完整版基于GSM技术的多点温度巡回检测系统毕业设计.docx
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完整版基于GSM技术的多点温度巡回检测系统毕业设计
基于GSM技术的多点温度巡回检测系统
摘要
在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。
多点温度巡回检测系统在很多方面发挥着重要作用。
本课题所设计的基于GSM技术的多点温度巡回检测系统对于多点温度检测具有很强的实用价值。
它可以实时监测各点温度，并判断温度是否超过报警温度值，若温度过高则可以通过GSM模块向控制中心（如连接有GSM模块的PC机或移动终端手机）发出温度报警短信。
该系统还可以自动检测传感器故障并通过短信通知控制中心及时更新传感器。
该报警系统由单片机控制器、键盘输入、液晶显示、温度传感器、串口通信、短信猫（GSM）模块、被叫号码存储器及电源等部分组成。
单片机控制器采用STC12C5410AD单片机，是整个系统的核心，负责温度数据读入处理、键盘值输入、输出显示、通过串口与短信猫通信等一系列的程序动作。
单片机中工作参数及功能设定由键盘输入电路完成。
液晶显示屏用来显示参数设定时的数据和功能的提示等。
被叫号码存储由STC12C54AD单片机的自带EEPROM完成，掉电后设定号码不丢失。
温度检测电路采用DS18B20。
DS18B20是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点巡回温度测量电路变得简单、可靠。
关键词：
多点温度巡回检测单片机温度传感器串口通信短信猫单总线
Abstract
Intheindustrialandagriculturalproductionanddailylife,thetemperaturemeasurementandcontroloccupyavitalposition.Multi-pointtemperatureTourdetectionsysteminallaspectsoftheapplicationareas:
electricalfiretemperatureofthenon-destructivetesting,electricity,ecommunicationsequipmentoverheatingfaultpredictdetection,air-conditioningsystems,temperaturetest,differentmodesoftransportofcomponentsoverheatingdetection,protectionApplicationandsurveillancesystems,medicalconsultationwiththetemperature-testing,chemicals,machineryandotherequipment…overheatedtemperaturedetection.Temperaturedetectionsystemapplicationsareverybroad.
IdesignbasedonGSMtechnologytourofthemulti-pointtemperaturedetectionsystemformulti-pointtemperaturedetectedastrongpracticalvalue.Itcanmonitorreal-timetemperature,anddeterminewhetherthetemperaturealarmovertemperature,ifthetemperatureistooGSMmoduletothecontrolcentre（suchasGSMmodulesareconnectedPCormobilephoneterminals）atemperaturealarmmessage.ThesystemalsocanautomaticallydetectsensorfaultandinformedthecontrolcentreviaSMStoupdatethesensor.
ThealarmsystemfromSCMcontroller,keyboardinput,liquidcrystaldisplay,temperaturesensor,serialcommunications,GSMmodule,thedestinationnumber,suchasmemoryandpowercomponents.SCMcontrollerusedSTC12C5410ADSCMisthecoreofthewholesystem,responsibleforthetemperaturereadingofthedataprocessing,valuekeyboardinputandoutput,throughtheserialportandtheGSMcommunicationsandaseriesofproceduresforaction.SCMintheworkingparametersandfunctionssetbythekeyboardinputcircuitcompleted.LCDscreentodisplaytheparameterssetatthedataandtips,andotherfeatures.CalledpartynumbersstoredbytheSTC12C54ADMCUtocompleteitsownEEPROM,brown-outafterthesetnumberisnotlost.
TemperaturedetectioncircuitusedDS18B20.DS18B20wasanetworkofdigitaltemperaturesensor,asinglebusbecauseofitsuniqueadvantages,sothatuserscaneasilysetupfromthesensornetwork,andwilltourmoretemperaturemeasurementcircuitsimpleandreliable.
