【導(dǎo)讀】河北理工大學信息學院。GPRS作為一種高速、高效、經(jīng)濟的無線系統(tǒng)，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)。帶寬寬、適應(yīng)性強、計價按數(shù)據(jù)流量計算、實時在線的優(yōu)點，特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，能夠滿足數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控的雙向數(shù)據(jù)信息。文中設(shè)計了一種溫度控制系統(tǒng)，提高了溫度檢測系統(tǒng)的綜合性能用單片機作。為微控器，選用數(shù)字溫度傳感器，對溫度進行控制，提出了一種基于GPRS技術(shù)。的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)方案，采用MSP430單片機和DS18B20數(shù)字溫度傳感器實現(xiàn)?，F(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)的采集和處理，再通過GPRS模塊MG323實現(xiàn)遠程的數(shù)據(jù)傳輸和接。收，具有精度高、穩(wěn)定性好的特點。控制系統(tǒng)，以MSP430單片機為核心，采用了溫度傳感器DS18B20，以GPRS無線。通信模塊為基礎(chǔ)，基于AT指令和數(shù)據(jù)采集器，構(gòu)建一個遠程的溫度數(shù)據(jù)采集系。統(tǒng)，對溫度進行控制。關(guān)鍵詞溫度采集系統(tǒng)；DS18B20；單片機；GPRS

　　

【正文】 文信息。有了用戶的位置信息和數(shù)據(jù)的路由信息， MS 就可以訪問該網(wǎng)絡(luò)的資源。 用戶通過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)接入到互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)或 ISP 時，需要對用戶的身份、服務(wù)質(zhì)量進行鑒權(quán)和數(shù)據(jù)加密等過程，用戶 MS 的動態(tài) IP地址的分配可以分別由運營商、企業(yè)網(wǎng)或 ISP 等實現(xiàn)，因此 GPRS 用戶的接入方式有透明接入和非透明接入兩種方式。 由于 檢測的任務(wù)是被控對象的溫度， 通過 GPRS 模塊發(fā)送到監(jiān)測中心。通過向 GPRS 模塊寫入不同的 AT 指令完成多種功能。監(jiān)測軟件主要包括初始化程序、 信號采集處理程序和短消息收發(fā)程序等。初始化程序包括硬件初始化、定時器和串口初始化。信號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，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 。發(fā)送溫度信號采用定時方式，將采集的溫度編碼為短消息，然后調(diào)用發(fā)送指令將短消息發(fā)送到監(jiān)測中心。 第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 29 通過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)， GPRS 模塊上電后，首先完 成網(wǎng)絡(luò)注冊等初始化工作，然后自動進行 PPP 拔號，再通過 TCP/IP 協(xié)議與位于互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心建立連接，為用戶設(shè)備建立一條雙向透明傳輸?shù)臒o線通信鏈路。建立透明通道后，用戶設(shè)備便可以通過串口向 GPRS 模塊發(fā)送數(shù)據(jù)， GPRS 模塊收到數(shù)據(jù)后將其封裝成 IP包，經(jīng)過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)及 Inter 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心通過網(wǎng)絡(luò)程序可以獲取到這些數(shù)據(jù)。 GPRS 設(shè)備在長期工作中，還會遇到許多外界的特殊情況。