基于GPRS的遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1

1、hebei united university畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)說(shuō)說(shuō)明明書(shū)書(shū)graduate design設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目：基于：基于 gprsgprs 的遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要gprs 作為一種高速、高效、經(jīng)濟(jì)的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)帶寬寬、適應(yīng)性強(qiáng)、計(jì)價(jià)按數(shù)據(jù)流量計(jì)算、實(shí)時(shí)在線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，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，能夠滿(mǎn)足數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控的雙向數(shù)據(jù)信息傳輸。文中設(shè)計(jì)了一種溫度控制系統(tǒng)，提高了溫度檢測(cè)系統(tǒng)的綜合性能用單片機(jī)作為微控器，選用數(shù)字溫度傳感器，對(duì)溫度進(jìn)行控制，提出了一種基于 gprs 技術(shù)的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案，采

2、用 msp430 單片機(jī)和 ds18b20 數(shù)字溫度傳感器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)的采集和處理，再通過(guò) gprs 模塊 mg323 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸和接收，具有精度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。硬件方面設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)，以 msp430 單片機(jī)為核心，采用了溫度傳感器 ds18b20，以 gprs無(wú)線(xiàn)通信模塊為基礎(chǔ)，基于 at 指令和數(shù)據(jù)采集器，構(gòu)建一個(gè)遠(yuǎn)程的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)溫度進(jìn)行控制。關(guān)鍵詞 溫度采集系統(tǒng)；ds18b20；單片機(jī)；gprsabstractgprs as wireless a high-speed, high efficiency, economy system,

3、has a wide network coverage, according to the data with eric, strong adaptability, valuation data flow calculation, the advantages of real-time online, especially suitable for intermittent, sudden and frequent, small amounts of data transmission, can satisfy the data acquisition and monitoring of th

4、e bidirectional data transmission.in this paper, we design a temperature control system, improve the comprehensive use of temperature detection system single chip as micro controller, digital temperature sensor, the temperature control, puts forward a remote temperature monitoring system scheme base

5、d on gprs technology, the scene is realized by using msp430 mcu and ds18b20 digital temperature sensor temperature data acquisition and processing, again by mg323 gprs module to achieve remote data transmission and receiving, has features of high precision and good stability. a hardware design based

6、 on single chip microcomputer intelligent temperature control system, with msp430 single chip microcomputer as the core, adopting the temperature sensor ds18b20, based on the gprs wireless communication module, based on the at commands and data collector, to build a remote temperature data acquisiti

7、on system, to control the temperature.keywords temperature acquisition system; ds18b20; single chip microcomputer; gprs;目 錄摘 要.iabstract.ii第 1 章 緒論.11.1 引言.11.2 課題設(shè)計(jì)背景.11.3 課題設(shè)計(jì)意義.2第 2 章 系統(tǒng)主要模塊介紹和硬件設(shè)計(jì).32.1 主控芯片介紹.32.1.1 msp430f149 芯片概述.32.1.2 msp430f149 芯片引腳.32.1.3 單片機(jī)控制模塊.52.2 gprs 模塊介紹.72.2.1 gprs

8、 模塊 b2b 連接器接口.72.2.2 mg323 電源接口.92.2.3 控制信號(hào)接口和開(kāi)/關(guān)機(jī)時(shí)序.102.2.4 uart 接口.122.2.5 sim 卡接口.132.3 溫度傳感器簡(jiǎn)介.142.3.1 ds18b20 管腳配置和內(nèi)部結(jié)構(gòu).152.3.2 ds18b20 的工作原理.162.3.3 ds18b20 的硬件設(shè)計(jì).182.4 顯示模塊.192.4.1 液晶驅(qū)動(dòng)芯片.192.4.2 段式液晶顯示器.212.4.3 顯示模塊硬件電路設(shè)計(jì).212.5 電源模塊.222.5.1 單片機(jī)供電模塊.222.5.2 gprs 供電模塊.23第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).253.1 溫度采集

9、程序設(shè)計(jì).253.2 gprs 模塊程序設(shè)計(jì).263.3 系統(tǒng)總體程序設(shè)計(jì).29第 4 章 系統(tǒng)硬件電路板的設(shè)計(jì).314.1 系統(tǒng)硬件原理圖.314.2 系統(tǒng) pcb 圖.334.3 硬件制作.344.4 硬件調(diào)試.35結(jié) 論.36參考文獻(xiàn).37謝 辭.39附 錄.40附錄 1：系統(tǒng)硬件原理圖 .40附錄 2：顯示模塊程序 .42附錄 3：溫度傳感器程序 .49附錄 4：gprs 模塊程序 .52附錄 5：系統(tǒng)整體程序 .54第 1 章 緒論1.1 引言溫度檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常普遍，傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)一般采用分散式三級(jí)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)多采用有線(xiàn)傳輸方式，其遠(yuǎn)程線(xiàn)路鋪設(shè)及維護(hù)不僅需要

