【文章內(nèi)容簡介】 SM網(wǎng)絡的工作模式 目前，國內(nèi)已經(jīng)開始使用的 GSM模塊有 Fal的 A2D系列、 Wavee的 WMO2系列、西門子的 TC35系列、愛立信的 DM10/DM20系列、中興的 ZXGM18系列等，而且這些模塊的功能、用法差別不大。其中西門子的 TC35系列模塊性價比很高，并且已經(jīng)有國內(nèi)的無線電設備入網(wǎng)證。所以本設計選用的是西門子 TC35系列的 TC35i。這是西門子推出的最新的無線模塊，功能上與 TC35兼容，設計緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。 TC35i與 GSM 2/2+兼容、雙頻 (GSM900/GSMl800)、 RS232數(shù)據(jù)口、符合 ETSI標準 GSM0707和 GSM0705，且易于升級為 GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的 AT命令接沈陽建筑大學畢業(yè)設計（論文） 7 口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發(fā)及設計。 圖 12 GSM網(wǎng)絡 GSM 網(wǎng)絡是國內(nèi)覆蓋范圍最廣，應用最普遍的無線通信網(wǎng)絡。主要利用其短消息業(yè)務（ SMS）實現(xiàn)上述功能， SMS 是通過 GSM 網(wǎng)的控制信道傳輸用戶分組信息的一種增值服務，經(jīng)短消息業(yè)務中心完成存儲和前轉(zhuǎn)功能，特別適合信息量不大的業(yè)務數(shù)據(jù)，它使用 GSM 網(wǎng)的公共控制信道，通話期間不影響短消息的傳輸。短消息業(yè)務的優(yōu)點是傳輸速度快，單個數(shù)據(jù)傳輸價格便宜，不占用話音；利用這些特點，及其雙向傳輸?shù)男阅?，可方便地實現(xiàn)對于采集站設備的信息采集和遠程控制，實現(xiàn)遙控、遙測等。 由于 GSM網(wǎng)絡在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡能力強的特點，用戶無需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡覆蓋范圍的同時為客戶節(jié)省了昂貴建網(wǎng)費用和維護費用。同時，它對用戶的 數(shù)量也沒有限制，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大，維護費用高，且網(wǎng)絡監(jiān)控的覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的缺陷。比起傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡覆蓋上具有無法比擬的優(yōu)勢，加上 GSM 的 SMS 本身具備的數(shù)據(jù)傳送功能，都使得這些應用得到迅速的普及。利用 GSM短信息系統(tǒng)進行無線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設備的通信提供了一個強大的支持平臺。 基于 GSM網(wǎng)絡的短消息作為一種數(shù)據(jù)傳輸模式，具有網(wǎng)絡覆蓋面廣、用戶投資小、運營費用少的優(yōu)點，對于監(jiān)控采集點分散、覆蓋面廣、監(jiān)控點不固定、實時性要求較低的監(jiān)控 采集系統(tǒng)具有無可比擬的優(yōu)勢。 溫度控制的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 溫 度是工業(yè)對象中一個主要的被控參數(shù)，它是一種常見的過程變量，因為它直接影響燃燒、化學反應、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學過程。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。沈陽建筑大學畢業(yè)設計（論文） 8 溫度控制是許多機器的重要的構(gòu)成部分，它的功能是將溫度控制在所需要的溫度范圍內(nèi)，然后進行工件的加工與處理。不論是在生活中還是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度的變化對生活、生產(chǎn)的某些細節(jié)環(huán)節(jié)都會造成不同程度的影響，所以適時地對溫度 進行控制具有重要的意義。 目前，市場上有很多比較先進的溫度控制儀，如美國福祿克公司 (Fluke Corporation)提供的緊湊式高準確度標準溫度爐，能滿足只有極少公司才可達到的IECIOIO 和 CSA 安全標準。其 500 系列溫控儀有以下特點 :45℃ ～ 670℃ 可選溫度范圍，溫度穩(wěn)定性為 ℃ ，溫度一致性為 ℃ ，溫度不確定性 ℃ ，計算機接口包括RS232 標準配置，重量 ，尺寸為 318*203*267mm 。福祿克公司旗下的 HART 公司更是溫度校準的恒溫曹世界第一銷量的公司， HART 設計的獨一無二的控制技術能夠給出 177。 的溫度穩(wěn)定性。恒溫槽設置點的超高分辨力可達到小數(shù)點后 5位的高精度。另外，還有德國的 Lauda 公司生產(chǎn)的加熱 /冷卻恒溫浴槽、冷卻器，溫度控制精度可達正負 。