基于GPRS的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計.doc

畢業(yè)設計說明書基于GPRS的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計專業(yè)自動化學生姓名班級B自動化074學號指導教師完成日期2010年6月3日3基于GPRS的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計摘 要溫度是工業(yè)生產中主要的被控參數(shù)之一，與之相關的各種溫度控制系統(tǒng)廣泛應用于冶金、化丁、機械、食品等領域。溫度控制是丁業(yè)生產過程中經常遇到的過程控制。有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產品的質量。例如：在冶金工業(yè)、化工生產、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制；在農業(yè)生產、糧食儲備、計算機機房等都需要對溫度進行控制。因而設計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。GPRS作為一種高速、高效、經濟的無線系統(tǒng)，具有網絡覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)帶寬寬、適應性強、計價按數(shù)據(jù)流量計算、實時在線的優(yōu)點，特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾大量的數(shù)據(jù)傳輸，能夠滿足數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控的雙向數(shù)據(jù)信息傳輸。GPRS技術從實驗室研究、地區(qū)范圍內試用到正式商用，經過了長時間的完善，技術先進可靠。GPRS設備數(shù)據(jù)監(jiān)控終端傳輸設備一開機就能自動附著到GPRS網絡上，與數(shù)據(jù)中心實時在線進行實時數(shù)據(jù)通信，高速輸，可靠性高。文中設計了一種溫度控制系統(tǒng)，用單片機作為微控器，選用數(shù)字溫度傳感器，對溫度進行控制，提出了一種基于GPRS技術的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)方案，采用AT89C51單片機和DS18B20數(shù)字溫度傳感器實現(xiàn)現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)的采集和處理，再通過GPRS模塊TC39i實現(xiàn)遠程的數(shù)據(jù)傳輸和接收，具有精度高、穩(wěn)定性好的特點。硬件方面設計了一個基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)， 以AT89C51單片機為核心，采用了溫度傳感器DS18B20，以GPRS無線通信模塊為基礎，基于AT指令和數(shù)據(jù)采集器，構建一個遠程的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對溫度進行控制。實踐結果表明，該系統(tǒng)使用效果良好，有著廣泛的應用前景。關鍵詞：溫度采集系統(tǒng)；監(jiān)控軟件；單片機 GPRS-based remote temperature monitoring systemAbstract:Temperature is the main accused in the industrial production one of the parameters, associated with a variety of temperature control systems are widely used in metallurgy, chemical Ding, machinery, food and other fields.Temperature control is the small business often encountered in production process control.Some on the temperature control process directly influences the quality of products.For example: in the metallurgical industry, chemical production, power engineering, paper industry, machinery manufacturing and food processing and many other areas, people need all kinds of furnace, heat treatment furnace, the temperature in the reactor and boiler testing and control;in agricultural