如信號弱、 SIM 卡欠費、 SIM 卡不兼容、無可用網(wǎng)絡(luò)、通信鏈路異常斷開、服務(wù)器出錯等，這 些都有可能造成設(shè)備故障而且無法恢復(fù)，所以必需針對各種可能出現(xiàn)的故障制定有效的解決方法才能保證設(shè)備可靠的工作。 GPRS 通信流程圖如下： 圖 GPRS 通信流程圖 系統(tǒng)總體程序設(shè)計 在主程序流程圖中，系統(tǒng)軟件的重點在于對單片機利用 C 語言編程。包括向單片機對 GPRS 模塊的初始化以及對串行口通信速率、短消息模式、短消息中心河北聯(lián)合大學信息工程學院 30 號碼的初始化。 系統(tǒng)總體設(shè)計流程圖： 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計流程圖 第 4 章 系統(tǒng)硬件電路板的設(shè)計 31 第 4 章 系統(tǒng)硬件電路板的設(shè)計 系統(tǒng)硬件原理圖 說明電子產(chǎn)品中各元 器件或單元電路之間的連接關(guān)系及工作原理的圖，稱為電路原理圖。圖中，以元器件的圖形符號代替實物，以實線條表示電關(guān)系的連接。電路原理圖是電子技術(shù)實驗以及電子產(chǎn)品生產(chǎn)的主要依據(jù)，應(yīng)按要求繪制電路原理圖，不可或缺。 一般可以根據(jù)設(shè)計要求，繪制電原理圖，也可根據(jù)實物繪制電原理圖，本小節(jié)主要介紹根據(jù)設(shè)計要求繪制電原理圖的一般規(guī)則和繪圖步驟。 1．繪制電原理圖的一般規(guī)則 在電原理圖中，元器件圖形符號和文字符號，國家標準局有嚴格規(guī)定（即國標 “GB” ），必須嚴格執(zhí)行，不得任意更改或亂畫。繪制電原理圖的一般規(guī)則如下： ① 元器件 圖形符號或單元電路的布局，要疏密得當、順序合理。應(yīng)保持圖面緊湊、清晰；整個圖面應(yīng)由左到右，由上到下排列各種元器件及單元電路，一般單元電路的輸入部分應(yīng)排在左邊，向右依玖是功能部分和輸出部分。 ② 元器件圖形符號的排列方向應(yīng)與圖紙底邊平行或垂直，盡量避免斜線排列。 ③ 兩條引線相交時，若在線路上實連接，則在兩線相交處用黑點表示，否則無黑點。引線折彎處要成直角。 ④ 在電路中，共同完成同一任務(wù)的一組元件，不論實際電路中是否在一起，在圖上都可以畫在一起。 ⑤ 圖中可動元器件、部件的位置應(yīng)合適。例如，開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)在斷路或特殊要求位置；繼電器、接觸器等電磁可動部件應(yīng)在規(guī)定位置。 ⑥ 為了清晰明了，允許將某些元器件的圖形符號（如繼電器等）分開繪在多個部分，但各部分的位置代號應(yīng)該相同。 ⑦ 對于串聯(lián)或并聯(lián)的元件組，在圖上只繪一個圖形符號，但要在元件目錄表的備注欄中加以說明。 ⑧ 各種圖形符號要有一定比例，同一圖上的共同圖形符號尺寸大小要一致。需要說明波形變化時，允許在圖上標出波形形狀和特征數(shù)據(jù)。 ⑨ 圖形符號位置的安排，應(yīng)以半導(dǎo)體器件（包括集成電路）為中心進行。通常共射或共集電路基極引線以水平放置為宜，共基電路基極引線以垂直放置為宜。 河北聯(lián)合大學信息工程學院 32 ⑩ 元器件位置符號由文字符號及下標數(shù)字組成，如 R R C C2 等。位置符號應(yīng)標注在圖形符號上方或左方；元器件型號或標稱值應(yīng)標注在位置符號之后或下方。 2．繪圖步驟 依據(jù)實際電路的特點，按照繪圖規(guī)則以及圖形符號的尺寸，估算出欲畫電原理圖的長度和寬度，以便選擇合適的圖紙及尺寸，目的是繪制出布局合理、疏密適當、清晰的電原理圖，以利于讀圖。 ① 估算電路圖總體尺寸。首先應(yīng)對電路圖的橫向?qū)挾群涂v向高度進行估算，無論電路圖復(fù)雜還是簡單，都應(yīng)以橫向元器件圖形符號最多處估算寬度，以縱向元器件圖形符號最多處估算高度。具體 方法是：第一，選定估算位置及其元器件圖形符號數(shù)目以后，可以實際情況選定每個圖形符號的尺寸；第二，選定每個圖形符號端點引線的長度，引線長度的選擇以元器件圖形符號疏密適中和易于標注元器件位置代號、標稱值為原則；第三，計算出橫向各圖形符號尺寸之和，再加上所有圖形符號端點引線的長度即為電路圖的橫向?qū)挾?。以同樣方法可以得到電路圖的縱向高度。 ② 按上述同樣方法，確定單無電路（或某級電路）的寬度，并確定半導(dǎo)體器件的位置（一般居中），再依次畫出半導(dǎo)體器件（含集成電路）周圍的元器件圖形符號。 ③ 最后，通覽全圖，并將實連接的 線條交叉點涂成黑色（大小要適中），標注電源符號和電壓值，標注元器件位置符號和標稱值，即完成了整個電路圖的繪制工作。 