【文章內(nèi)容簡介】 ，它在控制中會經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，同時它的供電模式?jīng)Q定了它不能長時間地穩(wěn)定工作。工業(yè)級系列 GSM 模塊 TC35i 的推 出正解 決了這個難題，它可以長時間地穩(wěn)定工作。用戶可以完全放心地將它嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，不管是 對 OA（機(jī)關(guān) 辦公自動化）系統(tǒng)，還是純粹的短信息應(yīng)用系統(tǒng)，它都能出色地完成任務(wù)。日常生活中它的應(yīng)用表現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1） GSM 機(jī)房 監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)管理應(yīng)用銀行、儲蓄點(diǎn)機(jī)房監(jiān)控，電信機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控；通信行業(yè)遠(yuǎn)端無人值守站機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)（如移動通信基站、微波站、光纖中繼站）；其他無人值守點(diǎn)（如倉庫、辦公樓等）監(jiān)控。 （ 2） GSM 移動車輛 監(jiān)控調(diào)度應(yīng)用公安、 1交警車輛監(jiān)控調(diào)度；銀行運(yùn)鈔車、郵政運(yùn)輸車監(jiān)控調(diào)度；出租車管理 調(diào)度；公交車輛調(diào)度和指示；集團(tuán)車輛監(jiān)控調(diào)度。 （ 3） GSM 無線接 入系統(tǒng)應(yīng)用無線固定電話接入 （ WLL）；無線 磁卡電話；火車、汽車、輪船等移動載體付費(fèi)電話。 （ 4） GSM 移動性數(shù)據(jù) 查詢應(yīng)用移動性證券交易和信息查詢；公安移動性數(shù)據(jù)（身份證、犯罪檔案等）查詢；交警移動性數(shù)據(jù)（車輛、司機(jī)檔案等）查詢；通信維護(hù)人員線路資料查詢；其他外勤人員移動性數(shù)據(jù)查詢。 （ 5） GSM 城市公用事 業(yè)實時監(jiān)控維護(hù)應(yīng)用煤氣調(diào)壓站實時數(shù)據(jù)采集和自動控制；自來水、污水管網(wǎng)實時監(jiān)控和維護(hù)；熱力系統(tǒng)實時監(jiān)控和維護(hù)；電力系統(tǒng)城市中電網(wǎng)實時監(jiān)控和自動補(bǔ) 償。 （ 6）其他 GSM 應(yīng)用領(lǐng)域移動性書 記和 Inter 接入； 移動性辦公及管理；工業(yè)遙感遙測遙控、信息回報。 （ 四 ）研究的主要內(nèi)容和方法 目前的遠(yuǎn)程無線通信主要有以下兩種：一種通信雙方直接發(fā)送和接收對方的信號如對講機(jī)、軍用設(shè)備等；一種是通信雙方間接通信，如現(xiàn)在最流行的 GSM 蜂窩網(wǎng)絡(luò)，通過 GSM網(wǎng)絡(luò)的短消息中心 （ SMSC） 這個實體存儲轉(zhuǎn)發(fā)來實現(xiàn)雙方的通信。 本設(shè)計與傳統(tǒng)的監(jiān)控產(chǎn)品相比較，在實現(xiàn)方法和對象上有很大的區(qū)別， 如 圖 1。 傳統(tǒng)產(chǎn)品一般實現(xiàn)框架 ： 監(jiān)控計算 機(jī) 收發(fā)控制電 路 收 發(fā) 單 元 終端控制系統(tǒng) 無 線 通 道 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 智能監(jiān)控實現(xiàn)框架 ： 圖 1 設(shè)計采用的實現(xiàn)框架 此次開發(fā)設(shè)計的系統(tǒng)具體研究內(nèi)容是用手機(jī)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控開關(guān)量和模擬量，控制主體是用戶手機(jī)，即可以用一對一通信的方式，也可以用一對多的通信方式來實現(xiàn)，靈活實用?