這些都是當今在溫度控制領域研究出來的比較先進的產(chǎn)品，其勢頭還將一路發(fā)展下去，本領域的研究還將不斷地進行，也必將會有更多、更加先進、經(jīng)濟的產(chǎn)品問世。 沈陽建筑大學畢業(yè)設計（論文） 9 第二章 系統(tǒng)構(gòu)架的設計 系統(tǒng)構(gòu)成 系統(tǒng)分為監(jiān)測中心站和遠程監(jiān)測分站兩部分：監(jiān)測中心站主要由監(jiān) 測中心站服務器、 GSM 無線通信模塊、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應用軟件組成；遠程監(jiān)測分站主要由 AT89C52單片機及外圍電路、溫度傳感器和 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)測分站采集的溫度數(shù)據(jù) ,然后對數(shù)據(jù)進行顯示、處理和打印等。遠程監(jiān)測分站實現(xiàn)溫度數(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)測中心站與遠程監(jiān)測分站之間通過 GSM 網(wǎng)絡實現(xiàn)無線遠程通信。實現(xiàn)了基于 GSM網(wǎng)絡的遠程監(jiān)測系統(tǒng)。 單片機外圍電路設計 該系統(tǒng)的 MCU 采用 Atmel 公司生產(chǎn)的 AT89C52 單片機。它是一種低電壓、低功耗、高性能的 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8 KB 可反復擦寫的程序存儲器和 256 B 的數(shù)據(jù)存儲器。單片機外圍電路除了包括單片機正常工作所必須的元件外，還包括鍵盤、 LED顯示電路及看門狗電路等，系統(tǒng)硬件電路原理圖如圖 21 所示。 圖 21 單片機外圍電路原理圖 沈陽建筑大學畢業(yè)設計（論文） 10 按鍵用于對終端進行參數(shù)設置。 4 位 LED 顯示器可以顯示現(xiàn)場的溫度數(shù)據(jù)。方便相關人員現(xiàn)場讀取。為了實現(xiàn)可靠的復位信號，并且能在計算機受到干擾，程序不能正常運行時自動產(chǎn)生復位信號。設計溫度采集電路時應選用 Dallas 公司生產(chǎn)的微機監(jiān)控電路 DSl232(看門狗 )。其主要功能為：產(chǎn)生上電復位和手動復位；監(jiān)視電源電平；監(jiān)視軟件運行狀態(tài)；當程序運行出現(xiàn)飛車時，產(chǎn)生復位信號。 溫度檢測電路 溫度檢測電路采用 Dallas 公司生產(chǎn)的 1Wire 接口數(shù)字溫度傳感器 DSl8B20，它采用 3 引腳 T092 封裝：溫度測量范圍為 55℃ ～ +125℃ ．編程設置 9～ 12位分辨率。現(xiàn)場溫度直接以 1Wire 的數(shù)字方式傳輸。大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。多個 DSl8B20 可并聯(lián)至 3 或 2根總線上． CPU 只需 1根端口線就能與多個 DSl8B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。溫度檢測電路原理圖如圖 21 所示，主機控制 DSl8B20實現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換， DSl8B20 采用外接電源方式，其 VDD 端采用 3 v～ V電源供電 。 TC35i 通信模塊外圍電路 隨著通信技術的發(fā)展，基于移動通信網(wǎng)絡服務功能，正向工業(yè)控制和遙控領域有不斷擴大的趨勢。為適應這種需要，西門子公司推出了新一代無線通信 GSM 模塊 ——TC35i，基于該模塊的短消息功能，可以快速安全可靠地實現(xiàn)用戶信息處理等功能，特別適用于控制中心與終端設備距離很遠，或不便采用有線通信介質(zhì)等場合，例如油井信息采集后的傳輸、遠程抄表系統(tǒng)、城市交通導向等均基于 TC35i 模塊來實現(xiàn)。 TC35i 外圍電路接線圖如圖 22所示。 沈陽建筑大學畢業(yè)設計（論文） 11 圖 22 TC35i外圍電路接線圖 電源電路分為充電電池 和穩(wěn)壓電源模塊兩部分。充電電池為整個系統(tǒng)提供 V 工作電壓．同時產(chǎn)生 MAX232 所需要的 高電平：三端電源模塊 LM7806 將外部 12 V 直流電源轉(zhuǎn)換為 6 v．連接至 ZIF 連接器的 1 12 引腳。在充電模式下可為 TC35i 提供 6V／ 500mA 的充電電源。 啟動電路由漏極開路三極管和上電復位電路組成。模塊上電 10ms 后 (電池電壓須大于 3 V)，為使之正常工作，必須在 15 引腳 (IGT)施加低電平信號，至少保持 100 ms且該信號下降沿時間小于 1ms，啟動后 15 引腳應保持高電平。 基帶處理器集成了一個與 ISO 78163 IC Card 標準兼容的 SIM 接口。為了適合外部的 SIM 接口，該 接口連接到主接口 (ZIF 連接器 )。在 為 SIM 卡預留 5 個引腳的基礎上， TC35 在 ZIF 連接器上為 SIM 卡接口預留了 6個引腳，所添加的 CCIN 引腳用來檢測 SIM卡支架中是否插有 SIM卡。