【正文】 圖 11 路燈監(jiān)控系統(tǒng)組成 城市路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心、分控點及通信部分組成。監(jiān)控中心由監(jiān)控計算機及其外圍設(shè)備、 GSM 通信模塊等組成，用于對轄區(qū)各路燈節(jié)點進行監(jiān)控。 信號調(diào)理 繼電器 多路開關(guān) GSM 模塊 1 驅(qū)動電路 鍵 盤 液晶顯示 互感器 實時時鐘 EEPROM 分站點的單片機 單片機 GSM 網(wǎng)絡(luò) 監(jiān)控(中心)計算機 GSM 模塊 2 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 7 城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)的功能 監(jiān)控中心是監(jiān)督控制的方式，是整個城市路燈系統(tǒng)的指揮和數(shù)據(jù)處理中心，主要完成各類信息及數(shù)據(jù)的收發(fā)、整理，根據(jù)需要對各節(jié)點進行遙控、遙測。 (l)遙控 ① 監(jiān)控中心根據(jù)路燈開、關(guān)時間自動控制路燈開 和關(guān)，以當(dāng)?shù)?365 天日出日落時間作為基本條件，設(shè)定有效開 /關(guān)時段，根據(jù)天氣變化等因素引起的照度不同，按具體情況執(zhí)行開 /關(guān)操作，方便使用，節(jié)省電能。 ③ 分控點根據(jù)預(yù)設(shè)時間獨立定時開關(guān)燈。以短消息的形式形成報表，上傳上位機（監(jiān)控中心計算機），通過對這些數(shù)據(jù)分析可得到線路狀態(tài)（短路或開路等）、亮燈率、故障原因等數(shù)據(jù)資料。 (3)遙信 分控點向監(jiān)控中心上報工作狀態(tài)及故障信息，遇故障時能夠及時自動報警。 TC35i 是西門子為適應(yīng)各個專業(yè)領(lǐng)域?qū)o線數(shù)據(jù)傳輸、語音傳輸及可開發(fā)性的需求推出的基于 GSM900 移動通信網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)的 OEM模塊，功能上與 TC35 兼容，設(shè)計緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的 AT 命令接口，為數(shù)據(jù)，語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，接口協(xié)議公開，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計。 GSM 基帶處理器是整個模塊的核心，它由一個 C166CPU 和一個 DSP 處理器內(nèi)核控制著模塊內(nèi)各種信號的傳輸、轉(zhuǎn)換、放大等處理過程。 GSM 模塊電流變化非常大，空閑時電流小于 3mA，而在通話期間電流最大可達 ，這就對供電電路提出了較高的要求。 GSM 射頻部分的功率放大器對電源電壓要求不高，所以直接使用外部的輸入電壓 Vbatt+。 GSM 模塊外圍電路 TC35i 外圍電路圖如圖 34 所示 圖 34 TC35i 外圍電路接線圖 。TC35i與 GSM 2/2+兼容，雙頻 (GSM900/GSMl800)工作，帶有 RS232 數(shù)據(jù)口。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的 AT 命令接口，為數(shù)據(jù)、語音和短消息提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計 [4,5]。這些引腳可劃分為 5 類，即電 源、數(shù)據(jù)輸入 /輸出、 SIM 卡、音頻接口和控制 [3， 4， 5]。 1 31 和 32 引腳為控制部分， 15 引腳為啟動線 IGT(Ignition)。 30 引腳為 RTC BACK up； 31 引腳為掉電控制；32 引腳為 SYNC， 16～ 23 引腳為數(shù)據(jù)輸入／輸出端 [6]。充電電池為整個系統(tǒng)提供 V 工作電壓．同時產(chǎn)生 MAX232所需要的高電平：三端電源模塊 LM7806 將外部 12 V 直流電源轉(zhuǎn)換為 6 v．連接至ZIF 連接器的 1 12 引腳。 mA 的充電電源。模塊被上電10ms 后 (電池電壓比須大于 3 V)，為保證其正常工作，必 須在 15 引腳 (IGT)施加低電平信號，應(yīng)保持 100 ms 以上且該信號下降沿時間低于 1ms，啟動后 15 引腳（ IGT）應(yīng)一直保持高電平。 TC35i 的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，滿足 RS232 接口電路標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)通信電路以 MAX232 為核心實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換和串口通信。 圖 35 TC35i 串口與單片機串口的連接圖 監(jiān)控模 塊設(shè)計 上位機 上位機是指可以直接可以直接發(fā)送監(jiān)控命令的計算機。下位機直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計算機。