基于單片機控制遠程數據采集系統硬件設計-資料下載頁

【導讀】果表明該方案的有效性。單片機控制GSM模塊，利用短消息傳輸來實現遠程溫度監測系統的方案。通過分析GSM模塊與單片機的接口設計簡單介紹了TC35i模塊的常用指令及編碼規則，著重介紹了GSM網絡、TC35i模塊、單片機AT89C52、DS18B20和DS1232的工作原理和。塊的數據傳輸終端。該方案還具有通用性，可廣泛應用于橋梁混凝土測溫、油氣井場、電力電纜火災。監測、糧倉及物資倉庫溫度監測。具有很廣闊的發展前景。

　　

【正文】 1 10位 1 0 11位 375ms 1 1 12位 750ms 沈陽建筑大學畢業設計（論文） 20 DS18B20 的主要特性 （ 1） 適應電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可 由數據線供電 （ 2） 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微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 （ 3） DS18B20 支持多點組網功能，多個 DS18B20 可以并聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫 （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內 （ 5） 測 溫范圍－ 55℃～＋ 125℃，在 10～ +85℃時精度為177。 ℃ （ 6） 可編程的分辨率為 9～ 12位，對應的可分辨溫度分別為 ℃、 ℃、 ℃和 ℃ ，可實現高精度測溫 （ 7） 在 9位分辨率時最多在 ， 12位分辨率時最多在 750ms內把溫度值轉換為數字，速度更快 （ 8） 測量結果直接輸出數字溫度信號，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，芯片不會因發熱而燒毀，但不能正 常工作 DS18B20 的工作原理 根據環境溫度測試的 要求 ，它主要有 CPU芯片 AT89C5溫度傳感器 DS18B顯示部分 LED等。為了使環境溫度 測得準確，我們必須 考慮空間的大小，空間的密封、通風情況。根據環境 的各種布局，安裝 DS18B20 的個數來測試 環境 溫度。下面以一個DS18B20 來說明環境溫度的測試原理。 DS18B20 溫度傳感器以 一線總線 的數字量串行輸出方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。我們將 DS18B20 溫度傳感器與 CPU 芯片 AT89C52 的 相連， LED 將測試的值顯示出來。將 CPU和 LED部分裝在盒子里面， DS18B20 溫度傳感器根據需要裝在需要測試的地點，只要通過連接線與 CPU 相連即可。 CPU 芯片 AT89C52通過軟件編程，控制 DS18B20 的工作，并將 DS18B20 的數字輸出量讀回，經計算處理，然后送入 LED 顯示模塊進行溫度測試值顯示。 DS18B20 的讀寫時序和測溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數因分辨率不同而不同，且溫度轉換時的延時時間由 2s 減為 750ms。 DS18B20 測溫原理如圖 36沈陽建筑大學畢業設計（論文） 21 所示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器 1。高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器 2 的脈沖輸入。計數器 1和溫度寄存器被預置在－ 55℃所對應的一個基數值。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器 1的預置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數器 1的預置將重新被裝入，計數器 1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到計數器 2計數到 0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖 36 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器 1的預置值。 圖 36 DS18B20測溫原理框圖 DS18B20 使用中注意事 項 DS18B20 雖然具有測溫系統簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題： （ 1）較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數據傳送，因此，在對 DS18B20 進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用 PL/M、 C等高級語言進行系統程序設計時，對 DS18B20操作部分最好采用匯編語言實現。 沈陽建筑大學畢業設計（論文） 22 （ 2）在 DS18B20 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數量問題，容易使人誤認為可以掛任意多 個 DS18B20，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛 DS18B20 超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統設計時要加以注意。 （ 3）連接 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m時，讀取的測溫數據將發生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當采用每米絞合次數更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用 DS18B20 進行長距離測溫系統設 計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 （ 4）在 DS1820 測溫程序設計中，向 DS18B20 發出溫度轉換命令后，程序總要等待DS18B20 的返回信號，一旦某個 DS18B20 接觸不好或斷線，當程序讀該 DS18B20 時，將沒有返回信號，程序進入死循環。這一點在進行 DS18B20 硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。 （ 5）測溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點接地。 