【正文】 T C 3 9 i結(jié) 束開 始延 遲 1 秒NY 圖 35 通信模塊流程圖 include include 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)說明書 ( 2020) 23 define uchar unsigned char …………… sbit realy2=P0^2。 最后， GPRS 設(shè)備在長(zhǎng)期工作中，還會(huì)遇到許多外界的特殊情況。 其次，抗干擾性能是工業(yè)產(chǎn)品重要指標(biāo)之一，在硬件設(shè)計(jì)上需要特別重視。 基于 GPRS 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 首先， DTU 中的 TCP/IP 和 PPP 協(xié)議棧是一套復(fù)雜的協(xié)議程序，需要多年的積累才能可靠穩(wěn)定。這個(gè)過程也稱之為 “上行 ”， “下行 ”則反之。 通過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)收發(fā)數(shù)據(jù) 通過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，最簡(jiǎn)單的辦 法就是使用 GPRS DTU 設(shè) 備（ Data Terminal Unit：數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備）數(shù)據(jù)通信過程如下： DTU 上電后，首先完成網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)等初始化工作，然后自動(dòng)進(jìn)行 PPP 拔號(hào)，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。信號(hào)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(dá) ， 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 。監(jiān)測(cè)軟件主要包括初始化程序、 信號(hào)采集處理程序和短消息收發(fā)程序等。 通信模塊的設(shè)計(jì)流程 由于檢測(cè)的任務(wù)是被控對(duì)象 的溫度 ， 通過 GPRS DTU 發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心。一旦接收到用戶的串口數(shù)據(jù)， DTU 就立即把串口數(shù)據(jù)封裝在一個(gè) TCP/UDP 包里，發(fā)送給數(shù)據(jù)中心。 由于 TCP/UDP 通信連接已經(jīng)建立，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向通信了。 具體地講， GPRS DTU 通過數(shù)據(jù)中心的 IP 地址（如果是采用中心域名的話，先通過中心域名解析出中心 IP 地址）以及端口號(hào)等參數(shù)，向數(shù)據(jù)中心發(fā)起 TCP 或UDP 通信請(qǐng)求。這就要求數(shù)據(jù)中心具備固定的公網(wǎng) IP 地址或固定的域名。 由于 GPRS DTU 處于移動(dòng)內(nèi)網(wǎng)，而 且 IP 地址不固定。這與局域網(wǎng)內(nèi)的電腦通過網(wǎng)關(guān)訪問外部網(wǎng)絡(luò)的方式相似。也就是說， GPRS DTU處于移動(dòng)內(nèi)網(wǎng)中，而且其內(nèi)網(wǎng) IP 地址通常是不固定的，隨著每次撥號(hào)而變化。 GPRS DTU 登 陸 GSM 網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)行 GPRS PPP 撥號(hào)。 GPRS DTU 的工作原理及過程 GPRS DTU 由 A /D 轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量控制模塊、綜合控制模塊構(gòu)成。在這種模式下，需要特殊說明的是自動(dòng)波特率 不起作用，在進(jìn)入透?jìng)髂Ｊ街?，固定波特率必須設(shè)置，即 BDRM 不能設(shè)置成自動(dòng)波特率。 透?jìng)髂Ｊ降慕⑹紫纫?AT+I 命令定義所有相關(guān)的參數(shù)，然后再用特殊 AT+I！SNMD 命令進(jìn)入透?jìng)髂Ｊ健? DTU 進(jìn)入透?jìng)髂Ｊ胶?，既可以作為客戶端模式也可作為服?wù)端模式。其主要目的是將串行通信的簡(jiǎn)單設(shè)備實(shí)現(xiàn)在 IP 網(wǎng)絡(luò)上的通信， 而數(shù)據(jù)格式不發(fā)生任何改變，這點(diǎn)非常重要，由于數(shù)據(jù)格式在經(jīng)過 DTU 前后均不放生任何變化，對(duì)于原有的設(shè)備及軟件不用作任何升級(jí)，就可直接應(yīng)用，通過這種通信方式的轉(zhuǎn)換，使得只能本地控制的設(shè)備擴(kuò)展成可遠(yuǎn)程控制的設(shè)備，改進(jìn)了控制手段及維護(hù)方式，對(duì)于遠(yuǎn)程維護(hù)、控制和數(shù)據(jù)采集都有實(shí)際意義。本文用到的是它的透?jìng)髂Ｊ剑旅鎸?duì)透?jìng)髂Ｊ?[34]作詳細(xì)說明。從 PC 到用戶設(shè)備的通信過程與之相同。 基于 GPRS 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 透明數(shù)據(jù)通信：意思即為用戶設(shè)備與 DTU 之間沒有通信協(xié)議， DTU 將用戶設(shè)備發(fā)送過來的數(shù)據(jù)不做修改的傳送到目標(biāo) PC 上，運(yùn)行在 PC 上的軟件可以 完整的接收到 DTU 發(fā)來的數(shù)據(jù)包。 ， 可以增加檢測(cè)、告警等功能。 。 。數(shù)據(jù)接口有 RS232 /485 /422 串口、 4mA～ 20mA 或 1V～ 5V模擬量 (記錄瞬時(shí)值及累計(jì)量 )、開關(guān)量。 現(xiàn) 場(chǎng) 儀 表 或 控 制 設(shè) 備G P R S D T U 圖 33 GPRS DTU 從儀表采集數(shù)據(jù) GPRS DTU ( GPRS Data Transmission Unit) ， 即基于 GPRS 的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)控制器。 } 通信模塊設(shè)計(jì) GPRS DTU 模塊 GPRS(General Packet Radio Service， 即通用無線分組業(yè)務(wù) )是一種基于 GSM 系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù) ， 提供端到端的、廣域的無線 IP 連接。 } tvalue=tvalue*。 else {tvalue=~tvalue+1。 } uchar ds1820rd()/*讀數(shù)據(jù) */ { unsigned char i=0。 //精確延時(shí)大于 480us DQ = 1。 //延時(shí) DQ = 0。 DQ = 1。 基于 GPRS 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 DS18B20跳 過 ROM匹 配啟 動(dòng) 溫 度 轉(zhuǎn) 換DS18B20復(fù) 位跳 過 ROM匹 配讀 取 溫 度溫 度 匹 配 圖 32 DS18B20 模塊程序流程圖 DS18B20 溫度值讀取程序設(shè)計(jì)： void delay_18B20(unsigned int i) { while(i)。