production, food reserves, computer room and so the need for temperature control.Therefore designed an ideal temperature control system is very valuable. As a high-speed, efficient and cost-effective wireless system，GPRS has a wide range of network coverage, wide data bandwidth, adaptable, denominated by the data flow calculation advantage, the advantages of real-time online, especially for intermittent, and sudden or frequent , And a small amount of data transfer, but also for the occasional large amounts of data transmission, data collection and monitoring to meet the two-way data transmission. GPRS technology from the laboratory studies, areas to the official business within the trial, after a long, technologically advanced and reliable. GPRS equipment data monitoring terminal transmission equipment can automatically attach a boot to the GPRS network, and data centers for real-time data in real-time online communication, high-speed transmission and high reliability.In this paper, design a temperature control system, with the microcontroller as the microcontroller the choice of digital temperature sensors, temperature control, a GPRS-based technology solutions for remote temperature monitoring system, using AT89C51 microcontroller and digital temperature sensor for field DS18B20 Temperature data acquisition and processing, and through the GPRS module TC39i remote data transmission and reception, with high accuracy, good stability. Hardware design of a microcontroller-based smart temperature control system to AT89C51 microcontroller as the core, using a temperature sensor DS18B20, the GPRS-based wireless communication module, based on AT commands and data acquisition, to build a remote temperature data acquisition system For temperature controlThe results show the good effect of the system and have broad application prospects.Key Words:Temperature acquisition system, monitoring software, Microcontrolle目 錄1. 概 述51.1 課題設計背景51.2 課題設計意義52. 系統(tǒng)的總體結構與硬件電路設計62.1 系統(tǒng)總體結構設計62.2 溫度采集模塊設計62.3 單片機電路設計82.4 通信電路設計123.下位機軟件設計143.1 下位機總體軟件的設計143.2溫度采集程序設計163.3通信模塊設計184.上位機軟件設計224.1 GPRS通信網絡224.2 遠程溫度檢測的實現(xiàn)原理234.3 GPRS DTU 遠程溫度監(jiān)測界面245.系統(tǒng)集成與調試256.結束語27致 謝29附錄1：采集系統(tǒng)接線圖30附錄2：元器件表31鹽城工學院本科生畢業(yè)說明書( 2011)1. 概 述1.1 課題設計背景溫度與人們的生產生活密切相關，需要對溫度監(jiān)測的場合非常多。