基于GSM遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計word格式

1、鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 2012 屆 電氣工程及其自動化 專業(yè) 72 班級題 目基于gsm遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計姓 名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 職稱 講師 2012 年 6 月 日內(nèi) 容 提 要gsm移動通信網(wǎng)絡(luò)的迅速普及和競爭的日益激烈,使得新技術(shù)和新業(yè)務(wù)的開發(fā)和應(yīng)用提到了一個十分重要的位置。短消息業(yè)務(wù)(sms)作為gsm網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù),已得到越來越多的系統(tǒng)運營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視,基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對溫度環(huán)境要求越來越高，使得溫度的測量與控制應(yīng)用更加廣泛。許多產(chǎn)業(yè)對溫度環(huán)境提出了較高的要求，因此，對溫度的監(jiān)測成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中非常重要的技術(shù)。

2、本文提出了一種基于gsm的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng),在給出系統(tǒng)的總體設(shè)計的基礎(chǔ)上,給出系統(tǒng)的硬件設(shè)計。系統(tǒng)的硬件設(shè)計中,對主要硬件tc35i和at89c51單片機及其外圍電路進行了詳細的講述。系統(tǒng)分為兩個部分進行設(shè)計監(jiān)測中心站和遠程監(jiān)測分站:監(jiān)測中心站硬件包括一臺pc機,gsm通信模塊tc35i,兩者通過rs232c連接；遠程監(jiān)測分站硬件包括gsm通信模塊tc35i,at89c51單片機,顯示單元和數(shù)字傳感器。系統(tǒng)以gsm網(wǎng)絡(luò)作為遠程信號的傳輸平臺，介紹了與本課題相關(guān)的短消息業(yè)務(wù)的通信原理。關(guān)鍵詞gsm；遠程監(jiān)測；at89c51單片機；ds18b20傳感器remote temperature moni

3、toring system design based on gsmauthor: tutor:abstractalong with rapid popularization and fierce competition of gsm network, research and application of new technology and new operation have been mentioned to a quite important position. sms has been paid attention by more and more system operator a

4、nd developer as a basic service of gsm network, and kinds of applications based on this service have been rapid developed.with the development of industrial and agricultural production ,the requirement of temperature environment have become higher and higher, which makes the measurements of the temp

5、erature be come more widely.many industries have proposed high demands to the environment of temperature ,therefore ,the monitoring and controlling of the temperature have become the very important technical reqirements in the productive process.this paper present a remote temperature monitoring sys

6、tem based on gsmsms, this paper first presents the system design as a whole, then presents the hardware .it presents tc35i and microchip at89c51 mcu and peripheral circuit during design of system hardware. hardware of system includes two parts:the monitoring center and the remote monitoring station.

7、 it consists of a computer and a tc35i communication module of gsm in the monitoring center. computer and tc35i are joined by rs232c.it includes a tc35i communication module of gsm, a at89c51 mcu, a display part and a gathering data part. in this system, sms network is a medium for transmitting the

8、remote signal, it emphasizes the communication principle which is important for the task. the main mode of transmitting data is sms. key wordsgsm；remote monitoring；ds18b20 sensor；at89c51 mcu目 錄第一章 緒論11.1 溫度監(jiān)測技術(shù)概述11.2 遠程監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀2第二章 系統(tǒng)原理與總體結(jié)構(gòu)52.1 系統(tǒng)原理52.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)6第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計83.1 監(jiān)測中心站設(shè)計83.1.1 監(jiān)測中心站服務(wù)器8

9、3.1.2 gsm無線通信模塊tc35i83.2 遠程監(jiān)測分站設(shè)計103.2.1 數(shù)字傳感器ds18b20103.2.2 at89c51結(jié)構(gòu)概述133.2.3鍵盤功能173.2.4 led顯示213.2.5串行通信24第四章 結(jié)論28致 謝30參考文獻31iv基于gsm遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計第一章 緒論1.1 溫度監(jiān)測技術(shù)概述溫度監(jiān)測在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，溫度監(jiān)測系統(tǒng)在應(yīng)用形式上有的采用單點測溫，有的需要對某個空間內(nèi)的多個點測溫，如煙葉烘烤、溫室大棚、糧倉等，以便獲得更準確的數(shù)據(jù)。溫度測量的方法有多重，目前典型的溫度測量系統(tǒng)是由模擬式溫度傳感器、a/d轉(zhuǎn)換電路和單片機組成。但是，

