【正文】 ....... 42 致 謝 ..................................................... 43 參考文獻 ................................................... 44 XXXXXX 學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 1 緒論 概述 溫度是一種基本的環(huán)境參數(shù)，在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要檢測溫度。系統(tǒng)實現(xiàn)了溫度采集，溫度設(shè)置，數(shù)據(jù)傳輸和控制。由于 GSM 網(wǎng)絡(luò)是一種公用的網(wǎng)絡(luò)，有技術(shù)可靠、安全等特點，其中它的SMS技術(shù)非常適合數(shù)據(jù)傳輸和控制。 本系統(tǒng)是基于 GSM無線控制的溫度監(jiān)控儀。 XXXXXX 學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 I 頁 基于 GSM 溫度監(jiān)測系統(tǒng)的研制 摘 要 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)的發(fā)展，溫度監(jiān)控領(lǐng)域越來越廣，傳統(tǒng)的有線或短程無線傳輸都不能滿足某些特定場合，如 監(jiān)控環(huán)境惡劣、現(xiàn)場危險、噪音干擾大、工作人員不宜停留的工作場所等等。對于這些場合，有線傳輸和短程無線傳輸?shù)娜秉c都暴露無遺，所以要找一種更安全，更可靠的數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)。是專門針對上述情況而設(shè)計的一種遠程數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。本 系統(tǒng)通過了高度集成的溫度傳感器 DS18B20 采集溫度數(shù)據(jù)，單片機 STC89C51 控制和監(jiān)測， LED現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示，按鍵設(shè)置上限溫度值和通過串口與 TC35I 模塊實現(xiàn)通訊。系統(tǒng)基本上能用于上述場合，比較安全和穩(wěn)定。溫度檢測系統(tǒng)在糧食儲備庫、蔬菜或花卉大棚、釀造行業(yè) (如啤酒發(fā)酵罐 )、養(yǎng)殖廠 (如雞場孵化設(shè)備 )、軍用彈藥倉庫、電網(wǎng)溫度控制、氣象觀測等領(lǐng)域中有著十分廣泛和重要的應(yīng)用。以往國家糧食庫采取的方法是用人工的辦法定期對糧食進行晾曬、 通風，消耗了大量的人力和財力。因此，從這種程度來看溫度測量系統(tǒng)的研究和設(shè)計意義重大。溫度模擬量的采集和轉(zhuǎn)換方法從熱電阻、熱電偶到現(xiàn)在比較流行的集成數(shù)字溫度傳感器；數(shù)據(jù)處理和控制的方法也從傳統(tǒng)的純硬件電路到單片機、 DSP、 ARM、 FPGA等智能化的實現(xiàn)方法；報警方式從早期 的聲光報警、無線傳輸?shù)侥壳罢鸩奖徊捎玫幕?GSM(Global System for Mobile)通信網(wǎng)絡(luò)的 SMS(Short Mes． saging Service)短信息業(yè)務(wù)；有關(guān)參數(shù)信息的提示或顯示也從發(fā)光二極管、數(shù)碼管發(fā)展到廣泛采用的 LCD?？傊?，現(xiàn)代溫度測量系統(tǒng)正朝著高精度、高集成度、強抗干擾性、良好的實時性和便捷安全的操作性等方向發(fā)展。利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信是一個經(jīng)濟有效的方案，只需在監(jiān)測終端和管理中心主機各加裝調(diào)制解調(diào)器即可，這種技術(shù)具有傳輸距離遠、精度高、傳輸誤碼率低等特點。采用租用電話線的方式進行數(shù)據(jù)通信時，線路連接時間較長，通常需幾秒到幾十秒。由于這種方式依賴于現(xiàn)有的電話網(wǎng)，對于尚未鋪設(shè)電話線路或無法鋪設(shè)電話線路的地區(qū)則不適用，具有一定的地域局限性。其缺點是容量小，傳輸速率較低，信號衰減大，抗干擾能力差，通信距離短，可靠性較差。目前，國內(nèi)市場上的國產(chǎn)模塊功能一般，而性能較優(yōu)的國外模塊及配套設(shè)備存在價格偏高，開發(fā)利用效率低等諸多不利因素。其特點是傳輸頻帶較寬，通信距離一般為幾十公里，還可通過中繼站延伸到更遠。產(chǎn)品硬件部分成本高，使得這種通信方式的使用場合受到一定的限制，大用戶的無線電監(jiān)控，如果頻點選擇不合理，相鄰的兩個信道會相互產(chǎn)生干擾。 (4)小功率射頻芯片 小功率射頻芯片是內(nèi)部帶有天線的芯片，芯片中存儲有能夠識別目標的信息。它通過接收標簽發(fā)出的無線電波來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與讀取。控制模塊就可以處理這 XXXXXX 學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 些數(shù)據(jù)從而進行管理控制。但由于其主流產(chǎn)品的性能限制，都僅僅局限在一些近距離的通信或控制領(lǐng)域應(yīng)用。若 采用有線傳輸方式，可以通過架設(shè)專線、利用公共數(shù)據(jù)網(wǎng)等途經(jīng)來實現(xiàn)，但是在很多場合下，有線方式受到了架線環(huán)境、傳輸距離等條件限制。 