Keywords：
Multi-pointtemperaturedetectionTourSinglebus
SerialCommunicationGSMSCM
第一章系统框架设计与方案论证
1.1系统框架
通过仔细阅读分析设计任务书及阅读相关资料[1-4]，结合所学专业知识设计出系统框架：
图1-1系统框架图
1.2各模块方案论证
根据系统框架图，具体到各个模块，对各个模块进行仔细分析和论证，结合学过知识和对相关资料的查阅，对模块的实施做出方案论证。
1.2.1单片机的概述及选择
单片机是本系统的主控制器件，担任着键盘扫描和键值处理、EEPROM的读写、液晶显示控制、温度数据接收和处理及与GSM模块通信等工作，是控制的核心部分。
单片机是把主要计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。
它是一种集计数和多种接口于一体的微控制器，被广泛应用在智能产品和工业自动化上，而51单片机是所有单片机中最为典型和最有代表性的一种。
考虑到本设计需要的控制能力和尽量降低成本及系统的稳定靠性，设计采用的是宏晶公司的单片机STC21C5410AD，性价比较高，且有10K的程序存储空间，6个定时计数器，2K的EEPROM。
STC12C5410AD是一个时钟机器周期高速可靠、宽电压、低功耗、高频率、高性能的8位单片机。
器件采用宏晶公司的高密度、非易失真性存储技术生产，与工业标准80C51及80C52指令系统和引脚兼容。
片上Flash允许程序存储器能够在系统内部或用一个通用的非易失真性编程器来进行再编程。
片内置通用8位中央处理器和FLSAH存储单元功能强大的STC12C5410AD适合于许多较为复杂的控制应用场合。
1.2.2传感器的选择
温度检测系统有则共同的特点：
测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。
若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、AD转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。
这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。
所以多点温度巡回检测系统的设计的关键在于两部分：
温度传感器的选择和主控单元的设计。
温度传感器应用范围广泛、使用数量庞大，也高居各类传感器之首。
在多点温度巡回检测系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行AD转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。
采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。
便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。
且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。
测温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。
独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
。
由数字温度计DS18B20和微控制器STC12C5410AD构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。
这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于DSB1820支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，因此可以非常容易实现组网多点温度巡回检测，轻松的组建传感器网络。
采用温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化的这个趋势。
部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。
而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。
所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。
本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。
1.2.3键盘的设计
系统的手持设备共需要3个按键，它们分别是：
功能选择确认键、加键、移位键。
由于键盘数目较少可采用普通键盘设计，即一个IO口线链接一个按键，供需3条IO口线，电路简单可靠。
1.2.4液晶显示的设计
液晶显示是系统用以显示显示对方号码、设定的系统温度参数、时间参数及传感器路数参数等，具有人性化的人机交互界面，设计采用带有中文字库的金鹏系列128*64中文液晶显示模块OCMJ4X8C。
1.2.5串口通信电路的设计
STC12C5410AD单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和GSM模块之间可以方便地进行串口通讯。
进行串行通讯时要满足一定的条件，比如GSM模块的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。
1.2.6GSM模块选择
鉴于本系统可能工作在野外，距离控制中心比较远，采用普通的无线数据传输比较困难，而采用GSM模块则可以很容易解决这方面问题。
GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中，比较成熟完善，且应用最广泛的一种系统。
目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。
基于GSM的短信信息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用，是一种信息在移动网络上存储和转寄的过程。
由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，因此本系统不需再组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能的短信应用将得到迅速普及。
本设计采用的是西门子公司产的TC35TTC35iT的GSM模块。
1.2.7数据存储的设计
当系统被叫号码、温度报警界限值、短信固定发送时间及其他系统参数设定后，需存储起来，为防止因意外情况掉电而丢失，需用FLASHROM或EEPROM存储号码，由于STC12C5410AD单片机自身有2K的EEPROM存储空间足以满足本设计要求，故本设计采用本单片机自身的EEPROM来存储数据。
第二章各模块的设计和实施
2.1电源以及看门狗电路
2．1.1电源电路
因为单片机工作电源为+5V，且底层电路功耗很小。
采用7805三端稳压片即可满足要求。
具体电路图如图2-1所示：
图2-1系统电源电路图
2.1.2看门狗
考虑到底层电路板的工作环境相对恶劣，单片机会受到周围环境的干扰，而出现程序跑飞，死机…等一些不可预知的不正常工作现象。
工作人员也不可能到现场对单片机重起，本设计采用单片机自身带的看门狗定时查询单片机的工作状态，一但发现异常即对单片机延时重起。
保证系统安全可靠的运行。
2.2键盘电路设计
由于系统所用的键盘共3个，所以选用单片机的3个IO端口连接3个独立的键盘即可，其电路图如图2-2所示：
图2-2键盘电路图
2.3显示电路的设计
本设计采用金鹏C系列128*64液晶显示模块OCMJ4X8C显示对方号码、设定的系统温度参数、时间参数及传感器路数参数等。
设计采用液晶模块的串行方式，如果用并行数据传输方式则需要11条IO数据线、控制线，在本设计中会导致IO口不够用，或者需要扩展，会使电路变的复杂，故设计采用串行方式，仅需要3条IO口线，大大节省了单片机IO资源，使设计简单化。
其设计电路图如图2-3所示：
图2-3LCD液晶显示电路图
OCMJ4X8C中文模块可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能[9,10]。
提供三种控制接口，分别是8位微处理器接口，4位微处理器接口及串行接口，所有的功能，包含显示RAM，字型产生器，都包含在一个芯片里面，只要一个最小的微处理系统，就可以方便操作模块。