10、由于模擬式溫度傳感器輸出的為模擬信號，必須經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號量，單片機等微處理器才能采集并處理，并且每個測溫點都要占用單片機一個i/o口，在遠距離溫度數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)膽?yīng)用系統(tǒng)中非常復(fù)雜，成本較高。此外，模擬傳感器的信號在傳輸中易受干擾，降低了系統(tǒng)檢測的精度和穩(wěn)定性。隨著電子技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展，新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，從集成向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。這種傳感器是將溫度傳感器和數(shù)字電路集成在一起，內(nèi)部包含了溫度傳感器、a/d轉(zhuǎn)換電路、信號處理器和接口電路等，有的還和單片機的中央處理器、隨機存儲器和只讀存儲器集成在一起，成功的實現(xiàn)了溫度傳感器的數(shù)字化結(jié)構(gòu)。數(shù)字式溫度傳感器

11、的采集精度高，測試的可靠性高，有很強的抗干擾能力，這些都是模擬式溫度傳感器不能達到的。特定場合下由于監(jiān)測地點比較分散、偏遠、環(huán)境對工作人員身體健康有害等,采用傳統(tǒng)的溫度測量方式周期長、成本高,而且工作人員必須到現(xiàn)場進行測量,因此工作效率非常低,且不便于管理?；趃sm的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng),通過現(xiàn)有的gsm網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測結(jié)果以短信方式發(fā)送至相應(yīng)的監(jiān)控終端(如手機、pc機)，通過控制中心分析處理，進行遠程控制。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等特點。監(jiān)測分站和監(jiān)控中心之間通過短消息方式傳送數(shù)據(jù)。這種方式采用gsm模塊就能實現(xiàn)短消息的傳送,實現(xiàn)簡單,控制方便。1.2 遠程監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀目前遠程監(jiān)測主要

12、有以下幾種方式：短距離長線監(jiān)測；通過市話網(wǎng)；通過internet網(wǎng)絡(luò)；通過自組網(wǎng)絡(luò)(cdpd網(wǎng))；通過數(shù)傳電臺方式。短距離長線監(jiān)測和通過自組網(wǎng)絡(luò)(cdpd網(wǎng))首先要自行建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)，建網(wǎng)初期投資巨大，運營期間自主維護耗費人力物力較大，信號質(zhì)量得以保證，效果好，相對運營費用高；通過市話網(wǎng)和internet方式以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)為依托，無需自行建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)，但是由于市話網(wǎng)和internet難以達到工業(yè)現(xiàn)場覆蓋面，接入網(wǎng)絡(luò)受到限制，局限性很大，網(wǎng)絡(luò)運行效果取決于網(wǎng)絡(luò)運營商，線路安全不能得到保證，但其通信效果好，信號量大，運營費用相對低廉；數(shù)傳電臺出現(xiàn)較早，應(yīng)用很廣泛，是一種不錯的無線數(shù)傳方式，但是建網(wǎng)初期

13、投資巨大，數(shù)傳電臺的傳輸范圍有限，而且容易受到空間無線信號的干擾，信號不能得到保障，但是數(shù)傳電臺信號傳輸實時性好，運行費用低。遠程監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，遍及國民經(jīng)濟的很多領(lǐng)域，典型應(yīng)用概括為以下幾個方面。(1)煤氣天然氣，石油，電力等能源系統(tǒng)設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)的遠程監(jiān)測：發(fā)電機組，變電站，供電所的遠程監(jiān)測；煤氣天然氣管線壓力，溫度，流量等遠程監(jiān)測；石油開采中抽油井各種參數(shù)的遠程監(jiān)測等。(2)車輛狀態(tài)遠程監(jiān)測：如車輛位置時間，運動方向，速度監(jiān)測，遠程控制車輛中的設(shè)備，車輛丟失的查找和監(jiān)測等。(3)自動化工廠，生產(chǎn)過程，機器和設(shè)備的遠程監(jiān)測：在自動化生產(chǎn)線上，一般由可編程邏輯控制器控制，可對其進行遠程監(jiān)測；