傳統(tǒng)的有線測溫方式存在著布線復雜，線路容易老化等問題。無線測溫技術與有線測溫技術相比，有成本低、攜帶方便、搭建網絡簡單快捷等特點，特別是在有線網絡不通暢或由于現(xiàn)場環(huán)境因素的限制不便架設線路的情況下，使用無線通信技術進行溫度監(jiān)測顯得更加實用、快捷。隨著計算機技術和通信技術的不斷發(fā)展，計算機遠程無線監(jiān)控技術在工業(yè)控制領域中的應用越來越廣泛。GPRS技術從實驗室研究、地區(qū)范圍內試用到正式商用，經過了長時間的完善，技術先進可靠。GPRS設備數(shù)據(jù)監(jiān)控終端傳輸設備一開機就能自動附著到GPRS網絡上，與數(shù)據(jù)中心實時在線進行實時數(shù)據(jù)通信，高速輸，可靠性高。GPRS網絡覆蓋全球，不存在信號盲區(qū)，按照流量收費，沒有數(shù)據(jù)流量傳遞時不收費用，計費合理、科學、企業(yè)運行投資小、效益高。這些特點適合于提高企業(yè)計量信息的及時性、可靠性、準確性和實現(xiàn)企業(yè)生產管理的信息化。溫度自動監(jiān)測技術在我國工業(yè)生產中應用非常普遍，但大多數(shù)是傳統(tǒng)的分散式三級系統(tǒng)（下位機、中位機、上位機），采用有線的傳輸方式。其遠程線路鋪設及維護的成本過高，引線過長，導致整個系統(tǒng)的傳輸速率變慢、功耗上升、穩(wěn)定性下降。隨著無線通信數(shù)字網絡的發(fā)展，采用GSM和GPRS無線通信網作為通信方式為上述問題提供了一個新的解決方案。隨著無線通信技術的發(fā)展，采用無線的傳輸方式已成為遠程分布式溫度監(jiān)測技術的發(fā)展趨勢。GPRS技術在移動通信領域的發(fā)展，已經能夠實際應用到許多需要無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I域，也為溫度采集傳輸及監(jiān)控提供了一種新的數(shù)據(jù)通信方式。溫度傳輸?shù)膶崟r性與可靠性成了設計遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關鍵。1.2 課題設計意義 本文對GSM遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)硬件和軟件設計進行說明。溫度檢測采用 DS18B20，非常適用于多點、惡劣環(huán)境下的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)進行溫度數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)精度高，系統(tǒng)操作簡單，而且可應用于有線網絡設備無法到達的地方，實現(xiàn)了溫度監(jiān)測的自動化智能化，具有成本低廉分布靈活，實時在線的優(yōu)點。GSM模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低，運行穩(wěn)定可靠，適用于遠距離監(jiān)測，不受地形條件的限制，有著廣泛的應用前景。系統(tǒng)的實現(xiàn)給遠程對溫度的要求提供了方便，而且快捷，成本不高等，為農業(yè)工業(yè)生產帶來極大的方面。2. 系統(tǒng)的總體結構與硬件電路設計2.1 系統(tǒng)總體結構設計系統(tǒng)的總體設計思路是溫度采集模塊將采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)送到監(jiān)控計算機上。溫度傳感器把室內溫度的處理發(fā)送給AT89C51單片機，溫度數(shù)據(jù)通過單片機處理，再由GPRS發(fā)送模塊發(fā)送出去。GPRS接收模塊接收發(fā)送模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，通過RS232通信接口連接GPRS模塊實現(xiàn)與上位機通信，將數(shù)據(jù)上傳至上位機，實現(xiàn)在上位機中對室內溫度遠程的分析、管理。圖2-1 系統(tǒng)的總體框圖2.2 溫度采集模塊設計在設計中，溫度采集模塊我使用的是美國 DALLAS公司采用單總線技術生產的一種新型數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。2.2.1 DS18B20 簡介DS18B20為單總線數(shù)字化溫度傳感器，由其組成的測溫系統(tǒng)精度較高，能達到小數(shù)點后3位，而且具有連接方便，占用接口線少等優(yōu)點。DS18B20與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912 位的數(shù)字值讀取 ，讀取DS18B20的信息僅需一根總線，總線本身可以向所有掛接的 DS18B20芯片提供電源 ，而不需額外的電源。溫度測量的范圍為- 55+ 125，測量的分辨率為0. 5，最高可達01062 5 ，工作的電壓范圍: + 3105. 5 V。