【正文】 能轉(zhuǎn)換的命令鍵和數(shù)據(jù)輸入的數(shù)字鍵等。本次設(shè)計(jì)中共用到最少六個(gè)外部按鍵，采用矩陣組合鍵盤，分為兩行三列式。鍵1 顯示失壓值，鍵 2 顯示欠壓值，鍵 3 顯示短路電流值，鍵 4 顯示開路電流值，鍵 5 顯示錯(cuò)接線電壓電流值，鍵 6 清零 LED。通過行列掃描確定按鍵值后相應(yīng)顯示電流電壓值，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和顯示同步。 報(bào)警電路 蜂鳴器作為最常用的報(bào)警元件，一般所指的蜂鳴器是以壓電陶瓷為主要元件的。壓電陶瓷是一類有將壓力與電流相互轉(zhuǎn)換能力的特殊陶瓷。在其上通過一定頻率的電流，就會(huì)發(fā)生震動(dòng)而產(chǎn)生蜂鳴聲。RF272T20A 壓電陶瓷蜂鳴器，工作頻率為 177。,通過軟件編程，當(dāng)要報(bào)警時(shí)，輸出端口置 1，蜂鳴器開始工作，根據(jù)頻率的不同發(fā)出不同的聲音。 網(wǎng)絡(luò)模塊硬件設(shè)計(jì) 27 GSM 模塊選型及介紹 目前已有通信設(shè)備制造商供應(yīng)基于 GSM 的無線通信模塊，如 Motorola 公司的 d15 modem 和 g18 modem,中興通訊生產(chǎn)的 ZXGM18 等。用戶可以將這些模塊集成到自己的應(yīng)用系統(tǒng)中，加快無線應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)速度。 在短消息收發(fā)系統(tǒng)上，單片機(jī)串口通過 MAX232 芯片完成電平轉(zhuǎn)換后和 ZXGM18 無線模塊相連接，單片機(jī)完成對(duì) ZXGM18 的初始化和短消息的收發(fā)功能。 中興公司的 ZXGM18 集成了完整的射頻電路和 GSM 的基帶處理器，其主要功能有：支持語音和短消息傳輸，并可對(duì)軟件升級(jí)；支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)；支持 GSM900/1800MHz 雙頻工作模式；支持 phase2/2+協(xié)議；支持較完善的 AT 命令。 GSM 模塊硬件接口符合 RS232 串行接口標(biāo)準(zhǔn)。模塊各信號(hào)線定義為：（1）數(shù)據(jù)發(fā)送線 TD（串行數(shù)據(jù)發(fā)送）：通過此數(shù)據(jù)終端線將串行數(shù)據(jù)發(fā)到模塊。（2）數(shù)據(jù)接收線 RD（串行數(shù)據(jù)接收)：通過此線數(shù)據(jù)終端接受模塊發(fā)來的串行數(shù)據(jù)。（3）聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)線：DSR（數(shù)據(jù)設(shè)備就緒）：有效時(shí)表示模塊處于可使用狀態(tài)；DTR（數(shù)據(jù)終端就緒）：有效時(shí)表示數(shù)據(jù)終端可用。但是這兩個(gè)信號(hào)有效只表示設(shè)備本身可用，并不表示通信線路可以開始通信。RTS（請(qǐng)求發(fā)送）：有效時(shí)表示數(shù)據(jù)終端向模塊請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)；CTS（允許發(fā)送）：有效是表示模塊已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)終端發(fā)來的數(shù)據(jù)。這兩個(gè)信號(hào)是用于半雙工模塊系統(tǒng)中發(fā)送和接收方式之間的切換。全雙工中因配置了雙向通道，所以無需 RTS/CTS,可以置其為高電平。R1（振鈴指示）：當(dāng)模塊接收到送來的振鈴呼叫信號(hào)時(shí)，該信號(hào)有效，通知數(shù)據(jù)終端已被呼叫。（4）地線 PG、SG:設(shè)備保護(hù)地，信號(hào)地，無方向。 上述控制信號(hào)線何時(shí)有效，何時(shí)無效的順序表示了接口信號(hào)的傳送過程。由此可見，用單片機(jī)控制模塊的關(guān)鍵就是如何進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和如何設(shè)置聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)線進(jìn)行控制和響應(yīng)。ZXGM18 的功能框圖如下： 虛線內(nèi)部為 ZXGM18 的各個(gè)組成單元，虛線以外為外部接口。