14、關(guān)鍵的機器和設(shè)備關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)線的安全，對此類設(shè)備工作參數(shù)可實現(xiàn)遠程監(jiān)測，超限報警。(4)對人體有害的環(huán)境下的遠程監(jiān)測：化工廠周圍的空氣質(zhì)量的遠程監(jiān)測，噪聲嚴重區(qū)域的噪聲遠程監(jiān)測和噪聲抑制；地震測試點的資料上傳，氣象監(jiān)測點的資料上傳。(5)通風(fēng)設(shè)備，制冷設(shè)備等的遠程監(jiān)測：冷庫倉庫的遠程監(jiān)測，礦井通風(fēng)設(shè)備，探礦設(shè)備的遠程監(jiān)測。(6)水庫大壩、水閘、供水系統(tǒng)的遠程監(jiān)測：河流、湖泊、海潮的水位變化，水流量狀態(tài)等關(guān)系到災(zāi)害的發(fā)生和人民生命財產(chǎn)安全，水質(zhì)的變化對供水系統(tǒng)和人們的生活影響很大，遠程實時監(jiān)測這些狀態(tài)數(shù)據(jù)意義重大。(7)各種信息查詢系統(tǒng)：交通信息、天氣預(yù)報、銀行系統(tǒng)等很多領(lǐng)域的信息查詢

15、。而目前這些監(jiān)測系統(tǒng)無論從成本、可靠性、穩(wěn)定性、使用方便性、還是維護的難易程度等方面都不能最大限度的使人滿意。因此本文把gsm網(wǎng)絡(luò)引入到遠程監(jiān)測系統(tǒng)中，提出了基于gsm短消息的遠程監(jiān)測系統(tǒng)，以綜合上訴無線通信方式的優(yōu)點，克服它們的一些缺點，從而得到一種令人滿意的遠程監(jiān)測系統(tǒng)。gsm網(wǎng)絡(luò)是目前基于時分多址技術(shù)的移動通信體制中最成熟完善、覆蓋面最廣、功能最強、用戶最多的移動通信網(wǎng)絡(luò)，gsm短消息業(yè)務(wù)不需要建立撥號連接，只需把待發(fā)的消息加上目的地址發(fā)送至短消息中心，再由短消息中心轉(zhuǎn)發(fā)到最終目標。運用gsm短消息實現(xiàn)遠程監(jiān)測可靠性高、信號傳播距離遠、覆蓋面積廣，并且可以節(jié)省建網(wǎng)初期的巨額投資，運營期間

16、無需維護網(wǎng)絡(luò)，運行費用低廉。隨著移動通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于gsm短消息的遠程監(jiān)測系統(tǒng)也將廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的其它領(lǐng)域，為物聯(lián)網(wǎng)時代的到來打好堅實的基礎(chǔ)。34第二章 系統(tǒng)原理與總體結(jié)構(gòu)2.1 系統(tǒng)原理系統(tǒng)通過數(shù)字傳感器采集信號，信號被傳輸?shù)絾纹瑱C，經(jīng)單片機的分析處理后，與gsm通信模塊通訊。通信模塊通過gsm網(wǎng)絡(luò)將單片機處理后的信號傳輸?shù)脚c控制中心相互通訊的通信接受模塊，控制中心接受到信息后，做出相應(yīng)的反應(yīng)，并通過gsm網(wǎng)絡(luò)將控制命令傳輸?shù)絾纹瑱C，實現(xiàn)遠程監(jiān)測控制的目的；單片機也可通過gsm網(wǎng)絡(luò)與手機終端進行通信，通過手機發(fā)送at指令，達到遠程控制的目的。整個遠程傳輸過程中，通信模塊tc35i

17、進行信號的收發(fā)。短消息業(yè)務(wù)為gsm數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)提供的主要電信業(yè)務(wù)之一，它通過無線控制信道進行傳輸，經(jīng)短消息服務(wù)中心完成存儲和前轉(zhuǎn)功能。短消息業(yè)務(wù)包括兩類：一類是點到點的短消息，即由一個用戶發(fā)給另一個用戶少量的文字和數(shù)據(jù)信息：另一類是廣播短消息，即由短消息廣播中心收集用戶所需的信息給用戶。兩種方式均可在網(wǎng)絡(luò)暫時無法將短消息傳給移動臺的情況下，將信息在網(wǎng)上記錄，當發(fā)現(xiàn)移動臺可達時，通知相應(yīng)實體重新傳送短消息，也正因為如此，短消息具有很高的可靠性?；陔娐方粨Q的點到點短消息業(yè)務(wù)中所涉及的網(wǎng)絡(luò)實體之間的協(xié)議：在電路交換公共陸地移動網(wǎng)中，移動臺接入公共陸地移動網(wǎng)是通過移動交換中心進行的。在移動被