隨著移動通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是以 GSM 為代表的無線通信技術(shù)的發(fā)展更是引人注目?；诠W(wǎng)的遠程監(jiān)測系統(tǒng)是近幾年發(fā)展起來的新技術(shù)，正不斷應(yīng)用于電力、石油、安防等 需要對現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)測的領(lǐng)域。 在 GSM 中，唯一不需建立端到端通道的業(yè)務(wù)就是短消息業(yè)務(wù) (Short Message Service)。 本文研究的主要內(nèi)容和方法 本系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上主要由參數(shù)設(shè)置按鍵 ,數(shù)字溫度傳感器 DS18B核心單片機控制芯片、 LED數(shù)碼管以及 GSM通信模塊組成，系統(tǒng)組成框圖如圖所示。當系統(tǒng)進行測溫工作時，單片機作為系統(tǒng)核心一邊控制 DS18B20進行實時溫度檢測，并且將所測得的溫度參數(shù)進行分析處理，若溫度過高則通過 GSM模塊向控制中心發(fā)出溫度報警短信，以便控制中心及時作出處理；當溫度正常時，系統(tǒng)可每隔一固定時間發(fā)送一次溫度數(shù)據(jù)值的短信。其主要包括： ? 集成溫度傳感器 DS18B20 的工作電路設(shè)計 ? 4 位 LED 數(shù)碼管顯示模塊電路設(shè)計 ? 按鍵接口電路設(shè)計 ? 串口通訊設(shè)計 軟件方面的主要內(nèi)容是：主要是單片機系統(tǒng)對通訊和采集溫度的處理。但軟件就不是，軟件設(shè)計內(nèi)容多，所用到的中斷也多，復(fù)雜性高，難于把握程序的正確性。 XXXXXX 學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)圖 根據(jù)課題要求，系統(tǒng)必須完成兩大功能：無線通訊功能和測量溫度功能。初步構(gòu)思的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖： 按鍵功能模塊 根據(jù)課題的要求測溫范圍，即系統(tǒng)能夠根據(jù)需要設(shè)置不同的上下限溫度值以實現(xiàn)系統(tǒng)對溫度的監(jiān)測，系統(tǒng)必須有設(shè)置上下限溫度的功能，而完成這個設(shè)置工作就必須用到按鍵。 測溫模塊 測溫模塊是系統(tǒng)的核心部分之一，沒有此模塊，系 統(tǒng)就不能完成任務(wù)了。 顯示模塊 顯示模塊不是系統(tǒng)的核心功能之一，但是考慮工作時系統(tǒng)可能會出現(xiàn)意外，如沒有數(shù)據(jù)傳輸，沒有測溫等等。另一方面，系統(tǒng)有顯示也便于現(xiàn)場工作人員對現(xiàn)場的監(jiān)控，所以加裝顯示模塊對系統(tǒng)穩(wěn)定有利而無弊。 各模塊方案的選擇 MCU 的選擇 MCU 按鍵功能設(shè)置 DS18B20 模塊 TC35I 無線通訊模塊 4 位 LED 顯示模塊 XXXXXX 學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 由于系統(tǒng)對溫度的探測速度的要求不是很高，同時對 GSM 模塊控制需要的用時比較優(yōu)多，所以使用高性能的芯片不是一種很好選擇，而使一般的芯片就足爾，如我們熟悉的 8051，考慮到程序存儲器的需求，本系統(tǒng)選用 STC89C51，選用該芯片的另一重要原因是它的 ISP 功能，使設(shè)計者能在線下載程序，調(diào)試變得非常方便。 獨立式按鍵接口，各個按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。 矩陣式按鍵式接口，適用于按鍵數(shù)量較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。 本系統(tǒng)的按鍵是用于設(shè)置系統(tǒng)開始時的上下限溫度的，只需少數(shù)的按鍵即可實現(xiàn)功能要求。 測溫模塊的選擇 測溫模塊是本系統(tǒng)的核心，所以選擇是十分關(guān)鍵。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件。其主要的特點為精度高、測量范圍大、便于遠距離測量。缺點是價格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。（ ℃+ |t|）， B級為177。 銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。 方案二：采用 AD590，它的測溫范圍在 55℃～ +150℃之間，而且精度高。 ℃。使用可靠。作為電流輸出型傳感器的一個特點是，和電壓輸出型相比，它有很強的抗外界干擾能力。 方案三：采用 DS18B20。 綜合比較，方案一、二電路復(fù)雜，調(diào)試復(fù)雜，不容易得出正確的溫度值；方案三電路簡單而且容易調(diào)試，易得出正確的溫度。所以經(jīng)過以上分析選擇方案三作為本系統(tǒng)的測溫模塊比較合理。兩者都是利用公用網(wǎng)絡(luò)，不同的是 GPRS 的監(jiān)測終端使用 inter 才能獲得數(shù)據(jù)，在互聯(lián)網(wǎng)世界下，使用 GPRS 是一大優(yōu)點，但是在沒 有互聯(lián)網(wǎng)下就是它的缺點。所以這里選擇短消息作為系統(tǒng)的無線傳輸方式。所以這里選擇 TC35I 作為本系統(tǒng)的 GSM 無線傳輸模塊。要顯示的數(shù)據(jù)量不大。而一般的 LED 顯示程序編寫簡單，硬件設(shè)計方 面也簡單，適合作為本系統(tǒng)的顯示模塊。