，F(xiàn)有的基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品主要應(yīng)用于信息采集系統(tǒng)、智能抄表系統(tǒng)、運(yùn)鈔車的集中監(jiān)控、汽車車隊的集中監(jiān)控等方面，這些系統(tǒng)的監(jiān)控中心是計算機(jī)系統(tǒng)，控制電路收發(fā)模塊通過串口與計算機(jī)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，將合法數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，計算機(jī)系統(tǒng)一般采用客戶機(jī) /服務(wù)器方式，服務(wù)器負(fù)責(zé)處理客戶機(jī)界面控制顯示程序與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)之間的處理，但系統(tǒng)實 現(xiàn)的方法比較復(fù)雜，實現(xiàn)成本昂貴。 本次設(shè)計的系統(tǒng)主要是對外界的數(shù)字量進(jìn)行實時監(jiān)控，通信的媒介是 GSM 網(wǎng)絡(luò)，采用 SMS 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 使得 整個系統(tǒng)在價格、花銷等方面都有很大的優(yōu)勢，在技術(shù)方面也基本上能夠滿足特定用戶的需求 ， 具有比較廣闊的市場前景 。 設(shè)計中無線 MODEM 與市面的 GSM MODEM 相比有其自身的特點(diǎn) ： 是面向用戶的、面向底層字節(jié)流，便于用戶完成基于底層的二次開發(fā) ，因此，從用戶利用的角度來看它的可應(yīng)用性更加靈活，更能滿足各種行業(yè)的需求。 （ 五 ）論文主要完成的工作 本課題將建立一個通過 GSM 短信息的收發(fā)和語 音智能報警實現(xiàn)對外界的數(shù)字量和模擬量進(jìn)行實時的監(jiān)控的系統(tǒng)。 本課題的主要工作有： 完成監(jiān)控主板的硬件設(shè)計，即： P16F877A 的外圍電路、 LCD 顯示電路、 DS18B20采集數(shù)字溫度電路。 完成基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控模塊的 硬件 設(shè)計 ，即： TC53i 模塊電路、 串行通信口電路 。 監(jiān)控主板的 設(shè)計。 GSM 網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控模塊的軟件設(shè)計。 通過整個系統(tǒng)進(jìn)行 分析，總結(jié)出 系統(tǒng)塊存在的問題，并對其進(jìn)行 改進(jìn)。 監(jiān) 控 用 戶 手 機(jī) GSM GSMGS 無線MODEM M 網(wǎng)絡(luò) 終端控制系統(tǒng) 無 線 通 道 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 8 二 、 總體方案設(shè)計 由于有線 Modem 的通信方式的局限性，以及隨著 GSM 移動通信網(wǎng)絡(luò)的迅速普及 ，利用 GSM 模塊實現(xiàn)基于短消息的數(shù)據(jù)傳輸成為重要的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸解決方案。 目前實現(xiàn)短消息的發(fā)送主要有以下幾種方法 ： 通過移動網(wǎng)關(guān)發(fā)送短消息，使用該方法不需要附加的硬件，但是需要到電信部門申請網(wǎng) 關(guān)，成本高，軟件復(fù)雜，比較適合于一些大型的網(wǎng)絡(luò)通信公司進(jìn)行開發(fā) ； 通過網(wǎng)站上提供的短信發(fā)送功能來實現(xiàn)，比如新浪、網(wǎng)易都提供這方面的服務(wù)，這種方法是這 4 種方法中實現(xiàn)起來最簡單，所需資源最少的，但是對于網(wǎng)站的依賴性太強(qiáng)，對網(wǎng)絡(luò)的依賴同樣無法避免，不適用于項目開發(fā)； 在相關(guān)的系統(tǒng)中使用手機(jī)模塊代替手機(jī)來實現(xiàn)與短消 息中心的聯(lián)系，從而實現(xiàn)短消息的發(fā)送與接受。使用手機(jī)模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低，而使用手機(jī)雖然也可以實現(xiàn)相應(yīng)功能，但是需要外加數(shù)據(jù)線，成本相當(dāng)高 ； 在電腦上通過 GSMM ODEM 向手機(jī)發(fā)送中文短消息，這是目前比較適合于小項目開發(fā)的一種方法，所需硬件包括一款手機(jī)，提供 GSMMODEM 以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)線或是紅外線適配器。