18、叫點到點短消息業(yè)務(wù)中，首先，短消息服務(wù)中心發(fā)送短消息給短消息業(yè)務(wù)交換中心，短消息業(yè)務(wù)交換中心通過詢問歸屬位置寄存器獲得目標移動臺所在的移動臺號碼，將短消息先轉(zhuǎn)給移動臺。移動臺詢問拜訪位置寄存器中存放的用戶相關(guān)信息，對用戶進行鑒權(quán)后，將短消息傳遞給目標移動臺。然后，移動臺返回報告給中心；在移動主叫點到點的短消息業(yè)務(wù)中，用戶請求接入通過鑒權(quán)后，將短消息傳遞給移動臺。2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)集gsm無線通信技術(shù)、單片機控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)，搭建了一種基于gsm短消息的遠程監(jiān)測系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)分為監(jiān)測中心站和遠程監(jiān)測分站兩個部分：監(jiān)測中心站主要由監(jiān)測中心站服務(wù)器，gsm調(diào)制解調(diào)器(tc35i)組成；

19、遠程監(jiān)測分站主要由at89c51單片機及外圍電路(led顯示、rs232c通訊、溫度采集、超上下限報警)和gsm調(diào)制解調(diào)器(tc35i)組成。監(jiān)測中心站與遠程監(jiān)測分站之間通過gsm網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無線遠程通信，實現(xiàn)了基于gsm網(wǎng)絡(luò)的遠程溫度監(jiān)測。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖21所示。溫度采集led顯示at89c51單片機gsm通信模塊gsm網(wǎng)絡(luò)gsm通信模塊監(jiān)測中心服務(wù)站手機圖2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)其中監(jiān)控終端既可以是監(jiān)控中心服務(wù)站，也可以是手機，通過手機發(fā)送at指令，與監(jiān)測分站進行通信，實現(xiàn)遠程監(jiān)測控制的目的。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 監(jiān)測中心站設(shè)計監(jiān)測中心站包括的主要硬件設(shè)備為：一臺作為監(jiān)測中心站服務(wù)器的工

20、業(yè)計算機、gsm無線通信模塊tc35i和兩者相連的串口線；除了利用pc機通過gsm模塊對系統(tǒng)終端實施監(jiān)控外，還可通過gsm手機，直接利用短消息來監(jiān)控。操作時，直接發(fā)送相關(guān)命令，來對監(jiān)控目標實施監(jiān)控。下面分別介紹這幾部分。3.1.1 監(jiān)測中心站服務(wù)器隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機的配置不斷提高，現(xiàn)在的個人pc機的配置即可作為監(jiān)測中心服務(wù)器，并配備打印機。監(jiān)測中心站服務(wù)器基本功能：(1)實時接收遠程監(jiān)測分站采集的數(shù)據(jù)并分類保存；(2)對遠程監(jiān)測分站進行監(jiān)控，對各分站的緊急報警進行處理，對各分站進行各項設(shè)置；(3)管理數(shù)據(jù)庫，并能夠?qū)崟r顯示各監(jiān)測分站的情況，打印備份的數(shù)據(jù)庫。此外，也可通過gsm手

21、機，直接利用短消息進行監(jiān)控。3.1.2 gsm無線通信模塊tc35i在監(jiān)測中心站，數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送采用gsm無線通信模塊tc35i，它具有語音、數(shù)據(jù)呼叫、短消息等許多功能，本系統(tǒng)主要采用gsm模塊tc35i的短消息接收和發(fā)送功能，下面對tc35i模塊的功能及使用方法作簡要介紹。3.1.2.1 tc35i的特點及功能tc35i是siemens公司推出的gsm專用調(diào)制解調(diào)器，它可在gsm網(wǎng)中完成語音、數(shù)據(jù)呼叫、短消息以及傳真的傳送。tc35i具有標準的工業(yè)接口和完整的sim卡閱讀器，因此使用非常簡單。(1)tc35i的主要特點如下：可以工作于雙頻段egsm900gsml800；具有語音、數(shù)據(jù)呼叫、