10、較高的成本，而且引線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)功耗上升，穩(wěn)定性下降。溫度是工業(yè)生產(chǎn)中主要的被控參數(shù)之一，與之相關(guān)的各種溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于冶金、化丁、機(jī)械、食品等領(lǐng)域。溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的過(guò)程控制。有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著社會(huì)的進(jìn)步和生產(chǎn)的需要，利用無(wú)線(xiàn)通信進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集的方式應(yīng)用已經(jīng)滲透到生活各個(gè)方面。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，由于生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工作人員不能長(zhǎng)時(shí)間停留在現(xiàn)場(chǎng)觀察設(shè)備是否運(yùn)行正常，就需要采集數(shù)據(jù)并傳輸數(shù)據(jù)到一個(gè)環(huán)境相對(duì)好的操控室內(nèi)，這樣就會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。由于廠(chǎng)房大、需要傳輸數(shù)據(jù)多，使用傳統(tǒng)的有線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方式就需要鋪設(shè)很多很長(zhǎng)的通訊線(xiàn)，浪費(fèi)資源，占

11、用空間，可操作性差，出現(xiàn)錯(cuò)誤換線(xiàn)困難。而且，當(dāng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、所處的環(huán)境不允許或無(wú)法鋪設(shè)電纜時(shí)，數(shù)據(jù)甚至無(wú)法傳輸，此時(shí)便需要利用無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，不論是溫室大棚的溫度監(jiān)測(cè)，還是糧倉(cāng)的管理，傳統(tǒng)上都是采取分區(qū)取樣的人工方法，工作量大，可靠性差。而且大棚和糧倉(cāng)占地面積大，檢測(cè)目標(biāo)分散，測(cè)點(diǎn)較多，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。當(dāng)前的科技水平下，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展使得溫度采集測(cè)量精確，簡(jiǎn)便易行。在日常生活中，隨著人們生活水平的提高，居住條件也逐漸變得智能化。如今很多家庭都會(huì)安裝室內(nèi)溫度采集控制系統(tǒng)，其原理就是利用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)采集室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)室內(nèi)溫度情

12、況進(jìn)行遙控通風(fēng)等操作，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度濕度，可以更好地改善人們的居住環(huán)境。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了華為公司推出的 mg323 gprs 模塊，由 msp430f149單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信。該接口設(shè)計(jì)具有成本低、傳輸速率高、軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單以及通信穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。1.2 課題設(shè)計(jì)背景溫度與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，需要對(duì)溫度監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合非常多。傳統(tǒng)的有線(xiàn)測(cè)溫方式存在著布線(xiàn)復(fù)雜，線(xiàn)路容易老化等問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)與有線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)相比，有成本低、攜帶方便、搭建網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單快捷等特點(diǎn)，特別是在有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不通暢或由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素的限制不便架設(shè)線(xiàn)路的情況下，使用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)顯得更加實(shí)用、快捷。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通

13、信技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。gprs 技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研究、地區(qū)范圍內(nèi)試用到正式商用，經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的完善，技術(shù)先進(jìn)可靠。gprs 設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)控終端傳輸設(shè)備一開(kāi)機(jī)就能自動(dòng)附著到 gprs 網(wǎng)絡(luò)上，與數(shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)在線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，高速輸，可靠性高。隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，采用無(wú)線(xiàn)的傳輸方式已成為遠(yuǎn)程分布式溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。gprs 技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域的發(fā)展，已經(jīng)能夠?qū)嶋H應(yīng)用到許多需要無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)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?shí)時(shí)性與可靠性成了設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵。1.3 課題設(shè)計(jì)意義本文對(duì)gprs遠(yuǎn)程溫

14、度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。溫度檢測(cè)采用 ds18b20，非常適用于多點(diǎn)、惡劣環(huán)境下的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度高，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，而且可應(yīng)用于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無(wú)法到達(dá)的地方，實(shí)現(xiàn)了溫度監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化智能化，具有成本低廉分布靈活，實(shí)時(shí)在線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。gprs模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，適用于遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)，不受地形條件的限制，有著廣泛的應(yīng)用前景。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)給遠(yuǎn)程對(duì)溫度的要求提供了方便，而且快捷，成本不高等，為農(nóng)業(yè)工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)極大的方面。第 2 章 系統(tǒng)主要模塊介紹和硬件設(shè)計(jì)2.1 主控芯片介紹2.1.1 msp430f149 芯片概述單片機(jī)芯片配以必要的外部器件