DS18B20其內部64位光刻 ROM是出廠前被光刻好的，它由8位產品系列號，48位產品序號和8位CRC編碼組成，DS18B20的產品系列號均為28 H ，每個器件48位產品序號各不相同。其中VCC接313 V電源，電源端外接一個約為417 k的上拉電阻 ，當總線閑置時，其狀態(tài)為高電平。2.2.2 溫度傳感器的測溫原理 DS18B20的測溫原理如圖2-2所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定， 每次測量前，首先將- 55所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1，溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在- 55所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖中的頻率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為: 初始化DS18B20(發(fā)復位脈沖)發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。預置頻率累加器計數(shù)比較器低溫度系數(shù)振蕩器高溫度系數(shù)振蕩器減法計數(shù)器減到0減法計數(shù)器2減到0預置溫度寄存器增加停止圖2-2 測溫原理圖 2.2.3 溫度傳感器接口電路設計 在設計中，由DS18B20組建溫度采集系統(tǒng)。其中，1腳GND，2腳為數(shù)據(jù)輸入端，3腳VCC，2腳與3腳間接上一個4.7K的電阻，形成上拉電阻。詳細的采集電路如圖2-3所示。 圖2-3 DS18B20溫度采集電路2.3 單片機電路設計2.3.1 單片機選擇及簡介單片機選用的是Atmel公司的AT89C51單片機，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。單片機的外圍電路主要包括時鐘電路和復位電路。a 主要特性：與MCS-51 兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz；三級程序存儲器鎖定；128*8位內部RAM；32可編程I/O線；兩個16位定時器/計數(shù)器；5個中斷源 ；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內振蕩器和時鐘電路。b管腳說明：圖2-4 AT89C51芯片引腳圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.3.2 復位電路按鍵復位是利用開關按鈕來實現(xiàn)的，即通電后，按下開關，使得瞬間RST端的電位與Vcc相同，隨著電容上儲能增加，電容電壓也增大，充電電流減少，RESET端的電位逐漸下降。這樣在RST端就會建立一個脈沖電壓，調節(jié)電容與電阻的大小可對脈沖持續(xù)的時間進行調節(jié)。RST引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效。高電平有效的持續(xù)時間應為24個振蕩周期以上。若時鐘頻率為6MHz，則復位信號至少應持續(xù)4微秒以上，才可以使單片機復位。本次設計中采用按鍵復位的方法進行復位操作。如下圖2-5所示。圖2-5 單片機復位電路2.3.3 單片機時鐘電路單片機時鐘電路就是提供單片機內部各種操作的時間基準的電路，沒有時鐘電路單片機就無法工作。設計中，采用由內部方式產生時鐘的方法形成時鐘電路，具體如圖所示。內部方式：在XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作定時組件，內部反相放大器自激振蕩，產生時鐘。時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，即若石英頻率fosc6MHz，則時鐘頻率3MH2，因此，時鐘是一個雙相信號，由P1相和P2相構成。fosc可在2MHZ12MHZ選擇。小電容可以取30PF左右。圖2-6時鐘電路2.3.4 單片機外圍電路設計圖2-7是單片機的外圍電路，主要包括晶振電路、復位電路、采集電路。單片機選用AT89C51，采集電路中的傳感器用DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。圖中，C1、C2和Y1與單片機的 XTAL1、XTAL2管教相連，組成時鐘電路，C3、R1以及S1與單片機的復位信號的輸入端相連，組成單片機復位電路，完成復位功能。右邊，溫度傳感器DS18B20接上下拉電阻，形成輸入電路部分，單片機根據(jù)溫度傳感器的輸入，形成輸出。這就是輸入部分的電路圖設計。圖2-7 單片機外圍電路圖2.4 通信電路設計2.4.1 GPRS DTU的簡介GPRS DTU(Data Terminal unit)全稱數(shù)據(jù)傳輸單元，是專門用于將串口數(shù)據(jù)轉換為IP數(shù)據(jù)或將IP數(shù)據(jù)轉換為串口數(shù)據(jù)通過無線通信網絡進行傳送的無線終端設備。