22、短消息和傳真?zhèn)魉凸δ?；具有模擬語音接口；可以讀寫slm卡；帶一個rs一232接口；工作電壓范圍達8-30v，在僅傳輸數(shù)據(jù)時，電壓范圍為5630v；支持gsm phase22+；支持at命令。(2)tc35i的主要接口及功能：tc35i共有40個引腳，通過一個zif(zero insertion force)連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入輸出、sim卡、音頻接口和控制。第114腳為電源部分，其中15為電源電壓輸入端vbatt+，610為地gnd，11、12為充電引腳，13對外輸出電壓(供外電路使用)，14為accutemp接負溫度系數(shù)的熱敏電阻；第15、30、3l和32

23、腳為控制部分，15為啟動線igt(ignition)，30為rtc backup，31為power down，32為sync；第1623引腳為數(shù)據(jù)輸入輸出分別為dsr0、ring0、rxd0、txd0、cts0、rts0、dtr0和dcd0。第2429引腳為sim卡引腳，分別為ccin、ccrst、ccio、ccclk、ccvcc和ccgnd；第3340引腳為語音接口用來接電話手柄；啟動電路由開漏極三極管和上電復(fù)位電路組成。模塊上電10移動臺后(電池電壓必須大于3v)，為使之正常工作，必須在15腳加時長至少為100移動臺的低電平信號，且該信號下降沿時間小于1移動臺。啟動后，15腳的信號應(yīng)保持高

24、電平。tc35i接口電路如圖所示：圖3.1 tc35i接口電路3.1.2.2. db-9接口考慮到此次設(shè)計中單片機與gsm通信模塊tci35之間通信為近距離通信，采用了rs-232c接口。因tc35i模塊中內(nèi)置rs-232c接口，故可以直接與pc機（監(jiān)控中心）進行通信而不需電平轉(zhuǎn)換。db9接口電路如圖3.2所示。圖3.2 db9接口電路3.2 遠程監(jiān)測分站設(shè)計遠程監(jiān)測分站主要硬件包括單片機及其外圍電路和gsm無線通信模塊tc35i。gsm無線通信模塊tc35i在上一節(jié)已經(jīng)做過詳細講述，在此不再贅述。單片機采用美國atmel公司生產(chǎn)的at89c51系列，根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)計了溫度采集、液晶顯示、鍵盤

25、功能、rs232c通訊等幾個功能單元。3.2.1 數(shù)字傳感器ds18b20ds18b20數(shù)字溫度傳感器芯片是dallas公司生產(chǎn)的單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。用它來實現(xiàn)一個測溫系統(tǒng)，占用主控制器端口資源少，主控制器只需要一個i/o口通過單總線就可以連接多個ds18b20數(shù)字傳感器，便于組建多結(jié)點的測溫系統(tǒng)。1.ds18b20 的主要特性（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5v（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(xiàn)微處理器與ds18b20 的雙向通訊（3）ds18b20 支持多點組網(wǎng)功能，多個ds18b20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，

26、實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫（4）ds18b20 內(nèi)部有溫度上、下限警告設(shè)置（5）溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5（6）可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)精度測溫（7）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。2.ds18b20工作原理ds18b20測溫原理如圖3.3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振

27、產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(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(shù)器1的預(yù)置值。預(yù)置低溫振蕩器高溫振蕩器累加器計數(shù)器1比較器計數(shù)器1=0溫度寄存器inc計數(shù)器2計數(shù)器2=0停止圖3.3 ds18b20的內(nèi)部框圖3.ds18b20外部電源供電方式外部電源供電方式是ds18b20 最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，

28、可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。電路圖如圖3.4所示：圖3.4 ds18b20外部電源供電3.2.2 at89c51單片機at89c51是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos8位單片機，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（perom）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲單元，由于將多功能cpu和閃速存儲器組合在一個芯片中，使其具有方便易用，性價比高的顯著特點，因此成為c51兼容單片機中最受歡迎的品種。主要性能參數(shù)：與m

29、cs-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)可重擦寫flash閃速存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0hz24mhz三級加密程序存儲器1288字節(jié)內(nèi)部ram32個可編程io口線2個16位定時計數(shù)器6個中斷源可編程串行uart通道低功耗空閑和掉電模式at89c51引腳如圖3.5所示：圖3.5 at89c51單片機引腳引腳功能說明vcc：電源電壓gnd：地p0 口：p0 口是一組8 位漏極開路型雙向io 口，也即地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個ttl邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總