再執(zhí)行跳過 ROM 匹配操作命令，然后讀暫存器，將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出，并轉(zhuǎn)為顯示碼，送到液晶顯示。其中 A、 B、 C、 D 中斷子程序只是發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容不一致，對(duì)應(yīng)的流程一致，因此使用一個(gè)中斷子程序表示； P2． i 中 i=0， 1， 2， 3 對(duì)應(yīng)著不同的指示燈。這些初始化指令是通過 AT 指令寫入的，因此 在編程時(shí)將這些常用到的 AT 指令編成表格，存放在 AT89C51 的程序存儲(chǔ)器內(nèi)，以便使用。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)說明書 ( 2020) 15 A T 8 9 C 5 1T X DR X DG N DC 1 +C 2 C 2 +C 2 T l i nR l o u tG N DM A X 2 3 2V C CV +T l o u tR l i nV P CR S 2 3 2R X DT X DG N D+ 5 v+1 u f1 u f+1 u f1 u f++圖 210 單片機(jī)與 PC 機(jī)通信接口電路 下位機(jī)總體軟件的設(shè)計(jì) 在主程序流程圖中，系統(tǒng)軟件的重點(diǎn)在于對(duì)單片機(jī)利用匯編語言編程。電平轉(zhuǎn)換最常用的芯片是傳送線驅(qū)動(dòng)器 MC1488 和接收器 MC1489，其作用除了電平轉(zhuǎn)換 外，還實(shí)現(xiàn)正負(fù)邏輯電平轉(zhuǎn)換。 圖 29 RS232C引腳定義圖 PC 機(jī)的 COM 口，輸入輸出為 RS232C 電平，而 51 單片機(jī)串行口的輸入輸出均為 1frL 電平。 EIA RS232C 是異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線，它包括了按位串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C(jī)械方面的規(guī)定?？蓱?yīng)用于電力系統(tǒng)、工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象、水處理、環(huán)境監(jiān)控、金融證券、煤礦、石油等行業(yè)。可以輕松實(shí)現(xiàn)與 Inter 的無線連接。 為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。 DQ2GND1VCC3U?DS18B20EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40AT89C51100pFC233pF100pFC133pF12Y112MHZ10uFC3200R111610KR25AS1GNDVCC123J810KR26GNDVCCVCCVCCGNDRRes2VCC10uFC5C2GND 圖 27 單片機(jī)外圍電路圖 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)說明書 ( 2020) 13 通信電路設(shè)計(jì) GPRS DTU 的簡(jiǎn)介 GPRS DTU(Data Terminal unit)全稱數(shù)據(jù)傳輸單元 ， 是專門用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 IP 數(shù)據(jù) 或?qū)?IP 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無線終端設(shè)備。右邊，溫度傳感器 DS18B20 接上下拉電阻，形成輸入電路部分，單片機(jī)根據(jù)溫度傳感器的輸入，形成輸出。單片機(jī)選用 AT89C51，采集電路中的傳感器用 DS18B20 數(shù)字溫度 傳感器。小電容可以取 30PF 左右。時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，即若石英頻率 fosc＝ 6MHz，則時(shí)鐘頻率＝ 3MH2，因此，時(shí)鐘是一個(gè)雙相信號(hào)，由 P1 相和 P2 相構(gòu)成。設(shè)計(jì)中，采用由內(nèi)部方式產(chǎn)生時(shí)鐘的方法形成 時(shí)鐘電路，具體如圖所示。如下圖25 所示。若時(shí)鐘頻率為 6MHz，則復(fù)位信號(hào)至少應(yīng)持續(xù) 4 微秒以上，才可以使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位信號(hào)是高電平有效。這樣在 RST 端就會(huì)建立一個(gè)脈沖電壓，調(diào)節(jié)電容與電阻的 大小可對(duì)脈沖持續(xù)的時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（ VPP）。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi) 部程序存儲(chǔ)器。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。然而要 注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 RST：復(fù)位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL基于 GPRS 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 門電流。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 GND：接地。 a． 主要特性：與 MCS51 兼容； 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；壽命： 1000 寫 /擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年；全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；128*8 位內(nèi)部 RAM； 32 可編程 I/O 線；兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 5 個(gè)中斷源 ；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入 式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。詳細(xì)的采集電路如圖 23 所示。 圖 22 測(cè)溫原理圖 溫度傳感器接口電路設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)中，由 DS18B20 組建溫度采集系統(tǒng)。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫 時(shí)序很重要系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低 溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1 重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)說明書 ( 2020) 7 溫度傳感器的測(cè)溫原理