ZXGM18 完成了 GSM 的所有功能，包括 GSM 規(guī)范所要求的語音編解碼、信道編解碼、加密與解密、均衡、對(duì) 28 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及實(shí)現(xiàn)規(guī)范 GSM 要求的射頻指標(biāo)。（1）GSM 基帶處理器 GSM 處理器為單片的 GSM900/1800MHz 雙頻處理芯片，完成語音、短消息和數(shù)據(jù)的處理，處理器上運(yùn)行 GSM 的應(yīng)用軟件和協(xié)議棧，并提供一個(gè)串行口與用戶應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行通訊。GSM 處理器主要由 CPU 子系統(tǒng)、DSP 子系統(tǒng)和信道編解碼器子系統(tǒng)組成。CPU子系統(tǒng)用于運(yùn)行主控程序，對(duì)外圍電路實(shí)現(xiàn)控制；DSP 子系統(tǒng)進(jìn)行語音的編解碼、均衡以及產(chǎn)生 DTMF 音；信道編解碼器子系統(tǒng)完成 GSM 的信道編解碼、交織和信道加密等功能。GSM 處理器是整個(gè)無線模塊的核心。（2）射頻電路 射頻電路提供了 GSM900/1800MHz 雙頻段的收發(fā)通道，包括接收電路、發(fā)射電路、頻率合成電路以及相應(yīng)的控制電路。無線接受信號(hào)由開關(guān)分為 GSM900 與 GSM1800 兩路，分別經(jīng)過一個(gè)固定增益的低噪聲放大器放大后，濾波進(jìn)入主芯片進(jìn)行處理。主芯片中包括一級(jí)低噪聲放大器、兩級(jí)混頻器、一級(jí)可編程增益放大器以及 Iamp。Q 調(diào)制器輸出給基帶芯片。由基帶輸入信號(hào)調(diào)制到鎖相發(fā)射 VCO，然后經(jīng)放大后由天線開關(guān)輸出到天線，其中功率等級(jí)的控制由功率控制器提供，功放輸出的功率經(jīng)耦合器耦合出部分功率反饋給功率控制器，形成閉環(huán)控制滿足輸出功率的要求。射頻信號(hào)通過 SMT 插座與外接天線相連。（3）音頻處理器和音頻電路 音頻處理器用于音頻信號(hào)的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換，以及與模擬信號(hào)有關(guān)的信號(hào)處理。音頻電路主要為外接耳機(jī)提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。（4）存儲(chǔ)器、 、SIM2EPROM 存儲(chǔ)器采用了 16M FLASH 和 2M SRAM 封裝在一起的芯片，F(xiàn)LASH 主要用于存儲(chǔ)運(yùn)行軟件，SRAM 用于存儲(chǔ)運(yùn)行時(shí)的臨時(shí)數(shù)據(jù)。 用于存儲(chǔ)模塊的系統(tǒng)參數(shù)、電話號(hào)2EPROM碼和電話記錄等內(nèi)容。ZXGM18 提供了內(nèi)置 SIM 插座。（5）系統(tǒng)連接器 系統(tǒng)連接器是 ZXGM18 與應(yīng)用系統(tǒng)的連接接口，主要提供外部電源、FS232 串口、外接 SIM 和音頻接口。經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后，可與 PC 機(jī)或用戶的應(yīng)用系統(tǒng)相連。 GSM 串行接口方式 ZXGM18 具備了 AT 命令的設(shè)置方式，原來服從 RS232 接口標(biāo)準(zhǔn)中用電平高低和變化表示的控制信號(hào)可以使用 AT 命令進(jìn)行操作，而 AT 命令是通過串行數(shù)據(jù)方式給模塊的。從理論上說可以僅僅使用三根線 RD、TD、GND 就可以進(jìn)行控制。ZXGM18 的 DTR 數(shù)據(jù)總端準(zhǔn)備就緒功能沒有合適的 AT 命令控制，所以使用 MAX232 的一個(gè)信號(hào)設(shè)置 DTR有效。 29 RXDTGNZM18VC+S23456OU7I90AuFP.由于要服從 RS232 的電平要求，使用 MAX232 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。其中利用 MAX232 空閑的一對(duì)電平轉(zhuǎn)換設(shè)置 DTR 總是有效。 模塊采用的 AT 命令集 GSM 的短消息業(yè)務(wù) SMS 利用信令信道傳輸，這是 GSM 通信網(wǎng)所特有的。