GPRS DTU就是用GPRS網絡來傳輸數(shù)據(jù)的設備，它采用工業(yè)級嵌入式處理器，內嵌TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠在線，多種協(xié)議轉換的虛擬專用網絡。 2.4.2 GPRS DTU 的選型ZWG-23A 是一款基于GPRS 網絡的無線數(shù)據(jù)傳輸終端設備，提供全透明數(shù)據(jù)通道，可以方便的實現(xiàn)遠程、無線、網絡化的通信方式?？梢暂p松實現(xiàn)與Internet 的無線連接。ZWG-23A 具有網絡覆蓋范圍廣（移動網絡覆蓋范圍，能使用移動電話的地方就可以使用）組網靈活快捷（安裝即可使用）、運行成本低（按流量計費）等諸多優(yōu)點?？蓱糜陔娏ο到y(tǒng)、工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象、水處理、環(huán)境監(jiān)控、金融證券、煤礦、石油等行業(yè)。ZWG-23A的結構特點l 支持數(shù)據(jù)透明傳輸與協(xié)議轉換l 支持備用數(shù)據(jù)中心l 支持點對點互連功能l 支持 APN 虛擬專網業(yè)務l 支持數(shù)據(jù)中心動態(tài)域名或IP 地址訪問l 支持永遠在線、空閑下線和空閑掉電三種工作方式l 支持短信和電話喚醒功能l 支持斷線自動重連功能l 具有連接時機可控功能，節(jié)約流量l 支持本地和遠程圖形化界面配置與維護l 支持短信配置與維護l 支持本地和遠程固件升級l RS232 DB9 串口，具有流控信號線和上線指示信號線l 支持數(shù)據(jù)中心虛擬串口功能，無縫銜接現(xiàn)有上位機軟件l 支持 5V26V 寬范圍供電l 工作電流最大 300mA 、在線待機電流31mA、休眠時14mAl 多重軟硬件可靠設計，復合式看門狗技術，使設備安全運行圖2-8就是ZWG-23A的實物圖2-8 GPRS DTU 實物圖2.4.3 串口通信電路為了提高串行通信的可靠性，增大通信距離，一般采用標準串行接口、RS-232C、RS422A等標準接口來進行串行通信。EIA RS-232C是異步串行通信中應用最廣泛的標準總線，它包括了按位串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C械方面的規(guī)定。在微機通信中，通常使用RS-232C接口即PC機的COM口，其引腳定義如圖2-9所示。圖2-9 RS-232C引腳定義圖PC機的COM 口，輸入輸出為RS-232C電平，而51單片機串行口的輸入輸出均為1frL電平。由于TTL電平和RS-232C電平互不兼容，所以兩者接口時，必須進行電平轉換。電平轉換最常用的芯片是傳送線驅動器MC1488和接收器MC1489，其作用除了電平轉換外，還實現(xiàn)正負邏輯電平轉換。圖2-10是單片機與PC機通信接口電路。圖2-10 單片機與PC機通信接口電路3.下位機軟件設計3.1 下位機總體軟件的設計在主程序流程圖中，系統(tǒng)軟件的重點在于對單片機利用匯編語言編程。包括向AT89C51對GPRS DTU的初始化以及對串行口通信速率、短消息模式、短消息中心號碼的初始化。這些初始化指令是通過AT指令寫入的，因此在編程時將這些常用到的AT指令編成表格，存放在AT89C51的程序存儲器內，以便使用。流程圖如圖3-4所示。其中A、B、C、D中斷子程序只是發(fā)送數(shù)據(jù)內容不一致，對應的流程一致，因此使用一個中斷子程序表示；P2i中i=0，1，2，3對應著不同的指示燈。圖3-1 下位機軟件主流程圖3.2溫度采集程序設計溫度采集方面，首先初始化溫度傳感器，等待單片機的應答，一旦單片機檢測到應答脈沖，便執(zhí)行跳過ROM匹配操作命令，就可以使用內存操作命令，啟動溫度轉換，延時一段時間后，等待溫度轉換完成。再執(zhí)行跳過ROM匹配操作命令，然后讀暫存器，將轉換結果讀出，并轉為顯示碼，送到液晶顯示。溫度傳感器程序設計流程圖如下圖所示。圖3-2 DS18B20模塊程序流程圖DS18B20 溫度值讀取程序設計：void delay_18B20(unsigned int i) while(i-);void ds1820rst()/*ds1820復位*/ unsigned char x=0;DQ = 1; /DQ復位delay_18B20(4); /延時DQ = 0; /DQ拉低delay_18B20(100); /精確延時大于480usDQ = 1; /拉高delay_18B20(40); uchar ds1820rd()/*讀數(shù)據(jù)*/ unsigned char i=0; tflag=0; else tvalue=tvalue+1;tflag=1; tvalue=tvalue*6.25;/溫度值擴大100倍return(tvalue);3.3 通信模塊設計3.3.1 GPRS DTU模塊GPRS(General Packet Radio Service， 即通用無線分組業(yè)務)是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講， GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的技術， 方法是以“分組”的形式傳送資料到用戶手上。 