15、，一般包括電源供入及電源開(kāi)關(guān)、復(fù)位電路、晶振、輸入輸出電路等就能構(gòu)成最小系統(tǒng)。msp430f149 芯片是美國(guó) ti 公司推出的超低功耗微處理器，有 60kb+256 字節(jié) flash，2kbram，包括基本時(shí)鐘模塊、看門(mén)狗定時(shí)器、帶 3 個(gè)捕獲/比較寄存器和 pwm 輸出的 16 位定時(shí)器、帶 7 個(gè)捕獲/比較寄存器和 pwm 輸出的 16 位定時(shí)器、2 個(gè)具有中斷功能的 8 位并行端口、4 個(gè) 8 位并行端口、模擬比較器、12位 a/d 轉(zhuǎn)換器、2 個(gè)串行通信接口等模塊。msp430f149 芯片具有如下特點(diǎn)：（1）功耗低：電壓 2.2v、時(shí)鐘頻率 1mhz 時(shí)，活動(dòng)模式為 200a；關(guān)閉

16、模式時(shí)僅為 0.1a，且具有 5 種節(jié)能工作方式。（2）高效 16 位 risc-cpu，27 條指令，8mhz 時(shí)鐘頻率時(shí)，指令周期時(shí)間為 125ns，絕大多數(shù)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期完成；32khz 時(shí)鐘頻率時(shí)，16 位msp430 單片機(jī)的執(zhí)行速度高于典型的 8 位單片機(jī) 20mhz 時(shí)鐘頻率時(shí)的執(zhí)行速度。（3）低電壓供電、寬工作電壓范圍：1.83.6v；（4）靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)：兩個(gè)外部時(shí)鐘和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘；（5）低時(shí)鐘頻率可實(shí)現(xiàn)高速通信；（6）具有串行在線(xiàn)編程能力；（7）強(qiáng)大的中斷功能；（8）喚醒時(shí)間短，從低功耗模式下喚醒僅需 6 微妙；（9）esd 保護(hù)，抗干擾力強(qiáng)；（10）運(yùn)行環(huán)境溫度范圍為

17、-40+85，適合于工業(yè)環(huán)境。msp430 系列單片機(jī)的所有外圍模塊的控制都是通過(guò)特殊寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故其程序的編寫(xiě)相對(duì)簡(jiǎn)單。編程開(kāi)發(fā)時(shí)通過(guò)專(zhuān)用的編程器，可以選擇匯編或 c語(yǔ)言編程，iar 公司為 msp430 系列的單片機(jī)開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的 c430 語(yǔ)言，可以通過(guò) workbench 和 c-spy 直接編譯調(diào)試，使用靈活簡(jiǎn)單。2.1.2 msp430f149 芯片引腳58 腳 rst/nmi 為 430 單片機(jī)的復(fù)位引腳（低電平有效） 。1 腳 dvcc，63 腳 dvss 為數(shù)字電源接口。64 腳 avcc，62 腳 avss 為模擬電源接口。注意：msp430 系列單片機(jī)的供電電壓為 1.

18、8v3.6v。32 腳 utxd0，33 腳 urxd0 的第二功能為 msp430f149 單片機(jī)兩路串口通訊接口中的第一路。圖 2.1 單片機(jī)管腳圖34 腳 utxd1，35 腳 urxd1 的第二功能為 msp430f149 單片機(jī)兩路串口通訊接口中的第二路。29 腳 simo0，30 腳 somi0，31 腳 uclk0 的第二功能為 msp430f149 單片機(jī)兩路 spi 通訊接口中的第一路。45 腳 simo1，46 腳 somi1，47 腳 uclk1 的第二功能為 msp430f149 單片機(jī)兩路 spi 通訊接口中的第二路。48 腳的第二功能為 msp430f149 單片機(jī)