電源模塊：兩節(jié) 鋰電池串聯(lián)，由 JP1 接口接入，經(jīng)過 和LM2596ADJ 降壓為 + 和 + 電平，分別為單片機、顯示模塊和 GPRS 模塊提供高電平。 顯示模塊：單片機的 ～ 端口分別接液晶驅(qū)動芯片的 DATA、 WR、 RD 、CS 端口。 GPRS 模塊：單片機的 和 分別控制 GPRS 模塊的 TERM_ON 和 RESET端口。單片機的 和 GPRS 模塊的 UART1_TD 和 UART1_RD 連接，進行數(shù)據(jù)通訊。 溫度采集模塊：溫度傳感器 DQ 端接入單片機 口。 單片機最小系統(tǒng)： XIN、 XOUT 和 XT2IN、 XT2OUT 分別接 和 4MHz外部振蕩電路， RESET 端接復(fù)位電路。 第 4 章 系統(tǒng)硬件電路板的設(shè)計 33 系統(tǒng) PCB 圖 一、元件布局基本規(guī)則 ，實現(xiàn)同一功能的相關(guān)電路稱為一個模塊，電路模塊中的元件應(yīng)采用就近集中原則，同時數(shù)字電路和模擬電路分開； 、標準孔等非安裝孔周圍 內(nèi)不得貼裝元、器件，螺釘?shù)劝惭b 孔周圍 （對于 ）、 4mm（對于 M3）內(nèi)不得貼裝元器件； 、電感（插件）、電解電容等元件的下方避免布過孔，以免波峰焊后過孔與元件殼體短路； 5mm； 2mm； （屏蔽盒等）不能與其它元器件相碰，不能緊貼印制線、焊盤，其間距應(yīng)大于 2mm。定位孔、緊固件安裝孔、橢圓孔及板中其它方孔外側(cè)距板邊的尺寸大于 3mm； ；高熱器件要均衡分布； 盡量布置在印制板的四周，電源插座與其相連的匯流條接線端應(yīng)布置在同側(cè)。特別應(yīng)注意不要把電源插座及其它焊接連接器布置在連接器之間，以利于這些插座、連接器的焊接及電源線纜設(shè)計和扎線。電源插座及焊接連接器的布置間距應(yīng)考慮方便電源插頭的插拔； ： 所有 IC 元件單邊對齊，有極性元件極性標示明確，同一印制板上極性標示不得多于兩個方向，出現(xiàn)兩個方向時，兩個方向互相垂直； ，當疏密差別太大時應(yīng)以網(wǎng)狀銅箔填充，網(wǎng)格大于8mil(或 )； ，以免焊 膏流失造成元件虛焊。重要信號線不準從插座腳間穿過； ，字符方向一致，封裝方向一致； 。 二、元件布線規(guī)則 PCB 板邊 ≤1mm 的區(qū)域內(nèi)，以及安裝孔周圍 1mm 內(nèi)，禁止布線； ，不應(yīng)低于 18mil；信號線寬不應(yīng)低于 12mil； cpu 入出線不應(yīng)低于 10mil（或 8mil）；線間距不低于 10mil； 30mil； 河北聯(lián)合大學信息工程學院 34 ：焊盤 60mil，孔徑 40mil； 1/4W 電阻： 51*55mil（ 0805 表貼）；直插時焊盤 62mil，孔徑 42mil；無極電容： 51*55mil（ 0805 表貼）；直插時焊盤 50mil，孔徑 28mil； ，以及信號線不能出現(xiàn)回環(huán)走線。 圖 PCB 圖 硬件制作 圖 印制好的電路板 第 4 章 系統(tǒng)硬件電路板的設(shè)計 35 圖 焊接好的硬件實物圖 硬件調(diào)試 在單片機開發(fā)過程中，從硬件設(shè)計到軟件設(shè)計幾乎是開發(fā)者針對本系統(tǒng)特點親自完成的。這樣雖然可以降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性，但是每個系統(tǒng)的調(diào)試占去了總開發(fā)時間的 2/3，可見調(diào)試的工 作量比較大。單片機系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開的，許多硬件錯誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進一步排除故障?？梢娪布恼{(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過，軟件設(shè)計則是無從做起。 在沒通電之前，先用萬用表檢查線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格是否符合要求。特別注意電源的正負極以及電源之間是否有短路，并重點檢查地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線是否存在相互間的短路或其他信號線的短路。晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能靠近單片機芯片安裝，以減少寄生電容，更好是保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。在本系統(tǒng)中我們都進行了仔細的檢查，所以此步驟不會發(fā)生故障，這一步如果檢查不細通電后可能會造成不可想象的后果，所以這一步也至關(guān)重要。 通電后檢查各器件引腳的電位，仔細測量各點電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機的插座上的各點電位，若有高壓，將有可能損壞單片機仿真器。同樣，如果 電壓過低就沒有能力驅(qū)動其負載。結(jié) 論 36 結(jié) 論 本系統(tǒng)以溫度控制系統(tǒng)為研究對象，以 GPRS 無線通信模塊為基礎(chǔ)，基于 AT指令和數(shù)據(jù)采集器，構(gòu)建一個遠程的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對溫度進行控制。實現(xiàn)了溫度的動態(tài)顯示實時控制，具有界面友好，操作簡單，控制安全可靠，易維護等特點。 系統(tǒng)直觀明了的顯示運行過程的諸多參數(shù)，便于操作員及時掌握系統(tǒng)運行狀況。本系統(tǒng)的主要工作主要包括以下幾個方面： 運用溫度傳感器 DS18B20 對室溫進行實時監(jiān)測，將實時的室溫傳給單片機。 單片機通過接受溫度傳感器發(fā)過來的溫度實時監(jiān)測信息，進行處理并且在段式液晶上顯示出溫度信息。 單片 機將溫度傳感器的溫度信息傳給 GPRS 模塊，進行一系列的處理，此時就實現(xiàn)了基于 GPRS 對溫度的遠程監(jiān)測了。 由于條件有限和時間倉促本論文所建立的監(jiān)控系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能仍有需要進一步的完善，對于溫度是通過設(shè)定的范圍隨機給出，并沒有根據(jù)各種影響因素建立準確的監(jiān)控 ， 所以，建議應(yīng)考慮外界條件對溫度的影響。 參 考 文 獻 37 參考文獻 [1] 馬增強 ,燕延 ,井海明 .基于 GPRS 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究 [J].微計算機信息 ,20xx(14):23～ 35 [2] 王志平 ,程韜波 .基于 GPRS 的遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中 心設(shè)計 [J].工業(yè)控制計算機 ,20xx(03):18～ 36 [3] 張洪潤 .單片機應(yīng)用設(shè)計 [M].北京 :清華大學出版社 ,1996,7 [4] 張小強 ,楊放春 .一種基于 GPRS 技術(shù)的無線監(jiān)控系統(tǒng) [J].中國數(shù)據(jù)通訊 ,20xx(11):16～ 28 [5] 藏春華 ,邵杰 ,魏小龍 .綜合電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐 [M].北京 :北京航天航空大學出版社 , [6] 陳凱旋 ,謝海滔 .GPRS 原理及應(yīng)用 [J].鐵道通信信號 ,20xx:23～ 35 [7] 曹磊 .MSP430 單片機 C 程序設(shè)計與實踐 [M].北京 :北京航天航空 大學出版社 ,20xx [8] 譚浩強 .C 程序設(shè)計北京 [M].清華大學出版社 ,1999 [9] 鄔春明 ,齊海星 .基于 GPRS 的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng) ,20xx [10] 周航慈 .單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù) [M].北京航空航天大學出版社 ,1991 [11] 代小紅 ,王光利 .基于 GPRS 技術(shù)的設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng) [J].壓電與聲光 , 20xx(06):12～ 32 [12] 何小容，錢清泉，陳維榮 .GPRS 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 [J].鐵道工程學報 ,20xx [13] 李志偉 .基于 AT 指令的串行通信程序的設(shè)計 [J].微計算機信息 ,20xx 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