(yōu)點就是編碼簡單，用是單片機實現(xiàn)占用資源很少。在本設計中就是利用TEXT格式的短信來發(fā)送溫度報警信息。在上一章獨立按鍵中介紹了機械按鍵的缺陷，在按鍵按下的時候電壓存在抖動，這會造成程序的誤判。消除這種抖動，可以從硬件和軟件兩個方面來解決，但使用硬件的方法成本高，電路復雜。在本節(jié)里介紹一種高效的軟件消抖方法。如圖34所示，可以看出機械按鍵在按下和松開的過程中存在抖動，與理想的按鍵按下狀態(tài)差別很大。在這里需要消除這個抖動，從圖中可以看出在按下按鍵到按鍵信號穩(wěn)定之間有一段時間，而這一段時間中存在抖動，時間大概是1020ms，可以利用延時的方法消除抖動，延時法消除抖動的原理是，但第一次檢測到按鍵按下時延時20ms后再一次判斷按鍵的狀態(tài)，這樣就可以有效的消除抖動。但這種方法也有很大的缺陷，那就是在延時的那段時間內，單片機的CPU只是在延時函數(shù)內做無用功，這是很大浪費，對整個系統(tǒng)的實時性有很大的影響。圖45 按鍵抖動示意圖為了解決延時法對整個系統(tǒng)實時性的影響，在本次設計中的按鍵消抖采用了跟高級的方法狀態(tài)機法。狀態(tài)機法就是將按鍵按下到彈起的整個過程分為幾個狀態(tài)，分別是： 狀態(tài)1 按鍵未按下 狀態(tài)2按鍵按下 狀態(tài)2按鍵確實按下 狀態(tài)3按鍵彈起 在單片機中，開啟了一個1ms的定時器中斷，在中斷函數(shù)里計數(shù)20下，調用狀態(tài)查詢函數(shù)。并根據(jù)按鍵IO的值來跳轉狀態(tài)。狀態(tài)轉換圖如圖46所示。按鍵未按按鍵按下按鍵彈起按鍵確定按下圖46 狀態(tài)轉換圖狀態(tài)機消抖法的優(yōu)點就是利用定時器產生的時間中斷，來代替延時函數(shù)，提高了系統(tǒng)的實時性和可靠性。 整體程序流程圖 經過上面各個程序模塊的分析，下面介紹一下程序主流程。在主程序流程中，首先開始的是硬件監(jiān)測，主要方法是將所有控制端口依次打開，觀察相應的現(xiàn)象是否正常。第二步是進行硬件的初始化，主要工作是初始化串口，讓其工作在9600波特率，能與GSM模塊正常通信。初始化定時器0，產生1ms的中斷，用來產生所需的時基。初始化LCD12864液晶屏，讓其能工作在正常模式。 第三步是監(jiān)測GSM模塊是否存在，在這里檢測10次。主要的原理是向GSM模塊發(fā)送字符串AT \r時，只要GSM模塊正常工作，那么GSM模塊就會返回OK字符串。 最后進入到主循環(huán)中，判斷當前的鍵值，并跳轉到相應的處理函數(shù)中。并獲取當前兩點的溫度值與設定的閾值進行比較，當溫度值大于閾值時，發(fā)送報警信息到指定的手機上，并打開降溫繼電器。當溫度恢復正常時，發(fā)送溫度恢復正常的短消息到指定的手機上。 主程序流程圖如圖47所示。開始硬件自測設備初始化 檢測十次GSM模塊存在？ N Y設置溫度上限 讀取溫度 N溫度上限 發(fā)送報警信息 Y 圖47 程序主流程圖 調試結果經過上兩章的軟硬件設計，此次畢設的作品基本功能已基本實現(xiàn)，但是由于系統(tǒng)的復雜性，設計中還有許多問題需要調試，下面就硬件調試和軟件調試進行講解。