圖3-3 GPRS DTU從儀表采集數(shù)據(jù)GPRS DTU ( GPRS Data Transmission Unit) ，即基于GPRS的工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制器。GPRS DTU由GPRS模塊、嵌入式計算機及相應電路組成，主要功能如下: A.從儀表采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接口有RS232 /485 /422串口、4mA20mA或1V5V模擬量(記錄瞬時值及累計量)、開關量。B.開關量檢測及輸出。C.數(shù)據(jù)上報。把從儀表采集到的數(shù)據(jù)，以定時(時間間隔由監(jiān)控中心設定) 、事件觸發(fā)方式上報。 D.實現(xiàn)數(shù)據(jù)點播?？梢皂憫O(jiān)控中心發(fā)出的查詢請求，將查詢時刻的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心。E.不同的用戶需求，可以增加檢測、告警等功能。 3.3.2 GPRS DTU的應用通過 ZWG-23A模塊可以讓遠端的用戶設備和管理中心的電腦進行透明數(shù)據(jù)通信。 透明數(shù)據(jù)通信：意思即為用戶設備與 DTU之間沒有通信協(xié)議，DTU將用戶設備發(fā)送過來的數(shù)據(jù)不做修改的傳送到目標PC 上，運行在PC 上的軟件可以完整的接收到 DTU發(fā)來的數(shù)據(jù)包。比如用戶設備發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)為 0xAA，那么在 PC 端運行的軟件就會收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)0xAA。從 PC 到用戶設備的通信過程與之相同。 3.3.3 GPRS DTU的工作模式GPRS DTU有5種常用的工作模式，分別是：透傳模式、命令模式、自動IP注冊、遠程維護模式和流控模式。本文用到的是它的透傳模式，下面對透傳模式34作詳細說明。透傳模式是指將本地異步串口通信轉換成基于TCP/UDP協(xié)議的網絡通信。其主要目的是將串行通信的簡單設備實現(xiàn)在IP網絡上的通信，而數(shù)據(jù)格式不發(fā)生任何改變，這點非常重要，由于數(shù)據(jù)格式在經過DTU前后均不放生任何變化，對于原有的設備及軟件不用作任何升級，就可直接應用，通過這種通信方式的轉換，使得只能本地控制的設備擴展成可遠程控制的設備，改進了控制手段及維護方式，對于遠程維護、控制和數(shù)據(jù)采集都有實際意義。 DTU的透傳模式的應用，當下位機發(fā)起通訊請求時，DTU必須與上位機建立網絡連接，也就是說，下位機與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸時，首先下位機要與DTU設備的串口相連，DTU在進入透傳模式后，自動被調用去與上位機建立網絡連接，當網絡連接被建立后，數(shù)據(jù)就可以在這條鏈路上實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸了。 DTU進入透傳模式后，既可以作為客戶端模式也可作為服務端模式。工作在透傳模式下的DTU將自動完成串口到網絡通信的轉換，所有數(shù)據(jù)可透明的在上位機軟件與下位機之間雙向傳輸。 透傳模式的建立首先要用AT+I命令定義所有相關的參數(shù)，然后再用特殊AT+I！SNMD命令進入透傳模式。 DTU一旦進入透傳模式，將不再接收任何AT+I命令，通過與主機串口的連接，DTU專注于處理下位機串口的數(shù)據(jù)，DTU不對數(shù)據(jù)做任何處理（即透明傳輸）。在這種模式下，需要特殊說明的是自動波特率不起作用，在進入透傳模式之前，固定波特率必須設置，即BDRM不能設置成自動波特率。 通過串口連續(xù)輸入3個“+”號，間隔在半秒以內輸入，DTU將退出透傳模式進入命令模式，此時DTU切換到命令模式并可再次響應AT+I命令。 3.3.4 GPRS DTU的工作原理及過程GPRS DTU由A /D轉換模塊、開關量控制模塊、綜合控制模塊構成。GPRS DTU上電后，首先讀出內部FLASH中保存的工作參數(shù)（包括GPRS撥號參數(shù)，串口波特率，數(shù)據(jù)中心IP地址等等，事先已經配置好）35。GPRS DTU登陸GSM網絡，然后進行GPRS PPP撥號。撥號成功后，GPRS DTU將獲得一個由移動隨機分配的內部IP地址(一般是10.X.X.X)。也就是說，GPRS DTU處于移動內網中，而且其內網IP地址通常是不固定的，隨著每次撥號而變化。 我們可以理解為GPRS DTU這時是一個移動內部局域網內的設備，通過移動網關來實現(xiàn)與外部Internet公網的通信。這與局域網內的電腦通過網關訪問外部網絡的方式相似。GPRS DTU主動發(fā)起與數(shù)據(jù)中心的通信連接，并保持通信連接一直存在。 由于GPRS DTU處于移動內網，而且IP地址不固定。因此，只能由GPRS DTU主動連接數(shù)據(jù)中心，而不能由數(shù)據(jù)中心主動連接GPRS DTU。