基于GSM移动通信的分布式温度采集系统设计与实现.docx
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基于GSM移动通信的分布式温度采集系统设计与实现
合肥学院
课程设计报告
题目：
基于GSM移动通信的分布式温度采集系统设计与实现
系别：
电子信息与电气工程系
专业：
通信工程
班级：
08通信工程2班
学号：
姓名：
导师：
成绩：
________________________
2011年12月11日
设计
题目
基于GSM模块的分布式数据采集
设计类型
应用型
导师姓名
胡国华
主要内容及目标
基于GSM移动通信的分布式温度采集系统是借助于GSM移动公网，将各采集点的温度数据以短信或以GPRS数据的方式发送到主控站。
主控站可以主动查询或被动接受各数据采集点的数据，从而使被监控环境及设备可以做到无人职守，只要有手机信号的地方，就可以设置数据采集点。
要求：
1、具备一定的识图、用图和焊接的能力，能正确使用示波器、三用表等，有基本的电路调试能力；
2、掌握GSM移动通信AT信令；
3、掌握VB6.0软件，编写程序并调试实现；
4、实现温度实时采集；
5、自由发挥其他功能；
6、要求有系统框图，电路原理图，软件流程图，模拟仿真结果图。
具有的设计条件
根据设计要求提供相关的实验环境
计划学生数及任务
计划需要3人：
1人主要对系统硬件设计和焊接
1人运用VB6.0软件编写程序并调试实现
1人主要进行硬件测试实现及报告的编写
计划设计进程
1、从接题开始收集资料、准备设计
2、第1周系统硬件设计和焊接，软件编写程序并调试实现；
3、第2周调试和完善，同时编写设计报告。
参考文献
[1]李志强，屈国普，陈列尊，谭岳衡.基于GSM的温湿度远程监控系统设计[J].核电子学与探测技术，2010，30（4）：
533-536
[2]黄欣荣.基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统的设计[J].中国新通信，2010，9：
83-85
[3]粱健，戈振扬，齐亚峰.基于GSM无线传输的温室温度监控系统的设计[J].湖南农业科学，2010，4：
135-146，140
[4]梁健.基于GSM技术的温室环境远程监控[J].科技资讯，20109：
49-51
[5]施云波，周磊，修德斌，顾简，王立权.基于GSM的温湿度环境参数远程无线监测系统[J].传感器与微系统，2010，4：
96-98
《通信技术综合课程设计》课程设计任务书
目录
1方案论证与选择1
1.1温度传感器模块1
1.2GSM模块2
1.389C2051处理器模块2
2DS18B20简介和工作原理3
2.1DS18B20性能特点3
2.2DS18B20内部结构4
2.3DS18B20控制方法5
2.4高速暂存存储器6
3硬件工作原理电路7
3.1电路工作框图7
3.2硬件电路图8
3.3硬件引脚锁定8
4实验数据9
5小结9
6参考文献10
附：
程序清单11
基于GSM模块的分布式数据采集
摘要：
本设计中，采用了新型数字温度传感器DS18B20以及GSM模块的应用。
主要是基于GSM移动通信的分布式温度采集系统是借助于GSM移动公网，将各采集点的温度数据以短信或以GPRS数据的方式发送到主控站。
主控站可以主动查询或被动接受各数据采集点的数据，从而使被监控环境及设备可以做到无人职守，只要有手机信号的地方，就可以设置数据采集点。
在本系统设计中共有以下三个模块组成：
GSM模块、89C2051处理器模块、温度传感器模块。
能实现以下两个基本功能：
2位温度的输送、随时的测量室内温度并且发送给指定的手机上。
关键字：
89C2051、DS18B20、GSM
1方案论证与选择
1.1温度传感器模块
方案一：
用模拟温度传感器，比如普通的热敏电阻。
热敏电阻的温度特性曲线是一条指数曲线，非线性度较大，因此在使用时要进行线性化处理，线性化处理虽然能改善热敏电阻的特性曲线，但比较复杂。
为此常在要求不高的一般应用中，作出在一定的温度范围内温度与阻值成线性关系的假定，才能简化计算。
另外，温度与输出电压量是非线性的，读出的是模拟量，需要A/D转换器进行转换才能送给数码管显示，从而增加了软硬件的负担。
方案二：
采用数字温度传感器DS18B20作为温度传感器模块，它具有独特的单总线接口方式，需一根总线就能实现控制模块与DS18B20之间的半双工通信。
DS18B20是集传感元件和转换电路于一体的小芯片上。
另外，DS18B20也支持"一线总线"接口，测量温度范围为-55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内，精度为±0.5°C。
现场温度直接以"一线总线"的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。
适合于恶劣环境的现场温度测量，如：
环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
与前一代产品不同，新的产品支持3V～5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便，体积更小。
综上分析，DS18B20大大节约了I/O口资源，且在软件结构上省去建查找表这一繁琐的步骤，且它有精确的转换电路直接送出直观的数据，并且DS18B20拥有较高的温度分辨率0.0625度（采用默认的12位时），在价格方面，单个DS18B20市场价7元，与热敏电阻加A/D转换器ADC0809的组合价格相差不大。
用它作为本设计传感器模块最恰当不过，固选择方案二。
1.2无线模块
无线模块使用的是华为GTM900，这是一款应用非常广泛的无线模块，许多手机上使用的就是这个模块，它的性能非常稳定，电路也十分简单，许多部分已经集成起来了，可以直接使用。
其基本配置：
丰富的AT命令集，40—pinzip连接器，RS232双工串口，红外串口接口，SIM3.OV和1.8V接口，2路模拟音频输入输出接口，电源输入接口和充电管理，电源为3.6V。
其接线图如下：
GSM模块
1.389C2051处理器模块
at89c2051与MCS-51产品指令系统完全兼容，2K字节可重擦写闪速存储器1000次擦写周期，2.7-6V的工作电压范围，全静态操作：
0HZ-24MHZ，两级加密程序存储器，128X8字节内部RAM，15个可编程I/O口线，两个15位定时计数器，6个中断源等等。
下面是AT89C2051的管脚图
2DS18B20简介和工作原理
DS18B20数字温度计是DALLAS半导体公司生产的1－Wire，即单线智能温度传感器，体积小的特点。
因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。
属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。