内置2M-位中文字型ROM（CGROM）总共提供8192个中文字型（16x16点阵），16K-位半宽字型ROM（HCGROM）总共提供128个符号字型（16x8点阵），64x16-位字型产生RAM（CGRAM）。
2.3.1OCMJ4X8C显示坐标
表2-1OCMJ4X8C显示坐标
汉字字符显示坐标（OCMJ4X8C、OCMJ4X8C_3）
X坐标
Line1
80H
81H
82H
83H
84H
85H
86H
87H
Line2
90H
91H
92H
93H
94H
95H
96H
97H
Line3
88H
89H
8AH
8BH
8CH
8DH
8EH
8FH
Line4
98H
99H
9AH
9BH
9CH
9DH
9EH
9FH
2.3.2串行接口与串行传输资料
当PSB脚接低电位时，模块将进入串行模式。
从一个完整的串行传输流程来看，一开始先传输启始字节，它需先接收到五个连续的〝1〞（同步位字符串），在启始字节，此时传输计数将被重置并且串行传输将被同步，再跟随的两个位字符串分别指定传输方向位（RW）及寄存器选择位（RS），最后第八的位则为〝0〞。
在接收到同步位及RW和RS资料的启始字节后，每一个八位的指令将被分为两个字节接收到：
较高4位（DB7～DB4）的指令资料将会被放在第一个字节的LSB部分，而较低4位（DB3～DB0）的指令资料则会被放在第二个字节的LSB部分，至于相关的另四位则都为0。
2.3.3液晶控制指令
下面列出常用的几组控制命令：
1、清除显示（指令代码为01H）
功能：
将DDRAM填满”20H”（空格），把DDRAM地址计数器调整为“00H”，重新进入点设定将ID设为”1”，光标右移AC加1
CODE:
2、地址归位（02H）
功能：
把DDRAM地址计数器调整为“00H”，光标回原点，该功能不影响显示DDRAM。
3、点设定（04H05H06H07H）
功能：
设定光标移动方向并指定整体显示是否移动。
ID=1光标右移，AC自动加1；ID=0光标左移，AC自动减1SH=1且DDRAM为写状态：
整体显示移动，方向由ID决定（ID=1左移，ID=0右移）SH=0或DDRAM为读状态：
整体显示不移动。
CODE:
4、显示状态开关（08H0CHODH0EH0FH）
功能：
D=1:
整体显示ON;D=0:
整体显示OFF.C=1:
光标显示ON;C=0:
光标显示OFF.B=1:
光标位置反白且闪烁;B=0:
光标位置不反白闪烁。
CODE:
5、光标或显示移位控制（10H14H18H1CH）
功能：
10H14H：
光标左右移动，AC减加1；18H1CH：
整体显示左右移动，光标跟随移动，AC值不变。
CODE:
6、功能设定（20H24H26H30H34H36H）
功能：
DL=1：
8-BIT控制接口DL=0：
4-BIT控制接口RE=1：
扩充指令集动作RE=0：
基本指令集动作。
CODE:
2.4温度测试电路
这里我用到温度芯片DS18B20。
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式。
测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。
其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。
CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。
硬件连接电路如图2-4所示：
图2-4DS18B20硬件连接电路图
DS18B20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。
2.4.1DS18B20内部结构
DS18B20的内部结构如图2-4所示。
图2-5DA18B20的内部结构图
DS18B20有4个主要的数据部件：
（1）光刻ROM中的64位序列号（如表2-2所示）是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。
64位光刻ROM的排列是：
开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。
光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
表2-2DS18B20的64位唯一ROM注册码
MSB64位ROM注册码LSB
8位CRC校验码
MSBLSB
48位序列号
MSBLSB
8位家族码
MSBLSB
（2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：
用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃LSB形式表达，其中S为符号位。
表2-3DS18B20温度值格式表
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
MSBLSB
S
S
S
S
S
26
25
24
这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的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即可得到实际温度。
2-4典型对应的温度值表
温度℃
二进制表示
十六进制表示
+125
07D0H
+25.0625
0191H
+10.125
00A2H
+0.5
0008H
0
0000H
-0.5
FFF8H
-10.125
FF5EH
-25.0625
FE6FH
-55
FC90H
（3）DS18B20温度传感器的存储器
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。
（4）配置寄存器
配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。
DS18B20在工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义如表2-2所示。
表2-5DS18B20配置寄存器结构表
TM
R1
R0
1
1
1
1
1
MSBLSB
低五位一直都是"1"，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。
在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。
R1和R0用来设置分辨率，如表2-3所示：
（DS18B20出厂时被设置为12位）
表2-6配置寄存器与分辨率关系表
R0
R1
温度计分辨率bit
最大转换时间us
0
0
9
93.75
0
1
10
187.5
1
0
11
375
1
1
12
750
（5）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2-4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?
2是对应的一部分温度值。
第九个字节是冗余检验字节。
表2-7DS18B20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（LH）
3
配置寄存器
4
保留
5
保留
6
保留
7
CRC校验值
8
2.4.2DS18B20工作原理
DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。
DS18B20测温原理如图2-6所示。
图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。
高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。
计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
图2-6中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
图2-6DS18B20测温原理图
2.4.3DS18B20复位、读、写时序
由于DS18B20是在一根
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