上位機發(fā)出的命令手下給下位機，下位機再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時序信號直接控制相應(yīng)設(shè)備。 監(jiān)控中心 監(jiān)控中心由監(jiān)控計算機和 GSM 通信模塊等組成，用于對轄區(qū)各路燈節(jié)點進行監(jiān)控。 監(jiān)控中心為監(jiān)督控制方式，是整個路燈系統(tǒng)的指揮和數(shù)據(jù)處理中心，主要完成各種信息和數(shù)據(jù)的 收發(fā)、整理，根據(jù)需要對各節(jié)點進行遙測、遙控，亦可脫機進行，完成管理、辦公自動化方面的工作。 控制 模塊設(shè)計 STC89C52 單片機簡介 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 單片機是一種集成的電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、 4 個 I/O 并行串口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計數(shù)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng) [13]。 現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成 在一塊芯片上。 STC89C52 單片機的原理框圖如圖 38 所示。具有 32 根可編程并行 I/O 口線、 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器、可編程的 3級程序鎖定位，中斷系統(tǒng)是具有 5 個中斷源 、 2 個級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)，具有一個全雙工的可編程串行通信口，此單片機片外可擴展 64KB ROM 和 64KB RAM。 STC89C52 各引腳功能如圖 39 所示。功能包括對會聚主 IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) RAM 及外部接口等功能部件的初始化，檢測信號的接收及處理和輸出控制信號等。 RST（ 9 腳）為復(fù)位電路的端口，外接電阻、電容、開關(guān)組成的復(fù)位電路。 P0P3 均為串行口，其中 P0~P2 為可編程通用 I/O 端口， P3 口有特殊的定義，應(yīng)用的是其什么功能可由軟件去控制。本設(shè)計使用的內(nèi)部 ROM，所以直接將此引腳接 +5V 電源。本設(shè)計中選擇了內(nèi)部時鐘方式和按鍵電平復(fù)位電路，來構(gòu)成單片機的最小系統(tǒng)。對 51 系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機芯片、晶振電路、復(fù)位電路等。復(fù)位電路的主要功能是：把單片機的 PC 值初始化為 0000H，這樣單片機即可從 0000H 單元開始執(zhí)行相應(yīng)的程序。上電復(fù)位要求接通電路后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。復(fù)位電路由電阻、電容和開關(guān)三個器件連接而成。因此無論單片機發(fā)生死機還是正在運行中，都可使單片機的 RST 端口持續(xù)一定時間段的高電平信號完成上電復(fù)位。 晶振電路：晶振的經(jīng)常取值為 ，原因是此頻率的晶振可以得到精確地波特率 9600/19200，本次設(shè)計需得到的是 9600 的波特率，此波特率可廣泛應(yīng)用與串口通訊。本設(shè)計所使用的是 的晶振。激起震蕩的電路中，電容 C C3 一般采用 1533pF，并且電容與晶振的距離以及晶振與單片機的距離都是越近越好。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、 安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原 來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。主要包 括 多路模擬開關(guān)、信號調(diào)理器和 A/D 轉(zhuǎn)換器這三大部分。新型 A/D 轉(zhuǎn)換器一般都包含采樣 /保持器（部分 A/D 轉(zhuǎn)換器中無采樣 /保持器）、量化器和編碼器。 多路模擬開關(guān)亦稱多路轉(zhuǎn)換器（ Multiplexer， MUX），其作用是按規(guī)定順序依次從多路模擬輸入信號中選擇其中一路送至 A/D 轉(zhuǎn)換器進行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換。量化就是模擬信號先經(jīng)過在時間 A B C A/D 轉(zhuǎn)換器 信號調(diào)理器 采樣 /保持器 量化器 編碼器 模擬信號輸入 數(shù)字信號輸出 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 15 軸上抽樣后獲得取樣電平值，再用一個預(yù)定精度的數(shù)值來近似表示的過程。其設(shè)計目標(biāo)是通過單片 IC將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成脈沖形式的數(shù)字輸出信號。 本設(shè)計的數(shù)據(jù)采集部分主要由單片機 STC89C52 及芯片 ADC0832 和 CD4051組成，以采集一路信號為例，其硬件連接 圖如圖 37 所示 . 