2.1DS18B20性能特点
①采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（16位二进制数，含符号位）。
②测温范围为-55℃-+125℃，测量分辨率为0.0625℃。
③内含64位经过激光修正的只读存储器ROM。
④适配各种单片机或系统机。
⑤用户可分别设定各路温度的上、下限。
⑥内含寄生电源。
2.2DS18B20内部结构
DS18B20内部结构主要由四部分组成：
64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。
DS18B20的管脚排列如图1所示。
图1 DS18B20引脚分布图
表2引脚功能描述
序号
名称
引脚功能描述
1
GND
地信号
2
DQ
数据输入/输出引脚。
开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。
3
VDD
可选择的VDD引脚。
当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
表3：
DS18B20高速暂存器共9个存存单元
序号
寄存器名称
作 用
序号
寄存器名称
作 用
0
温度低字节
以16位补码形式存放
4、5
保留字节1、2
1
温度高字节
6
计数器余值
2
TH/用户字节1
存放温度上限
7
计数器/℃
3
HL/用户字节2
存放温度下限
8
CRC
以12位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算：
12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个高低两个8位的RAM中，二进制中的前面5位是符号位。
如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625才能得到实际温度。
表4温度高低字节存放说明
高8位
S
S
S
S
S
26
25
24
低8位
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
2.3DS18B20控制方法
在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是Vcc接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，I/O接单片机I/O。
无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻。
DS18B20有六条控制命令。
表5RAM指令表
指 令
约定代码
操 作 说 明
温度转换
44H
启动DS18B20进行温度转换
读暂存器
BEH
读暂存器9个字节内容
写暂存器
4EH
将数据写入暂存器的TH、TL字节
复制暂存器
48H
把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中
重新调E2RAM
B8H
把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节
读电源供电方式
B4H
启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU
CPU对DS18B20的访问流程是：
先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。
DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。
如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：
每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。
配置寄存器该字节各位的意义如下：
表6：
配置寄存器结构
TM
R1
R0
1
1
1
1
1
2.4高速暂存存储器
高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5所示。
当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。
单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表1所示。
对应的温度计算：
当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。
表7是对应的一部分温度值。
第九个字节是冗余检验字节。
表7：
DS18B20暂存寄存器分布
寄存器内容
字节地址
温度值低位（LSByte）
0
温度值高位（MSByte）
1
高温限值（TH）
2
低温限值（TL）
3
配置寄存器
4
保留
5
保留
6
保留
7
CRC校验值
8
根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：
每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。
复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，当DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。
表8：
ROM指令表
指令
约定代码
功能
读ROM
33H
读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64位地址）
符合ROM
55H
发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相对应的DS1820使之作出响应，为下一步对DS1820的读写作准备。
搜索ROM
0FOH
用于确定挂接在同一总线上DS1820的个数和识别64位ROM地址。
为操作各器件作好准备。
跳过ROM
0CCH
忽略64位ROM地址，直接向DS1820发温度变换命令。
适用于单片工作。
告警搜索命令
0ECH
执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。
3硬件工作原理电路
公网
3．1电路工作框图
3．2硬件电路图
硬件电路图
3．3硬件引脚锁定
RS-232接口引脚定义
RS232连线方式
4实验数据
序号
室内温度（度）
发送温度（度）
1
15.8
16
2
15.9
16
3
15.8
16
4
15.8
16
5小结
经过两周时间的设计，我们的设计在硬件、软件方面都已经顺利完成。
但是在实验室测试过程中，却遇到了一系列的问题。
其中最主要的是串口线连接问题。