這就要求數(shù)據(jù)中心具備固定的公網IP地址或固定的域名。數(shù)據(jù)中心的公網IP地址或固定的域名作為參數(shù)存儲在GPRS DTU內，以便GPRS DTU一旦上電撥號成功，就可以主動連接到數(shù)據(jù)中心。具體地講，GPRS DTU通過數(shù)據(jù)中心的IP地址（如果是采用中心域名的話，先通過中心域名解析出中心IP地址）以及端口號等參數(shù)，向數(shù)據(jù)中心發(fā)起TCP或UDP通信請求。在得到中心的響應后，GPRS DTU即認為與中心握手成功，然后就保持這個通信連接一直存在，如果通信連接中斷，GPRS DTU將立即重新與中心握手。由于TCP/UDP通信連接已經建立，就可以進行數(shù)據(jù)雙向通信了。對于DTU來說，只要建立了與數(shù)據(jù)中心的雙向通信，完成用戶串口數(shù)據(jù)與GPRS網絡數(shù)據(jù)包的轉換就相對簡單了。一旦接收到用戶的串口數(shù)據(jù)，DTU就立即把串口數(shù)據(jù)封裝在一個TCP/UDP包里，發(fā)送給數(shù)據(jù)中心。反之，當DTU收到數(shù)據(jù)中心發(fā)來的TCP/UDP包時，從中取出數(shù)據(jù)內容，立即通過串口發(fā)送給用戶設備。3.3.5 通信模塊的設計流程由于檢測的任務是被控對象的溫度， 通過 GPRS DTU發(fā)送到監(jiān)測中心。通過向 GPRS DTU寫入不同的 AT 指令完成多種功能。監(jiān)測軟件主要包括初始化程序、 信號采集處理程序和短消息收發(fā)程序等。初始化程序包括硬件初始化、定時器和串口初始化。信號采集和處理主要完成外部采集的溫度轉換，接收短消息采用查詢方式， 一旦短消息到達，調用串口接收程序解碼短消息內容并做出相應處理;發(fā)送溫度信號采用定時方式，將采集的溫度編碼為短消息，然后調用發(fā)送指令將短消息發(fā)送到監(jiān)測中心。通過GPRS網絡收發(fā)數(shù)據(jù) 通過 GPRS 網絡發(fā)送數(shù)據(jù)，最簡單的辦法就是使用 GPRS DTU 設 備（Data Terminal Unit：數(shù)據(jù)傳輸設備）數(shù)據(jù)通信過程如下：DTU 上電后，首先完成網絡注冊等初始化工作，然后自動進行 PPP拔號，再通過 TCP/IP 協(xié)議與位于互聯(lián)網上的數(shù)據(jù)中心建立連接，為用戶設備建立一條雙向透明傳輸?shù)臒o線通信鏈路。建立透明通道后，用戶設備便可以通過串口向 DTU 發(fā)送數(shù)據(jù)，DTU 收到數(shù)據(jù)后將其封裝成 IP包，經過 GPRS 網絡及 Internet 網絡發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心通過網絡程序可以獲取到這些數(shù)據(jù)。這個過程也稱之為“上行”，“下行”則反之。 整個通信過程雖然看似簡單，但是要想實現(xiàn) DTU 的功能并使其穩(wěn)定可靠的工作，還有許多地方需要注意。首先，DTU 中的 TCP/IP和 PPP協(xié)議棧是一套復雜的協(xié)議程序，需要多年的積累才能可靠穩(wěn)定。而市面上許多 GPRS 模塊中內嵌的協(xié)議?；蚨嗷蛏俚拇嬖谝恍﹩栴}，需要用戶在使用過程中不斷發(fā)現(xiàn)和規(guī)避。其次，抗干擾性能是工業(yè)產品重要指標之一，在硬件設計上需要特別重視。例如防靜電、抗群脈沖、浪涌等等，這都要求在設計過程中要注意干擾源以及干擾作用方式，并設計出消除干擾的電路或預防干擾的措施，才能讓設備更加穩(wěn)定的工作。 最后，GPRS 設備在長期工作中，還會遇到許多外界的特殊情況。如信號弱、SIM 卡欠費、SIM 卡不兼容、無可用網絡、通信鏈路異常斷開、服務器出錯等，這些都有可能造成設備故障而且無法恢復，所以必需針對各種可能出現(xiàn)的故障制定有效的解決方法才能保證設備可靠的工作。 GPRS通信流程圖如下：圖3-5 通信模塊流程圖#include#include#define uchar unsigned charsbit realy2=P02; /繼電器3sbit realy3=P03;/繼電器4sbit realy4=P04; /繼電器5sbit realy5=P05; /繼電器6sbit realy6=P06; /繼電器7sbit realy7=P07;/繼電器8sbit key1=P20; /開關1sbit key2=P21; /開關2sbit key3=P22; /開關3sbit key4=P23; /開關4sbit key5=P24; /開關5sbit key6=P25; /開關6sbit key7=P26; /開關7sbit key8=P27;/開關8void Delay_ms(uint i);void Start_GSM(void);void UART_init (void);void sendchar(uchar ch);void sendstring(uchar *p);void GSM_INIT(void);void receive_ready(void);void message_read(void);void read_message(void);void sendmessage(void);4.