該方法編碼簡單，只需對 AT 指令和串口編程比較熟悉就可以實現(xiàn)，而且對硬件需求不高，并能自動收發(fā)短消息，但是該方法對短消息收發(fā)的控制較弱，通用性不強(qiáng)；但對于自動采集數(shù)據(jù)后發(fā)送檢測數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)來說該 方法最為簡單實用。 本設(shè)計選用 Microchip 公司的 PIC16F877 單片機(jī)和 Siemens 公司的最新一代 GSM 模塊 TC35i，實現(xiàn)了一款具有短信收發(fā)功能的 GSM modem 原型。利用此 modem 原型，可以在應(yīng)用系統(tǒng)之間以此 modem 和 GSM 網(wǎng)絡(luò)為紐帶，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)地數(shù)據(jù)的傳輸。如圖 2所示 。 發(fā)射部分 接收部分 圖 2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 GSM 網(wǎng)絡(luò) PIC16F877 LCD顯示 GSM通信模塊 監(jiān) 控 中 心 服務(wù)器 數(shù)據(jù)采集 PIC16F877 數(shù)據(jù)采集 GSM通信模塊 監(jiān) 控 中 心 服務(wù)器 LCD顯示 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 Microchip 公司的 PIC16F877 芯片為 40 個引腳 ，常用的封裝形式為 PDIP40，在采用了數(shù)據(jù)總線與程序總線分開的方式進(jìn) 行運(yùn)轉(zhuǎn) ， 其中數(shù)據(jù)總線為 8 位，程序總線為 14 位，而堆棧是由硬件的方式來實現(xiàn)的，具有 8 層 13 位的獨(dú)立空間，既不占用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的空際那，也不需要進(jìn)行進(jìn)棧和出棧之類的堆棧操作專用指令，并且整個程序存儲器 Flash 以 8K14 位 Flash 使得 PC 所產(chǎn)生的 13 位地址最大可尋址空間為 8K14 位，地址編碼的最大范圍為 0000H～ 1FFFH，在單片機(jī)的內(nèi)部還集成了 14 個功能各不相同的模塊使單片機(jī)的功能得到更多的擴(kuò)展，這些設(shè)計在 大大簡化 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)的同時又充分發(fā)展了單片機(jī)的基本功能，在 提高系統(tǒng)的可靠性 和多功 能性方面取得了長足的進(jìn)步 。 TC35i 通信模塊具備 GSM 無線通信的全部功能，并提供標(biāo)準(zhǔn)的 UART 串行接口，支持 GSM 所定義的 AT 命令集的指令。因此， MCU 能夠非常方便地通過 UART 接口與 GSM 模塊連接，并直接使用 AT 命令就可以方便簡潔地實現(xiàn)短信息的收發(fā)、查尋和管理。 本系統(tǒng)利用短消息實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，具有以下特點(diǎn)： 利用移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施完備的整體優(yōu)勢，不再需投資基礎(chǔ)設(shè)施、隨時隨地實現(xiàn) “ 個性化 ” 的服務(wù)； 實施與運(yùn)行費(fèi)用低 ， 只需增加終端控制系統(tǒng)，運(yùn)行時 ， 短消息實行包月制或 按每條 （ 選用中國移動 ） 元計費(fèi)，整體費(fèi)用低； 可以實現(xiàn)在無人情況、環(huán)境惡劣、超遠(yuǎn)距離的情況下控制信息的收集和傳送，硬件的品質(zhì)保證了通信安全可靠； 系統(tǒng)應(yīng)用獨(dú)立性好，利用單片機(jī)控制 TC35i 模塊，在一定范圍內(nèi)，如果要實現(xiàn)不同的應(yīng)用，只需要對前臺軟件做一定修改。 三 、 硬件部分設(shè)計 系統(tǒng)分為監(jiān)測中心站和遠(yuǎn)程監(jiān)測分站兩個部分：監(jiān)測中心站主要由監(jiān)測中心站服務(wù)器、 GSM 無線通信模塊、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應(yīng)用軟件組成；遠(yuǎn)程監(jiān)測分站 主要由單片機(jī)PIC16F877 及外圍電路、溫度測試電路、顯示電路 LCD、 串行通信電路以及 GSM 無線通信模塊（ TC35i）組成。監(jiān)測中心控制 GSM 無線通信模塊收發(fā)短消息，接收各監(jiān)測分站采集的數(shù)據(jù)信息，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理和打印等。