30、線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在fiash編程時，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。p1口：p1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向io口，p1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流iil）。fiash編程和程序校驗期間，p1接收低8位地址。p2口：p2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向io口，p2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端

31、口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流iil）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行movxdptr指令）時，p2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行movxri 指令）時，p2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中r2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。flash編程或校驗時，p2亦接收高位地址和其它控制信號。p3口：p3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向io 口。p3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個ttl邏輯門電路。對p3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部

32、上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的p3 口將用上拉電阻輸出電流（iil）。p3口除了作為一般的io口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3.1所示：p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2int0（外中斷0）p3.3int1（外中斷1）p3.4t0（定時計數(shù)器0外部輸入）p3.5t1（定時計數(shù)器1外部輸入）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）表3.1 p3口第二功能p3口還接收一些用于flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。rst：復(fù)位輸入。當振蕩器工作時，rst引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)

33、位。aleprog：對flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的do位置位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令ale才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ale無效。psen：程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當at89c51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次psen有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的psen信號不出現(xiàn)。eavpp：外部訪問允許。欲使cpu僅訪問外部程序存儲器（地址為00

34、00hffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。xtal1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。時鐘振蕩器：at89c5l 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳xtal1 和xtal2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路

35、參見圖3.6。圖3.6 振蕩電路外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容c1、c2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容c1、c2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30pf10pf。單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)如圖3.7所示：圖3.7 單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)3.2.3鍵盤及其接口鍵盤在單片機系統(tǒng)中是一個很重要的部分。輸入數(shù)據(jù)、查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，都要用到鍵盤。鍵盤是單片機最簡單的輸入設(shè)各，是人工干預(yù)計算機的主要手段，與顯示器同屬人機通信部分。微機鍵盤可分為編碼和非編碼兩種：編碼鍵盤采用硬

36、件線路來實現(xiàn)鍵盤編碼，每按下一個鍵，鍵盤能自動生成按鍵代碼，鍵數(shù)較多，而且還能由硬件實現(xiàn)去抖動和采取一些保護措施。這種鍵盤使用方便，可以節(jié)省中央處理器相當多的時間，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜；非編碼鍵盤僅提供按鍵開關(guān)的工作狀態(tài)，其它工作由軟件完成，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡單，但占用中央處理器較多時間，一般在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用。非編碼式鍵盤可分獨立式鍵盤和行列式鍵盤兩種：獨立式鍵盤中，每個鍵占用一根i0口線，每根io口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它io口線上的狀態(tài)。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根io口線，在按鍵數(shù)量較多時，io口線浪費較大，且電路結(jié)構(gòu)顯得繁雜。故這種形式適

37、用于按鍵數(shù)量較少的場合；行列式鍵盤又稱矩陣式鍵盤，設(shè)計4行4列16個鍵，只占用8根io口線，所以鍵數(shù)目較多時，可節(jié)省uo口線。這種結(jié)構(gòu)的軟件較繁瑣。在本次設(shè)計中，根據(jù)具體應(yīng)用情況，選擇了矩陣式鍵盤。下面對矩陣式鍵盤作詳細描述。3.2.3.1鍵盤設(shè)計基礎(chǔ)包括鍵盤工作方式、鍵盤掃描技術(shù)、鍵盤抖動消除幾個部分。（1)鍵盤工作方式在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，掃描鍵盤只是中央處理器的工作任務(wù)之一。在實際應(yīng)用中要想做到既能及時響應(yīng)鍵操作，又不過多地占用處理器的工作時間，就要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中處理器的忙閑情況，選擇適當?shù)逆I盤工作方式。鍵盤的工作方式分為編程掃描方式、定時掃描方式和中斷掃描方式3種。編程掃描方式：利用處理

38、器在完成其它工作的空余時間，調(diào)用鍵盤掃描子程序，來響應(yīng)鍵輸入要求。在執(zhí)行鍵功能程序時，處理器不再響應(yīng)鍵輸入要求。編程掃描程序應(yīng)具備以下功能：判斷鍵盤上有無鍵按下；去除鍵的抖動影響；掃描鍵盤，得到按下鍵的鍵號。定時掃描方式：每隔一定的時間對鍵盤掃描一次。在這種掃描方式中，通常利用單片機內(nèi)的定時器，產(chǎn)生10移動臺的定時中斷，處理器響應(yīng)定時器溢出中斷請求，對鍵盤進行掃描，以響應(yīng)鍵盤輸入請求。中斷掃描方式：對鍵盤定時掃描控制方式的主要優(yōu)點，是能及時響應(yīng)鍵入的命令或數(shù)據(jù)，便于用戶對正在執(zhí)行的程序進行干預(yù)。這種控制方式，不管鍵盤上有無鍵閉合，處理器總是定時地關(guān)心鍵盤狀態(tài)，因為人工鍵入動作極慢，有時操作員對