當插入 SIM 卡，該引腳置為高電平時，系統(tǒng)方可進入正常工作。 數(shù)據(jù)通信電路主要實現(xiàn)短消息收發(fā)、與 PC機通信、軟件控制等功能。 TC35i的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合 RS232接口電路標準。工作在 CMOS電平 ( V)。數(shù)據(jù)通信電路以 MAX232為核心實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信。 沈陽建筑大學畢業(yè)設計（論文） 12 TC35 的 SYNC 引 腳有兩種工作模式，可用 AT 命令 AT SYNC 進行切換。一種是指示發(fā)射狀態(tài)時的功率增長情況，另一種是指示 TC35 的工作狀態(tài)。本模塊使用的是后一種功能：當 LED熄滅時 ,表明 TC35 處于關閉或睡眠狀態(tài)；當 LED 為 600ms 亮 /600ms 熄時，表明 SIM 卡沒有插入或 TC35 正在進行網(wǎng)絡登錄；當 LED 為 75ms 亮 /3s 熄時，表明 TC35已登錄進網(wǎng)絡，處于持機狀態(tài)。 系統(tǒng)抗干擾措施 抗干擾設計是單片機應用系統(tǒng)設計的重要組成部分，沒有良好的抗干擾措施，系統(tǒng)就無法安全可靠的工作。當然，我們只能通過系統(tǒng)軟件、硬件設計盡 可能的減少干擾帶來的影響，而不可能完全消除干擾。本系統(tǒng)在抗干擾方面考慮了如下的問題。 ①電源去耦，在電源線和地線之間并聯(lián) 47uF和 ，并聯(lián)大電容為了去除低頻干擾，并聯(lián)小電容為了去除高頻干擾。 ②加寬地線和電源線，加寬后的地線和電源線是信號線的 7倍。 ③所有芯片可靠接地，并且接地線構(gòu)成環(huán)路。 ④手工布置元件和布線，連線盡可能短。 ⑤雙面板兩面的線條盡可能垂直交叉。 ⑥避免來自傳感器，測量信號功能模塊，控制信號功能信號的干擾，模擬電路通路通過隔離放大器進行隔離 ，數(shù)字電路通過光電耦合器進行隔離。 ⑦軟件設計中采用一些方法抗干擾，如軟件數(shù)字濾波，去抖動，重復初始化等。 沈陽建筑大學畢業(yè)設計（論文） 13 第三章 系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與硬件框圖 目前，國內(nèi)已經(jīng)開始使用的 GSM 模塊有很多，而且這些模塊的功能、用法差別不大。本設計采用的是西門子 TC35 系列的 TC35i 。這種無線模塊功能上與 TC35 兼容，設計緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。 TC35i 與 GSM2/2 兼容、雙頻（ GSM900/GSM1800）、RS232 數(shù)據(jù)接口，該模塊及射頻電路和基帶與一體 ，向用戶提供標準的 AT 命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發(fā)及設計。 網(wǎng)絡通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 31所示。 圖 31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)主要的任務是監(jiān)測被控對象的溫度．然后通過 TC35i發(fā)送到監(jiān)測中心。 下面分別對硬件電路的各部分進行說明。 AT89C52 單片機 [4] AT89C52 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)說明 制造工藝為 CMOS的 AT89C52單片機采用的是 40只引腳的雙列直插封裝（ DIP）方式。其片內(nèi)的結(jié)構(gòu)如圖 32所示，如果按功能劃分，它由 8個部件組成，即微處理數(shù)據(jù)（ CPU），存儲器（ RAM），程序存儲器（ E2PROM）， I/O口（ P0口、 P1口、 P2口、 P3口），串行口，定時器 /計數(shù)器，中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（ SFR）。 沈陽建筑大學畢業(yè)設計（論文） 14 圖 32 89C52單片機片內(nèi)結(jié)構(gòu)圖 ①數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）：片內(nèi)為 256個字節(jié)（單元），片外最多擴至 64K字節(jié)。 ②程序存儲器（ E2PROM）： AT89C52單片機含有 8K字節(jié)的快擦寫可編程 /擦除只讀存儲器（ E2PROM）。片內(nèi)最多可擴至 64K字節(jié)。 ③中斷系統(tǒng)：具有 6個中斷源， 2級中斷優(yōu)先權(quán)。 ④定時器 /計數(shù)器： 3個 16位的定時器 /計時器，具有四種工作方式。 ⑤串行口： 1個全雙工的串行口，具有四種工作方式。 ⑥ P0口、 P1口、 P2口、 P3口：為 4個并行 8位 I/O口。 ⑦特殊功能寄存器（ SFR）：共有 21個，用于對于片內(nèi)各功能模塊進行管理，控制監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的 RAM區(qū)。 ⑧微處理