遠(yuǎn)程監(jiān)測分站實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示，同時控制 GSM 無線通信模塊收發(fā)短消息。監(jiān)測中心站與遠(yuǎn)程監(jiān)測分站之間通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無線遠(yuǎn)程通信，實現(xiàn)了基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 （一）單片機(jī) PIC16F877A 基本電路設(shè)計 該系統(tǒng) 的 MCU 采用的是 Microchip 公司生產(chǎn)的 PIC16F877 單片機(jī)。這個單片機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計簡潔，并且堆棧采用硬件方式，這樣就 省略了專用的堆棧指令使得指令系統(tǒng)也得到了精練，其功率消耗極低，驅(qū)動能力強(qiáng)，使它能和多種外部電路模塊結(jié)合使用。此外它與其他的單片機(jī)最大的不同之處在于采用了哈佛總線結(jié)構(gòu)，在芯片內(nèi)部將數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，并且采用不同的寬度（數(shù)據(jù)總線 8 為，指令總線 14 位）進(jìn)行處理。 單片機(jī) PIC16F877 各個管腳的功能如表 1 所示，其基本外圍電路原理圖如圖 3 所示。 表 1 PIC16F877的各個 管腳對應(yīng)功能表 引腳名 引腳序號 引腳類型 功能說明 OSC1/CLIN 13 I 時鐘振蕩器晶體連接端 /外部時鐘源輸入端 OSC2/CLOUT 14 O 時鐘振蕩器晶體連接端 /時鐘信號輸出端 MCLR/VPP 1 I/P 人工復(fù)位輸入端（低電平有效） /編程電壓輸入端 基本功能： RA 是一個輸入 /輸出可編程的雙向端口。此外還有第 3 功能 RA0/AN0 2 I/O RA0 還是第 0 路模擬信號輸入端 RA1/AN1 3 I/O RA1 還是第 1 路模擬信號輸入端 RA2/AN2/ VREF 4 I/O RA2 還是第 2 路模擬信號輸入端和負(fù)參考電壓端 RA3/AN3/ REF+ 5 I/O RA3 還是第 3 路模擬信號輸入端和正參考電壓 端 RA4/T0CKI 6 I/O RA4 還是定時器 0 時鐘輸入端 RA5/AN4/SS 7 I/O RA5 還是第 4 路模擬信號輸入端，以及同步串口選擇端 基本功能： RB 一個輸入 /輸出可編程的雙向端口，作輸入時內(nèi)部有可編程的弱上拉電路，還有第 3 功能 RB0/INT 33 I/O RB 還可作為外部中斷輸入端 RB RB2 3 35 I/O RB3/PRG 36 I/O RB3 還可作為低電壓編程輸入端 RB4 37 I/O 還具有電平變化中斷功能 RB5 38 I/O 還具有電平變化中斷 功能 RB6/PGC 39 I/O 還具有電平變化中斷功能，兼在線調(diào)試輸入端和串行編程時鐘輸入端 RB7/PGD 40 I/O 還具有電平變化中斷功能，兼在線調(diào)試輸入端和串行編程時鐘輸入端 基本功能： RC 是一個輸入 /輸出可編程的雙向端口，此外還有第 3 功能 RC0/T1OSO/ T1CKI 15 I/O RC0 還可用作定時器 1 的振蕩器輸入端或時鐘輸出端 RC1/ T1OSI / CCP2 16 I/O RC1 還可用作定時器 1 的振蕩器輸出端或捕捉器 2 輸入端或比較器 2 輸出端或脈寬調(diào)制器 PWM2 的輸出端 RC2/CCP1 17 I/O RC2 還可用作捕捉器 1 輸入端或比較器 1 輸出端或脈寬調(diào)制器 PWM1 的輸出端 RC3/SCK/ SCL 18 I/O RC3 還可作為 SPI 串口的同步時鐘輸入或輸出端 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 續(xù)表 RC4/SDI/SDA 23 I/O RC4還可作為 SPI串口的數(shù)據(jù)輸入端和 I2C串口的數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 RC5/SDO 24 I/O RC5 還可作為 SPI 串口的數(shù)據(jù)輸出端 RC6/TX/CK 25 I/O RC6 還可作為通用同步 /異步收發(fā)器 USART 的全雙工異步發(fā)送腳或半雙工同步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)腳 RC7/RX/DT 26 I/O RC6 還可作為通