39、正在運行的系統(tǒng)很少甚至不會干預(yù)，所以在大多數(shù)情況下，處理器對鍵盤進行空掃描。為了進一步提高效率，可以采用中斷方式，當鍵盤上有鍵閉合時產(chǎn)生中斷請求，處理器響應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，判斷鍵盤上閉合鍵的鍵號，并作相應(yīng)處理；當無鍵按下時，cpu執(zhí)行自己的工作。為了提高單片機的效率，本設(shè)計采用編程掃描方式。(2)鍵盤掃描技術(shù)檢測到有鍵閉合時，或因有閉合鍵而申請中斷并得到響應(yīng)后，應(yīng)進行鍵掃描，以判斷是哪個鍵被按下。通常的鍵盤掃描方式有：行掃描法、線反轉(zhuǎn)法和中斷法。行掃描法：是在確認有鍵閉合之后，逐行(或逐列)置低電平，并讀入列(或行)狀態(tài)，如果出現(xiàn)非全1狀態(tài)，那么該狀態(tài)的行列交叉點就是被按下鍵。線反轉(zhuǎn)法

40、：首先，將列線作為輸出線，行線作為輸入線。置輸出線全部為0，此時行線中呈低電平0的為按鍵所在行，如果全部都不是0，則沒有按鍵按下；其次，將第一步反過來，即將行線作為輸出線，列線作為輸入線。置輸出線全部為0，此時列線呈低電平的為按鍵所在的列。這樣，就可以確定按鍵的位置。中斷法：一般用于較為復(fù)雜的單片機系統(tǒng)中，且需要外圍的硬件芯片，成本較高，在此不再贅述。本系統(tǒng)采用線反轉(zhuǎn)法，比之行掃描法其掃描速度較快，而中斷法需添加額外的硬件芯片，成本增大，故采用線反轉(zhuǎn)法。 (3)按鍵抖動消除鍵觸點在閉合或斷開瞬問，由于機械觸點的彈性作用，會產(chǎn)生短暫的抖動現(xiàn)象。抖動時問長短與機械特性有關(guān)，一般為5移動臺10移動臺

41、，抖動過程引起電平信號的波動，有可能令處理器誤解為多次按鍵操作，而引起誤處理。消除鍵抖動影響的方法通過軟硬件均可實現(xiàn)。使用硬件方法時，可通過rs觸發(fā)器消除，但一般只適用于鍵數(shù)目較少的情況；若鍵數(shù)目較多，通常采用軟件延時的方法：當檢測到有鍵按下時，調(diào)用一個延時(一般為5移動臺20移動臺)子程序，然后再次檢測到該鍵電平仍為閉合狀態(tài)，才確認該鍵已按下，并進行相應(yīng)處理工作。3.2.3.2系統(tǒng)鍵盤設(shè)計系統(tǒng)鍵盤設(shè)計選用非編碼鍵盤系統(tǒng)中的編程掃描方式，設(shè)計的矩陣鍵盤電路如圖3.8所示。圖3.8 矩陣鍵盤電路3.2.4 led顯示1.led的結(jié)構(gòu)與原理led顯示是由若干個發(fā)光二極管組成的，當發(fā)光二極管導(dǎo)通時，

42、相應(yīng)的一個點或一段發(fā)光，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出不同的字符。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，經(jīng)常使用的是7段led。通常的7段led顯示器有8個發(fā)光二級管，其中7個發(fā)光二級管構(gòu)成7段字形“8”，一個發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點，如圖3.9所示。這種顯示器有共陰和共陽兩種。共陰極led顯示器的發(fā)光二極管陰極共地，當某個發(fā)光二級管的陽極為高電平時，發(fā)光二級管導(dǎo)通。共陽極led顯示器的發(fā)光二極管陽極共+5v，當某個發(fā)光二極管的陰極為低電平時，發(fā)光二極管導(dǎo)通點亮。圖3.9 7段led2.顯示方式led顯示有兩種顯示方式，即靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。 （1）靜態(tài)顯示原理 靜態(tài)顯示是當顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二級管恒