不用撥號(hào)建立連接，只需要將要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到 GSM 短信息服務(wù)中心，經(jīng)過短消息服務(wù)中心完成存儲(chǔ)后再發(fā)送給最后的終端。所以當(dāng)目的 GSM 終端沒開機(jī)時(shí)信息不會(huì)丟失。每個(gè)短消息的信息量限制為 160 字節(jié)。 規(guī)定的 AT 指令集是 ETSI(歐洲通信技術(shù)委員會(huì))發(fā)布的，其中包含了對(duì)SMS 的控制。單片機(jī)用 GSM 串行接口收發(fā)一系列的 AT 命令，就能達(dá)到收發(fā) SMS 的目的。ETSE 的 中用于 SMS 收發(fā)控制的主要 AT 命令如下：（1）AT+CMGF: 短消息發(fā)送模式設(shè)置。 設(shè)置短消息發(fā)送模式的格式為 AT+CMGF=0。其中 0 表示 PDU 模式 1（TEXT）模式。中文短消息采用 PDU 模式。（2）AT+CNMI：短消息接受模式。 短消息接受模式主要有兩種：第一種，通過 SIM 卡接受。該模式為缺省模式，即主動(dòng)讀取 SIM 卡中的短消息。設(shè)置格式為：AT+CNMI=2,1,0,0,0。在這種模式下接受短消息時(shí)單片機(jī)要先獲得新短消息到達(dá)的通知信息，格式為+CMTI:MEM,INDEX。第二種是直接利用串口接受。當(dāng)有短消息時(shí)，不經(jīng)過 SIM 卡,直接利用串口進(jìn)行讀取。設(shè)置格式為：AT+CNMI=1,2,0,0,0。在這種模式下，單片機(jī)要實(shí)時(shí)處理串口的“+CMT短消息包結(jié)構(gòu)” 。格式為+CMT:[ALPHA],LENGTH,CR,LF.PDU(PDU 模式)。（3）AT+CSCA：短消息服務(wù)中心地址。（4）AT+CMGL：查詢短消息。 此命令為列出 SIM 卡中收到的短消息，AT+CMGL=[STAT],當(dāng) AT=0 時(shí)，即 AT+CMGL=0時(shí)，可以獲得 PDU 模式下所有已經(jīng)接受但未讀取的短消息。（5）AT+CMSS: 從儲(chǔ)存器發(fā)送短消息。（6）AT+CMGW: 寫短消息到儲(chǔ)存器。 30 格式為：AT+CMGW=[INDEX]。執(zhí)行該命令可以將此短信存儲(chǔ)在 SIM 卡上。該命令返回短消息存儲(chǔ)在 SIM 卡中的位置[INDEX]。缺省的短消息狀態(tài)會(huì)被設(shè)置成“存儲(chǔ)但未發(fā)送” 。AT 指令 功 能 描 述AT+OFF 關(guān)機(jī)并重新啟動(dòng)AT+CSDH=0 在 TEXT 模式下在返回值中不顯示詳細(xì)的頭信息ATE0 關(guān)閉回顯AT+CMGF=1 選擇短信格式為 TEXT 模式AT+CMGS 發(fā)送短信息AT+CMGR 讀取短信息AT+CMGD=0 刪除全部短信息AT+CMGW 向 SIM 內(nèi)存中寫入待發(fā)的短消息AT+CMSS 從 SIM 內(nèi)存中發(fā)送短消息AT+CNMI 顯示新收到的短消息AT+CPMS 選擇短消息內(nèi)存AT+CSCA 短消息中心地址AT+CSCB 選擇蜂窩廣播消息 電源設(shè)計(jì) 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)原理介紹 在電子電路中及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。單相交流電源為單相小功率電源，它將頻率為 50Hz、有效值為 220V 的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾百毫安一下的直流電壓。單相交流電進(jìn)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。 在本次設(shè)計(jì)中，用到的電源除了單片機(jī)等芯片的 5V 直流電源以外，還有傳感器芯片用到的177。15V 直流電源以及電流互感器的+24V 直流電源。直流穩(wěn)壓電路方框圖：電源變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)各部分作用如下： 變壓器：直流電源的輸入為 220V 的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值 31 和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對(duì)交流電壓進(jìn)行處理。 整流電路：變壓器副邊電壓通過整流電路由交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓。半波整流電路和全波整流電路的輸出都含有較大的交流分量，會(huì)影響負(fù)載電路的正常工作。 濾波電路：為了減小電壓的脈動(dòng)，需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下，應(yīng)將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。 穩(wěn)壓電路：交流電壓通過整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或者負(fù)載變化時(shí)，其平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。 硬件電路設(shè)計(jì) 變壓器選型：7805 輸入為 7～20V，7815 為 ～30V，故變壓器二次側(cè)電壓為，20/=,既二次側(cè)電壓為 8～23V。 選用 BK 系列單相控制變壓器BK220/24，輸入電壓直流 220V,二次輸出電壓 24V。 整流電路設(shè)計(jì)（1）整流電路一般有單相半波整流電路和單相橋式整流電路兩種。單相半波整流電路是最簡單的一種整流電路，所用的二極管也很少，但是由于只利用了交流電壓的半個(gè)周期，所以輸出電壓低，交流分量大即脈動(dòng)大，效率低。因此，單相半波整流電路僅適用于整流電流較小，對(duì)脈動(dòng)要求不高的電路。單相橋整流電路與半波整流電路相比，克服了半波整流電路的缺點(diǎn)，在相同的變壓器副邊電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求是一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。（2）單相橋式整流電路由四只二極管組成，構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊電壓的整個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載上的電壓和電流方向始終不變。工作原理：變壓器二次側(cè)電壓有正有負(fù)，這樣，由于 DD3 和 DD4 兩對(duì)二極管交替導(dǎo)通，致使整個(gè)周期內(nèi)負(fù)載電阻上都有電流通過，而且方向不變。（3）二極管選擇：在單相橋式整流電路中，因?yàn)槊恐欢O管只在變壓器副邊電壓的半個(gè)周期通過電流，所以每只二極管的平均電流只有負(fù)載電阻上平均值的一半，即為： 。另外，二極管要承受的最大反向電壓 ?？紤]?????? 2RMAXU?到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為177。10%，在實(shí)際選用二極管時(shí)，應(yīng)至少有 10%的余量。故二極管的選擇為大于 32（1+10%）約為 36V。選用 2CZ58,最大電流 10A，最大反向電壓50V。 32 濾波電路設(shè)計(jì) 整流電路的輸出電壓雖然是單一方向的，但是脈動(dòng)較大，含有較大的諧波成分，不能適應(yīng)大多數(shù)的電子線路及設(shè)備的需要。因此，一般在整流后，還需利用濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。與用于信號(hào)處理的濾波電路相比，直流電源中濾波電路的顯著特點(diǎn)是：采用無源電路；理想情況下，濾波后只保留直流成分，而濾去所有交流成分；能夠輸出較大電流。 濾波電路有電容濾波電路，電感濾波電路，復(fù)式濾波電路。電容濾波是最常見也是最簡單的濾波電路被本次設(shè)計(jì)所采用，在整流電路的輸出端并聯(lián)一個(gè)電容即構(gòu)成電容濾波電路。濾波電容容量較大，所以一般采用電解電容。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。 濾波原理：當(dāng)變壓器副邊電壓處于正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓時(shí)，二極管DD3 導(dǎo)通，電流一路流經(jīng)負(fù)載，另一路對(duì)電容充電。當(dāng)電壓上升到峰值后下降但是電容開始放電，DD4 導(dǎo)通，當(dāng)電壓幅值變化大于電容電壓，便重復(fù)對(duì)電容充電，DD4 截止，DD3 又導(dǎo)通，這樣重復(fù)過程。輸出電壓趨于平滑。 為了獲得較好的濾波效果，在實(shí)際電路中，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿足 RC=(