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正文內(nèi)容

基于gsm的溫度數(shù)據(jù)采集-在線瀏覽

2025-03-05 12:25本頁面
  

【正文】 然單片機只是一個芯片,但從組成和功能上看,它已具有了微機系統(tǒng)的含義。按內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度,單片機可分為4位、8位、16位及32位等。諾伊曼結(jié)構(gòu);另一種是將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開,分別尋址的結(jié)構(gòu),稱為哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)[2]。綜合看來單片機具有如下明顯的特點[3]:(l)體積小、性價比高。(2)可靠性高,適用的溫度范圍高。(3)控制功能強。(4)指令系統(tǒng)相對簡單,較易掌握。(5)易于產(chǎn)品化。由于單片機具有這些特點,使它在工業(yè)控制、智能儀表、外設(shè)控制、家用電器、機器人、軍事裝置等方面得到了廣泛地應(yīng)用。當前用COMS工藝制成的各種單片機,由于功耗低,使用的溫度范圍大,抗干擾能力強,能滿足一些特殊要求的應(yīng)用場合,更加擴大了單片機的應(yīng)用范圍,也進一步促進了單片機技術(shù)的發(fā)展[4]。同時,GSM系統(tǒng)與各種公用通信網(wǎng)之間也都詳細定義了標準接口規(guī)范,使GSM系統(tǒng)可以與各種公用通信網(wǎng)實現(xiàn)互連互通。(3)GSM系統(tǒng)采用 FDMA/TDMA及跳頻的復(fù)用方式,頻率重復(fù)利用率較高,同時它具有靈活方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu),可滿足用戶的不同容量需求。(5)GSM系統(tǒng)抗干擾能力較強,系統(tǒng)的通信質(zhì)量較高。 溫度檢測儀的總體設(shè)計與工作原理GSM通信數(shù)據(jù)處理顯示溫度傳感器圖11 溫度檢測儀總體結(jié)構(gòu)本文設(shè)計的溫度監(jiān)測儀主要應(yīng)用于無人值守場所的溫度測量,其總體結(jié)構(gòu)如圖11所示。同時,每隔一定時間利用GSM模塊將溫度值發(fā)送到相關(guān)人員的手機上,以便及時了解溫度的動態(tài)變化,實現(xiàn)了經(jīng)濟、可靠的遠程數(shù)據(jù)傳輸。硬件設(shè)計過程中,器件應(yīng)選擇和篩選,在布線和安排時,要注意制作技術(shù)和裝配技術(shù),以克服電氣干擾。如圖21所示,系統(tǒng)硬件組成主要有: DS18B20溫度傳感器,8位單片機STC89C52,LCD1602液晶顯示模塊,GSM模塊MZ28等。為確保儀表能長期可靠運行,還須采取相應(yīng)的抗干擾措施,包括去藕濾波、合理的走線與布局以及通道隔離等。當輸入的非電量變化時,傳感器的輸出信號可以表現(xiàn)為變化的電壓、變化的電流或者變化的頻率,其中除頻率可以直接看成數(shù)字信號外,電壓及電流都仍是連續(xù)變化的模擬信號[6]。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境都非常惡劣,各種干擾信號較強,模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差,影響測量精度。美國 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器,可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)中[7]。傳感器 DS18B20 具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)、抗干擾能力強等優(yōu)點,在實際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果?!?; (6)可編程的分辨率為 9~12 位,對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃、℃、℃和 ℃,可實現(xiàn)高精度測溫 ;(7)在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字,12 位分辨率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字,速度更快; (8)測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號,以一線總線串行傳送給 CPU,同時可傳送 CRC 校驗碼,具有極強的抗干擾糾錯能力;(9)負壓特性:電源極性接反時,芯片不會因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作。圖22 外形及引腳排列圖及芯片封裝結(jié)構(gòu)DS18B20的外形及管腳排列如下圖22;其管腳接法如圖23DS18B20引腳定義:(1)DQ 為數(shù)字信號輸入/輸出端,與單片機的I/O口相連;(2)GND 為電源地;(3)VDD 為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小,用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。圖25中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性,其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。除上述六個方面外,單片機的外圍電路的配套、器件的來源、軟件的支持等,也是設(shè)計人員必須考慮的因素。在多數(shù)情況下,只要考慮顯示和鍵盤及串行通信口即可。它使得整個系統(tǒng)設(shè)計成本降低,降耗節(jié)能,而且測量精度也大大提高,滿足溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計要求。該器件采用ATMEL高密度非易失性存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。