TC35i 通信模塊 TC35i 模塊概述 TC35i 新版西門子工業 GSM 模塊是一個支持中文短信息的工業級 GSM 模塊 ,工作在EGSM900 和 GSM1800 雙頻段 ,電源范圍為直流 ～ ,電流消耗 —— 休眠狀態為，空閑狀態為 25mA，發射狀態為 300mA(平均 )， 峰值；可傳輸語音和數據信號 , 功耗在 EGSM900(4 類 )和 GSM1800(1 類 )分別為 2W和 1W ,通過接口連接器和天線連接器分別連接 SIM卡讀卡器和天線。 SIM 電壓為 3V/， TC35i 的數據接口 (CMOS 電平 )通過 AT 命令可雙向傳輸指令和數據 ,可選波特率為 300b/s～ 115kb/s , 自動波特率為～ 115kb/s。它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS(Short Message Service,短消息 ),可通過 AT 命令或關斷信號實現重啟和故障恢復 。 TC35i 由供電模塊 (ASIC)、閃存、 ZIF 連接器、天線接口等 6部分組成。作為 TC35i的核心基帶處理器主要處理 GSM終端內的語音和數據信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有模擬和數字功能。 沈陽建筑大學畢業設計（論文） 23 TC35i 模塊引腳介紹 [6] TC35i 模塊 的實物圖如圖 37 圖 37 TC35i模塊實物圖 TC35i 模塊有 40 個引腳，通過一個 ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座 )連接器引出。這 40 個引腳可以劃分為 5類，即電源、數據輸入 /輸出、 SIM 卡、音頻接口和控制。 TC35i 的第 1～ 5引腳是正電源輸入腳通常推薦值 ，第 6～ 10 引腳是電源地。1 12 為充電引腳，可以外接鋰電池， 13 為對外輸出電壓 (共外電路使用 )， 14 為ACCUTEMP 接負溫度系數的熱敏電阻，用于鋰電池充電保護控制。 15腳是啟動腳 IGT，系統加電后為使 TC35i 進入工作狀態 ,必須給 IGT 加一個大于 100ms 的低脈沖 ,電平下降持續時間不可超過 1ms。 16～ 23 為數據輸入 /輸出，分別為 DSR0、 RING0、 RxD0、 TxD0、 CTS0、 RTS0、DTR0 和 DCD0。 tc35i 模塊的數據輸入 /輸出接口實際上是一個串行異步收發器，符合ITUT RS232 接口標準。它有固定的參數： 8 位數據位和 1 位停止位，無校驗位，波特率在 300bps~115kbps 之間可選，默認 9600。硬件握手信號用 RTS0/CTS0，軟件流量控制用 XON/XOFF， CMOS 電平，支持標準的 AT 命令集。 其中 18腳 RxD0、 19 腳 TxD0 為 TTL 的串口通訊腳，需要和單片機或者 PC 通訊。 TC35i 使用外接式 SIM 卡 , 24～ 29 為 SIM卡引腳， SIM 卡同 TC35i 是這樣 連接的 :SIM 上的 CCRST、 CCIO、 CCCL、 CCVCC 和 CCGND 通過 SIM 卡閱讀器與 TC35i 的同名端直接相連， ZIF 連接座的 CCIN 引腳用來檢測 SIM 卡是否插好，如果連接正確，則 CCIN引腳輸出高電平，否則為低電平。 TC35i 的第 32 腳 SYNC 引腳有兩種工作模式，一種是指示發射狀態時的功率增長情況，另一種是指示 TC35i 的工作狀態，可用 AT命令 AT+SYNC 進行切換，本模塊使用的是后一種。當 LED 熄滅時 ,表明 TC35i 處于關閉或睡眠狀態；當 LED 為 600 ms 亮 /600ms沈陽建筑大學畢業設計（論文） 24 熄時，表明 SIM卡沒有插入或 TC35i 正在進行網絡登錄；當 LED為 75 ms 亮 /3s 熄時，表明 TC35i 已登錄進網絡，處于待機狀態。 3 32 腳為控制腳，其中 30 為 RTC backup， 31 為 Power down， 32 為SYNC。 35～ 38 為語音接口， 3 36 接揚聲器放音。 3 38 可以直接接駐極體話筒來采集聲音（ 37 是話筒正端， 39是話筒負端） TC35的數據輸入 /輸出接口實際上是一個串行異步收發器，符合 ITUT RS232接口標準。它有固定的參數： 8位數據位和 1位停止位，無校驗位，波特 率在 300bps～ 115kbps之間可選，硬件握手信號用 RTS0/CTS0，軟件流量控制用 XON/XOFF， CMOS電平，支持標準的 AT命令集。 TC35i 模塊特性 TC35i主要特性包括以下幾點： （ 1） 頻段為雙頻 GSM900MHz和 GSMl800MHz (phase 2/2+)； （ 2） 支持數據、語音、短消息和傳真； （ 3） 高集成度 ( 36mm )； （ 4） 質量為 9g； （ 5） 電源電壓為單一電壓 ～ ； （ 6） 可選波特率 300bps～ 115kbps，動波特率 ～ 115kbps； （ 7） 電流消耗 —— 休眠狀態為 ，空閑狀態為 25mA，發射狀態為 300mA(平均 )，； （ 8） 溫度范圍 —— 正常操作 20℃ ～ +55℃，存放 30℃ ～ +85℃； （ 9） SIM電壓為 3V/。 “看門狗”電路 DS1232 隨著計算機技術的發展，單片微型計算機在工業自動化領域和智能化產品中得到了廣泛的應用。如何提高單片機產品的抗干擾能力是產品開發和設計人員所面臨和必須解決的問題 。關于抗干擾的具體方法在很多書籍和文章中都有較為詳盡的論述，本文不再贅述。美國 DALLAS 公司生產的“看門狗 (WATCHDOG)”集成電路 DS1232 具有性能可靠、使用簡單、價格低廉的特點，應用在單片機產品中能夠很好的提高硬件的抗干擾能力，我們曾將 DS1232 應用到“糧食中心庫糧倉溫度監測系統”、“銀行利率顯示屏”、“多功沈陽建筑大學畢業設計（論文） 25 能電腦時鐘”、“電廠皮帶秤測速系統”和“全自動限電計量系統”中，在實際使用中收到了良好的效果。 DS1232 的結構及特點 （ 1） 引腳功能及內部結構 [7] 圖 38 DS1232外形及引腳排列 DS1232 是由美國 DALLAS 公司生產的微處理器監控電路，采用 8腳 DIP 封裝，如圖38所示 各引腳功能如下： PBRST：按鈕復位輸入端 。 TD：看門狗定時器延時設置端； TOL： 5％或 10％電壓監測選擇端； GND：電源地； RST：高電平有效復位輸出端； /RST：低電平有效復位輸出端； ST：周期輸入端 。 Vcc：電源。 （ 2） DS1232 的內部結構 DS1232 的內 部結構框圖如圖 39 所示。 沈陽建筑大學畢業設計（論文） 26 圖 39 DS1232內部結構框圖 （ 3） 主要特點 DS1232 具有如下特點： ①具有 8腳 DIP 封裝和 16腳 SOIC 貼片封裝兩種形式，可以滿足不