43、定的導(dǎo)通或截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨立，公共端恒定的接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每個數(shù)碼管的8個字段分別與一個8位i/o口相連，i/o口只要有段碼輸出，即顯示出相應(yīng)的字符。并保持不變，直到i/o口輸出新的段碼。采用靜態(tài)顯示方式，較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用cpu時間少，編程簡單，顯示便于檢測和控制，但是占用的接口線較多，硬件電流復(fù)雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)較少的場合。（2） 動態(tài)顯示原理 當顯示位數(shù)較多時，因靜態(tài)顯示所需的額i/o口線較多，一般采用動態(tài)顯示方法。動態(tài)顯示是一位一位的輪流點亮各位數(shù)碼管，對于每一個數(shù)碼管來說，每隔一段時間點亮一次，這種逐位點亮數(shù)碼管的方

44、式成為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)連在一起，由一個8位的i/o口控制；各位的位選線（公共陰極或陽極）由另外的i/o口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要現(xiàn)實的字符。雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼睛的生理結(jié)構(gòu)的原因，存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短，就可以給人以同時顯示的感覺。采用靜態(tài)顯示方式，占用i/o口較多，硬件電路復(fù)雜，成本高；采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省i/o口，硬件電路也較為簡單，但其亮

45、度不如靜態(tài)顯示方式，而且cpu要一次掃描，占用cpu較多的時間。綜合考慮，采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示接口電路如圖3.10所示：圖3.10 動態(tài)顯示接口電路3.2.5串行通信1.rs-232c串行接口標準rs-232c標準是美國eia（電子工業(yè)聯(lián)合會）與bell等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020kbit/s范圍內(nèi)的通信，目前已在微機通信接口中廣泛采用。rs-232c是數(shù)據(jù)終端設(shè)備（dte）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（dce）之間的接口標準，是在計算機接口應(yīng)用中常用的一種串行通信總線標準。rs-232c標準的信號線共25根，其中只定義了22根。這22根信號線又分為主輔兩個信

46、道，大多數(shù)計算機串行通信系統(tǒng)中都只使用主信道的信號線。在通信中，即便是只使用主信道，也并非主信道的所有信號都要連接，一般情況下只需使用其中的9根信號線。rs-232c接口標準如下表3.2所示：1cd載波檢測2rxd接收數(shù)據(jù)3txd發(fā)送數(shù)據(jù)4dtr數(shù)據(jù)端備準備好5gnd接地6dsr數(shù)據(jù)裝置準備好7rts請求發(fā)送8cts允許發(fā)送9ri響鈴指示表3.2 rs-232c接口標準2.rs-232c串行通信標準接口的電氣特性rs-232c標準對電氣特性、邏輯電平和各種信號線功能都做了規(guī)定。對于數(shù)據(jù)，邏輯“0”的電平高于-3v，邏輯“1”的電平低于+3v；對于控制信號，接通狀態(tài)即信號有效地電平高于+3v，斷

47、開狀態(tài)即信號無效的電平低于-3v。也就是當傳輸電平的絕對值大于3v時，電路可以有效的檢查出來，介于-3v+3v之間的電壓無意義，低于-15v或高于+15v的電壓也認為是無意義，因此，實際工作時，應(yīng)保證電平在（315）v之間。3.串行通信功能實現(xiàn)單片機輸入輸出電平為ttl電平，而tc35i是rs-232c標準串行接口，二者的電氣規(guī)范不一致，完成單片機與通信模塊的數(shù)據(jù)通信，必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用maxim公司生產(chǎn)的max232芯片，max3222能實現(xiàn)ttl與rs.232c電平轉(zhuǎn)換。max232芯片的引腳定義如圖3.11所示：圖3.11 max232芯片芯片引腳功能：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給rs-232串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（r1in）、12腳（r1out）、11腳（t1in）、14腳（t1out）為第一數(shù)據(jù)通道。 8腳（r2in）、9腳（r2out）、10腳（t2in）、7腳（t2out）為第二數(shù)據(jù)通道。 ttl/cmos數(shù)據(jù)從t1in、t2in輸入轉(zhuǎn)換成rs-232c數(shù)據(jù)從t1