我们用RS232串口线将PC与新的移动试验箱相连接时，用移动信令软件测试时，输入AT信令，点击发送，返回信息中没有显示OK或者0，即串口线连接出现问题。
但是当我们用同一根串口线连接旧的移动试验箱时，输入AT信令，点击发送，返回信息为0，即连接正常。
从上面的测试结果中，我们三人推测到问题应该出现在实验箱或者焊接的电路板问题。
我们用新的移动试验箱上配套的GSM模块测试，发现串口线连接还是出现异常。
随后又换了新的移动试验箱，RS232串口线连接问题还是没有解决。
就在昨天答辩的前一刻，我们还没有顺利的完成实验，跟胡老师说了下出现的问题，胡老师给了我们一根新的串口线。
再次连接时，连接成功！
把AT信令设置好后，顺利的完成了实验。
此次温度显示设计，一波三折的完成了实验。
我们还是从中学到了不少东西。
让我们学会了规范化的步骤和方法是很重要的，程序调试的各种方法以及解决调试过程中出现的一系列的问题。
更重要的是让我们明白实验设计是多么重要。
试验中对于原理的理解，一定要彻底，在此基础上，要熟悉电路的每一个模块，对他的工作性质加以分析和了解，在经过自己细心的调节，才能得到自己期望的结果。
本次设计过程中，经过三个人的努力，加强了我们的团队合作能力，顺利完成了本次实验。
但是在课程设计过程中，指导老师胡老师给了我们循序渐进地指导，在此特别感谢！
6参考文献
[1]李志强，屈国普，陈列尊，谭岳衡.基于GSM的温湿度远程监控系统设计[J].核电子学与探测技术，2010，30（4）：
533-536
[2]黄欣荣.基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统的设计[J].中国新通信，2010，9：
83-85
[3]粱健，戈振扬，齐亚峰.基于GSM无线传输的温室温度监控系统的设计[J].湖南农业科学，2010，4：
135-146，140
[4]梁健.基于GSM技术的温室环境远程监控[J].科技资讯，20109：
49-51
[5]施云波，周磊，修德斌，顾简，王立权.基于GSM的温湿度环境参数远程无线监测系统[J].传感器与微系统，2010，4：
96-98
附：
程序清单
PrivateSubChkHanziMessage_Click（）
DimstrSendAsString
CallMDIfrm.get_receive
IfgHanziMessage=FalseThen
gHanziMessage=True
cmdSendoutCommand.Visible=False
Frame1.Caption="输入电话号码"
strSend="AT+CMGF=0"
txtSendCommand.Text="1"
CallMDIfrm.ComSend（strSend）
txtReceive.Text=""
txtHistory.Text="发送:
"&strSend&vbCrLf&vbCrLf&vbCrLf&txtHistory.Text
Else
gHanziMessage=False
cmdSendoutCommand.Visible=True
strSend="AT+CMGF=1"
CallMDIfrm.ComSend（strSend）
txtReceive.Text=""
txtHistory.Text="发送:
"&strSend&vbCrLf&vbCrLf&vbCrLf&txtHistory.Text
txtSendCommand.Text="AT"
Frame1.Caption="输入命令"
EndIf
EndSub
………………………………………………………………………………………………………
PrivateSubMSComm1_OnComm（）
SelectCaseMSComm1.CommEvent
CasecomEvReceive
DimBuffer_stringAsString
Buffer_string=""
IfmsbytInstumentType=CRZ6001_MCUOrmsbytInstumentType=CRZ6001_GSMThen
MSComm1.InputMode=comInputModeText
MSComm1.InputLen=0
Buffer_string=MSComm1.Input
IfmsbytInstumentType=CRZ6001_GSMThen
IfgRecieveTime>=10Then
frmPC2GSM.txtReceive.Text=""
EndIf
gStartReceive=True
gRecieveTime=0
frmPC2GSM.txtReceive.Text=frmPC2GSM.txtReceive.Text+Buffer_string
Else'msbytInstumentType=CRZ6001_MCUThen
IfLen（frmPC2MCU.txtReceive.Text）IfLen（frmPC2MCU.txtReceive.Text）>Len（frmPC2MCU.txtSend.Text）ThenfrmPC2MCU.txtReceive.Text=Left（frmPC2MCU.txtReceive.Text,Len（frmPC2MCU.txtSend.Text））
EndIf
EndIf
CaseElse
EndSelect
EndSub
………………………………………………………………………………………………………
PrivateSubTimer1_Timer（）
IfgHanziMessageStartSend=TrueThen
IfgHanziMessageSendTime<10Then
gHanziMessageSendTime=gHanziMessageSendTime+1
EndIf
IfgHanziMessageSendTime>=10Then
'frmPC2GSM.txtHistory.Text=frmPC2GSM.txtReceive.Text&vbCrLf&frmPC2GSM.txtHistory.Text
CallfrmPC2GSM.send_pdu
EndIf
EndIf
IfgStartReceive=TrueThen
IfgRecieveTime<10Then
gRecieveTime=gRecieveTime+1
Else
frmPC2GSM.txtHistory.Text=frmPC2GSM.txtReceive.Text&vbCrLf&frmPC2GSM.txtHistory.Text
gStartReceive=False
gRecieveTime=10
IfgHanziMessageStartSend=TrueThen
CallfrmPC2GSM.send_pdu
EndIf
EndIf
EndIf
EndSub
《通信技术综合课程设计》
课程设计评语
指
导
教
师
评
语
设
计
成
绩
备
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