圖 37 數(shù)據(jù)采集部分硬件連接圖 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832 ADC0832 是美國半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。通過 DI 數(shù)據(jù) 輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。C 到 +70176。C 到 +85176。 CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 GND 芯片參考 0 電位（地） 。 DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用） 。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效并與 單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)要進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。在第 1個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號。 表 1 ADC0832 功能表 如表 1 所示，當(dāng)此 2 位數(shù)據(jù)為 “1”、 “0”時，只對 CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為 “0”、 “0”時，將 CH0作為正輸入端 IN+， CH1 作為負(fù)輸入端 IN進行輸入。 MUX ADDRESS CHANNEL SGL/DIF ODD/SIGN 0 1 1 0 + 1 1 + 0 0 + — 0 1 — + 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 17 到第 3 個脈沖的下沉之后 DI 端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI 端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO 進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。直到第 11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。 多路模擬開關(guān) CD4051 對多個多個變化較為緩慢的模擬信號進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，利用多路開關(guān)將各路模擬信號輪流與 A/D 轉(zhuǎn)換器接通，使一個 A/D 轉(zhuǎn)換器能完成多 個模擬信號的轉(zhuǎn)換，節(jié)省硬件開銷。 CD4051 為雙向切換芯片，它既可作多路輸入、一路輸出的模擬開關(guān)，也可作一路輸入、多路輸出的模擬開關(guān)。 圖 310 CD4051 引腳圖 引腳 S 為選通端。 A2～ A0 是開關(guān)通道號輸入 端。 通常 S 和 A2～ A0 信號由接在 CPU 數(shù)據(jù)總線上的一個鎖存器提供，這樣就可以用輸出指令實現(xiàn)通道選擇。 O/I 為 1 路模擬輸出。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 18 表 2 AD4051 真值表 S’ A2 A1 A0 選通 0 0 0 0 I/O0 0 0 0 1 I/O1 0 0 1 0 I/O2 0 0 1 1 I/O3 0 1 0 0 I/O4 0 1 0 1 I/O5 0 1 1 0 I/O6 0 1 1 1 I/O7 1 * * * * 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 19 液晶顯示模塊設(shè)計 HSl286415 簡介 HSl286415 是一種圖形點陣液晶顯示器，它主要由其控制器 ST7920 決定，ST7920 同時作為控制器和驅(qū)動器，它可提供 33 路 輸出和 64 路 seg 輸出。其可完成圖形顯示，也可以顯示 84 個 (16l6 點陣 )漢字。漢字點陣字模有 16x16點、 2424 點、 3232 點， 4848 點幾種，每個漢字字模分別需要 3 7 12 288個字節(jié)存放，點數(shù)愈多，輸出的漢字愈美觀。而顯示字符或數(shù)字僅需要占用 168 點。圖片最好不要超過 12864，否則會顯示不完全。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 20 HSl286415 顯示模塊電路 HSl286415 與單片機串口連接圖如圖 311 所示。當(dāng)路燈線路發(fā)生 故障時，顯示模塊會顯示報警信息，并以短消息的形式通過GSM 網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心接到報警信息后，會及時做出處理。 鍵盤輸入信息的主要過程如下 ： (1)CPU 判斷是否有鍵按下 。 (3)把此鍵代表的信息翻譯成計算機所能識別的代碼，如 ASCII 或其他特征碼。單片機應(yīng)用系統(tǒng)中通常采用的是非編碼鍵盤，常用的為行列式鍵盤。列線通過上拉電阻接到 +5V 上，平時沒有鍵按下時列線處于高電平狀態(tài) .而當(dāng)有鍵按下時，列線電平狀態(tài)將由與列線相連的行線電平?jīng)Q定。行線電平如果為高，則列線電平亦為高