表21 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率024MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能STC89C52引腳介紹a)主電源引腳(2根)VCC(Pin40):電源輸入,接+5V電源GND(Pin20):接地線b)外接晶振引腳(2根)XTAL1(Pin19):片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin18):片內(nèi)振蕩電路的輸出端c)控制引腳(4根)RST/VPP(Pin9):復(fù)位引腳,引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。d)可編程輸入/輸出引腳(32根)STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口,分別為P0、PPP3口,每個口有8位(8根引腳),共32根。它是傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器與GSM無線移動通信系統(tǒng)相結(jié)合的一種數(shù)據(jù)終端設(shè)備。本溫度監(jiān)測儀使用中興通訊推出的GSM無線雙頻調(diào)制解調(diào)器MZ28,它主要為語音傳輸、短消息發(fā)送和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。圖27為MZ28的功能框圖,主要的組成部分有:GSM基帶處理器(包括模擬基帶和數(shù)字基帶)、GSM射頻電路、存儲器、SIM卡、電源和功率控制電路、系統(tǒng)連接器。在圖27中,虛線內(nèi)部為MZ28主板的各個組成單元,虛線之外為外部接口。系統(tǒng)連接器是MZ28與應(yīng)用系統(tǒng)的連接接口,主要提供外部電源、RS232串口、外接SIM和音頻接口。MZ28可以作為無線引擎,嵌入到用戶自己的產(chǎn)品當中,用戶可以用單片機或其他CPU的UART口,使用相應(yīng)的AT命令,對模塊進行控制,達到使其產(chǎn)品可以輕松進入GSM網(wǎng)絡(luò)的目的。為保證模塊正常工作,直流電源應(yīng)有2A的峰值電流輸出能力。當用戶在使用模塊的過程中,出現(xiàn)下列現(xiàn)象:呼叫不成功,呼叫時自動關(guān)機,不能讀取SIM卡中的內(nèi)容,無法收到呼叫信號時,通常是由于供電電壓和供電電流偏小造成的,這是可適當提高供電電壓和允許輸出的最大電流,使其達到模塊正常工作所需要的額定值,以避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象。下表中定義了接口引線的物理意義。(2)第7,8,9,11引腳提供與外部串口的接口,工作電平為TTL電平。如與PC機的串口相連則可使用電纜附件,經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后與PC機相連。(4)第15,16,17引腳提供外置SIM卡接口,用戶如在使用內(nèi)部SIM卡接口時感覺不方便,則可使用該接口,把SIM卡座放在模塊外的合適位置。(6)第4引腳RESET用于給模塊復(fù)位。開機后,RESET引腳應(yīng)維持高電平。也可以將RESET引腳和VBAT引腳連接在一起,實現(xiàn)上電復(fù)位。(7)第5引腳為模塊工作狀態(tài)指示燈的控制信號。當有來電時,該引腳輸出如下波形:低電平持續(xù)1秒,高電平持續(xù)4秒。圖210是來電或短信息到達時的硬件指示波形圖。本課題研制的溫度監(jiān)測儀利用鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令,實現(xiàn)某種測量功能,同時,還通過液晶顯示將儀器測量的溫度數(shù)據(jù)及時顯示出來,以方便數(shù)據(jù)的分析、比較,且使儀器的操作更加方便直觀。在智能儀器中,常采用軟件來識別按鍵,所以在鍵盤的設(shè)計中應(yīng)同時從硬件和軟件兩方面加以考慮。鍵盤接口電路是通過STC89C52芯片不斷檢測中斷口是否有脈沖沿進入來確定是否有鍵按下,以及按了哪個鍵的。圖211 鍵盤接口電路鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合,都利用了機械觸電的閉合、斷開作用。按鍵在閉合及斷開均伴隨有一連串的抖動,抖動的時間長短由按鍵的機械特性決定,一般為510ms[12]。鍵的閉合與否,反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)高電平還是低電平,如果高電平表示按鍵斷開,那低電平則表示閉合,通過電平高低狀態(tài)的檢測,可以確認按鍵按下與否。圖212 按鍵抖動波形示意圖通常有硬件、軟件兩種消除抖動的方法。而用軟件消除抖動法,不需要增加電子元件,只要編寫一段延時程序,就可以達到消除抖動的目的,在軟件消除抖動的方法中,若CPU檢測到有鍵按下時,先執(zhí)行一段延時程序后再檢測此按鍵,若仍為按下狀態(tài),則CPU認為該鍵確實按下。圖213所示為軟件消除抖動判別程序的流程圖。熒光管顯示器,簡稱VFD(Vacuum Fluorescents Display)。液晶是一種介于液體與固體之間的熱力學(xué)中間穩(wěn)定相。它的分子呈長棒形,長與寬之比比較大,分子不能彎曲,是一個剛性體,中心一般具有一個橋鏈,分子兩頭都具有極性。此外液晶本身不能主動發(fā)光,它是通過環(huán)境光來顯示信息的,這也是LCD功耗低的原因。通用LCD1602液晶顯示模塊的基本特征[14]:(1)顯示特性a) 單5V電源電壓,低功耗、長壽命、高可靠性b) 內(nèi)置192種字符(160個57點陣字符和32個510點陣字符)c) 具有64個字節(jié)的自定義字符RAM,可自定義八個58點陣字符或四個511點陣字符d) 顯示方式:STN、半透、正顯e) 驅(qū)動方式:1/16DUTY,1/5BIASf) 視角方向:6點g) 背光方式:底部LEDh) 通訊方式:4位或8位并口可選i) 標準的接口特性,適配MC51和M6800系列MPU的操作時序。STC89C52最小應(yīng)用系統(tǒng)包括五個電路部分:電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、片內(nèi)外程序存儲器選擇電路、輸入/輸出接口電路。 電源電路STC89C52芯片引腳Vcc一般接上直流穩(wěn)壓電源+5V,引腳GND接電源+5V的負極,可保證單片機系統(tǒng)能正常工作。除此之外LCD1602液晶顯示模塊工
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