與目前多數(shù)標準串行數(shù)據(jù)通信方式，如 SP/I2C/MICROWIRE 不同，它采用單根信號線，既傳輸時鐘，又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向，它具有節(jié)省 I/O 口線資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等諸多優(yōu)點。當只有一個從機位于總線上時，系統(tǒng) 可按照單節(jié)點系統(tǒng)操作 。 為了較為全面地介紹單總線系統(tǒng)，將系統(tǒng)分為三個部分討論硬件結(jié)構(gòu)命令序列和信號方式 (信號類型和時序 )。 第二步 :ROM 命令 (跟隨需要交換的數(shù)據(jù) )。 每次訪問單總線器件，必須嚴格遵守這個命令序列，如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會響應(yīng)主機。 1)初始化 基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成應(yīng)答脈沖使主機知道總線上有從機設(shè)備且準備就緒。這些命令與各個從機設(shè)備的唯一64 位 ROM 代碼相關(guān)，允許主機在單總線上連接多個從機設(shè)備時，指定操作某個從機設(shè)備。從機設(shè)備可能支持 5 種 ROM 命令 (實際情況與具體型 號有關(guān) )， XXXXXX 學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 每種命令長度為 8 位。 ROM 命令主要包括 :搜索 ROM【 FOh】、讀 ROM【 33h】、匹配 ROM【 55h】、跳越 ROM【 CCh】、報警搜索【 ECh】等。功能命令主要包括 :轉(zhuǎn)換溫度【 44h】、讀暫存器【 BEh】、寫暫存器【 4Eh】、復(fù)制暫存器【 48h】、回讀 EEPROM【 B8h】、讀供電方式【 B4h】等。該協(xié)議定義了幾種信號類型 :復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫 0、寫 讀 0 和讀 1。并且發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前，這一點與多數(shù)串行通信格式不同 (多數(shù)為字節(jié)的高位在前 )。使你可以充分發(fā)揮“一線總線” 的優(yōu)點。 ◎獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。 ◎ DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 。 ◎可編程的分辨率為 9~12 位，對應(yīng)的測溫精度為 ℃、 ℃、 ℃、 ℃，可實現(xiàn)高精度測溫 。令測量結(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 。 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四部分組成 :64 位光 刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器， DS18B20 的外形及管腳排列因封裝不同而不同，其外形封裝及內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別如圖 31 和 32 所示。圖中低溫度系統(tǒng)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于生產(chǎn)固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1。計數(shù)器 1 和溫度 寄存器被設(shè)置在一 55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。圖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。 表 31 配置寄存器結(jié)構(gòu) TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是“ 1”， TM 是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。 表 32 溫度分辨率設(shè)置表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時間 0 0 9位 0 0 10位 1 0 11位 375MS 1 1 12位 750MS 測溫電路設(shè)計 對于 DS18B20，可以采用兩種方式給它供電 :一種是寄生電源供電方式 。 在寄生電源供電方式下，如圖 34 所示， DS18B20 從單線信號線上汲取能量 :在信號線 DQ 處于高電平期間能把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源 (電容 )充電。 就此電路，做過大量的實驗，在實驗中，降低電源電壓 VCC，當?shù)陀? 時，測出的溫度比實際的溫度高誤差大。 有人改進過寄生電源供電方式，如圖 35 所示。S 內(nèi)把 I/0 線轉(zhuǎn)換到強上拉狀態(tài)。 圖 34 寄生電源供電圖 圖 35 改進型寄生電源供電圖 DS18B20 的時序圖 單總線系統(tǒng)包括一個總線控制器和一個或多個從機。系統(tǒng)要通過單總線選擇合適的時序才能驅(qū)動它。 (1) 初始化時序 主機控 制 DS18B20完成任何操作之前必須先初始化，即主機發(fā)一復(fù)位脈沖 (最短為480181。s然后發(fā)出存在脈沖 (60~240181。時序圖如圖 36。在