上位機軟件設計4.1 GPRS通信網絡利用移動通信GPRS網絡作為通信平臺，監(jiān)控中心通過此通信平臺向各DTU發(fā)送控制及配置信息，同時接收下位機上報的數(shù)據(jù)及狀況信息。整個系統(tǒng)網絡示意圖如圖所示。 圖4-1 GPRS 通信網絡 如圖所示，利用GPRS移動通信網絡完成數(shù)據(jù)的傳輸，:免去了用戶自己組網的初建設費用及日后的網絡維護費用。通過GPRS DTU與現(xiàn)場二次儀表相連，將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)以IP包形式發(fā)送到監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)處理、存儲，并提供相應的查詢、統(tǒng)計及報表功能。監(jiān)控中心也可以通過向DTU發(fā)送IP包形式設定下位機配置信息或控制命令，也可點播某一時刻的相應數(shù)據(jù)。監(jiān)控中心站由一臺具有公網IP地址的計算機組成。DTU可以將采集到的信息以IP包的形式直接發(fā)送給監(jiān)控中心站IP地址，監(jiān)控中心站將DTU發(fā)送的IP包處理后，獲得相應數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控中心站可以向各DTU發(fā)送相應的控制指令，DTU解析后，執(zhí)行相應的操作。由此可見，GPRS DTU在GPRS通信網絡中起到了數(shù)據(jù)采集、命令控制及遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控的關鍵作用，是整個通信網絡的中轉樞紐。4.2 遠程溫度檢測的實現(xiàn)原理本系統(tǒng)下位機的主要功能是對系統(tǒng)的溫度參數(shù)進行遠程實時監(jiān)測與分析。同時系統(tǒng)具有記錄保存斷電時間，LCD及鍵控的人機交互界面，串行通信和GPRS無線傳輸?shù)裙δ堋Ｔ谲浖_發(fā)時本文應用了基于實時嵌入式操作系統(tǒng)的軟件結構遠程數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)的軟件體現(xiàn)結構如圖所示。 圖4-2 數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)體系結構圖A.監(jiān)控中心對整個系統(tǒng)的運行的基礎數(shù)據(jù)進行設置，從數(shù)據(jù)庫讀入預處理的現(xiàn)場監(jiān)測信息并加工處理，把處理結果顯示給監(jiān)控人員，監(jiān)控人員在此可以發(fā)出主動控制指令。采用C/S軟件體系結構。數(shù)據(jù)代理讀入來自GPRS，Internet的現(xiàn)場監(jiān)測信息并經預處理后存入數(shù)據(jù)庫，從數(shù)據(jù)庫讀監(jiān)控人員發(fā)出的主動控制指令并通過GPRS，Internet傳送至于現(xiàn)場檢測點。采用C/S軟件體系結構。B.數(shù)據(jù)采集采集檢測現(xiàn)場設備運行信息，控制GPRS DTU發(fā)送信息、接收指令.面向過程的編程方式實現(xiàn)。4.3 GPRS DTU 遠程溫度監(jiān)測界面用GPRS DTU來收發(fā)溫度實時監(jiān)測信息，通過單片機的傳送，溫度微小的變化就會顯示在應經做好的界面上，實現(xiàn)了上位機對溫度的實時監(jiān)測。監(jiān)測的界面如下圖4-5所示。圖4-3 GPRS DTU 的溫度監(jiān)測界面圖 5.系統(tǒng)集成與調試當系統(tǒng)的硬件和軟件設計完成之后，需要對軟、硬件分別進行調試，以驗證系統(tǒng)各項功能是否實現(xiàn)，結果是否正常，精度能否達到要求。如果調試結果達不到要求就需要分析原因，找出問題所在。如果達到了預期的要求，就可以將軟、硬件集成一個完整的功能系統(tǒng)進行調試，繼而完成樣機的研制。 本系統(tǒng)的測試工作主要分為下位機的硬件測試和上位機軟件測試。對下位機硬件測試的主要完成以下幾項工作： 檢查硬件系統(tǒng)的短路、斷路測試，電壓、電流、接地是否正常，包括芯片輸入、輸出引腳電平測試。下位機測試步驟如同5-1所示。圖5-1 下位機系統(tǒng)測試流程圖 下位機硬件測試完成后可以確定硬件系統(tǒng)能正常工作，然后就可以對上位機軟件需要在計算機上以各種可能的數(shù)據(jù)和操作條件對軟件進行測試。對上位機軟件調試的主要步驟：a.打開監(jiān)控軟件b.選擇串口c.對串口參數(shù)進行設置d.打開串口在監(jiān)控界面上顯示出溫度實時曲線。6.結束語本文以室溫控制系統(tǒng)為研究對象，選取了PC+單片機方式，GPRS無線通信模塊為基礎，基于AT指令和數(shù)據(jù)采集器，構建一個遠程的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)