19、 mclk（主系統(tǒng)時(shí)鐘）的輸出端。49 腳的第二功能為 msp430f149 單片機(jī)，sclk（子系統(tǒng)時(shí)鐘）的輸出端。50 腳的第二功能為 msp430f149 單片機(jī)，aclk（輔系統(tǒng)時(shí)鐘）的輸出端。52 腳，53 腳為外部高頻時(shí)鐘晶振輸入端（程序中說(shuō)明一般用 xt2clk 或hf xtal 表示） 。8 腳，9 腳為外部低頻時(shí)鐘晶振輸入端（程序中說(shuō)明一般用 lfxticlk 表示） 。 59 腳 ta0，60 腳 ta1，61 腳 ta2，2 腳 a3，3 腳 a4，4 腳 a5，5 腳 a6，6腳 a7 的第二功能為 8 路的內(nèi)部 12 位 adc 模擬電壓輸入端口。54 腳 tdo/t

20、di，55 腳 tdi/tclk，56 腳 tms，57 腳 tck 為 jtag 接口（同時(shí)擁有仿真器和編程器的功能） ，用于下載程序并實(shí)現(xiàn)硬件在線(xiàn)仿真。2.1.3 單片機(jī)控制模塊單片機(jī)控制模塊由 msp430f149 最小系統(tǒng)組成，其中包括單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路。（1）單片機(jī) 圖 2.2 單片機(jī)硬件原理圖（2）晶振電路msp430 系列單片機(jī)時(shí)鐘模塊包括數(shù)控振蕩器(dco)、高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器等 3 個(gè)時(shí)鐘源。這是為了解決系統(tǒng)的快速處理數(shù)據(jù)要求和低功耗要求的矛盾，通過(guò)設(shè)計(jì)多個(gè)時(shí)鐘源或?yàn)闀r(shí)鐘設(shè)計(jì)各種不同工作模式，才能解決某些外圍部件實(shí)時(shí)應(yīng)用的時(shí)鐘要求，如低頻通信、lcd 顯示

21、、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。數(shù)字控制振蕩器 dco 已經(jīng)集成在 msp430 內(nèi)部，在系統(tǒng)中只需設(shè)計(jì)高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器兩部分電路。低速晶體振蕩器滿(mǎn)足了低功耗及使用 32.768khz 晶振的要求。低速晶振振蕩器默認(rèn)工作在低頻模式，即 32.768khz，也可以通過(guò)外接 450khz8mhz 的高速晶體振蕩器或陶瓷諧振器工作在高頻模式，在本電路中我們使用低頻模式，晶振外接 2 個(gè) 15pf 的電容經(jīng)過(guò) x3 和 x4 連接到 mcu。高速晶振也稱(chēng)為第二振蕩器，它為 msp430f149 工作在高頻模式時(shí)提供時(shí)鐘，最高可達(dá) 8mhz。在系統(tǒng)中采用 4mhz 的晶體，外接 2 個(gè) 20pf 的電

22、容經(jīng)過(guò) x1 和x2 連接到單片機(jī)。圖 2.3 晶振電路原理圖（3）復(fù)位電路單片機(jī)采用上電復(fù)位，復(fù)位端低電平有效。圖 2.4 復(fù)位電路原理圖2.2 gprs 模塊介紹mg323 模塊是華為推出的一款 4 頻段的 gprs 模塊。工作頻段為 gsm850/ 900/ 1800/ 1900 mhz，電源電壓為 3.3v4.8v，推薦電壓為 3.8v。2.2.1 gprs 模塊 b2b 連接器接口mg323 模塊對(duì)外接口形態(tài)為 50pin b2b 連接器，mg323 模塊對(duì)外 50pin b2b 信號(hào)接口管腳順序和定義如下圖所示。圖 2.5 b2b 連接器接口順序和定義圖 2.6 mg323 模塊硬

23、件電路圖2.2.2 mg323 電源接口mg323 模塊 b2b 接口的電源部分主要包含：供電電源 vbat 接口，實(shí)時(shí)時(shí)鐘 rtc 備用電源 vcoin 接口，對(duì)外電源輸出 vio 接口 。表 2-1 電源接口管腳定義管腳號(hào)信號(hào)名描述42、44、46、48、50vbat供電電源電壓輸入管腳41、43、45、47、49gnd地35vcoin實(shí)時(shí)時(shí)鐘(rtc)備用電源輸入管腳40vio對(duì)外電源輸出管腳（1）vbat 接口mg323 模塊正常工作時(shí)需要通過(guò) vbat 管腳來(lái)提供供電電源，供電電源電壓輸入范圍為 3.3v4.8v（典型值 3.8v） 。50pin b2b 連接器為外部供電電源輸入提供

24、 5 個(gè) vbat 管腳和 5 個(gè) gnd 管腳，mg323 模塊在正常使用時(shí)，需保證全部管腳都得到有效使用。當(dāng) mg323 模塊針對(duì)不同外部應(yīng)用時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注供電電源方面的設(shè)計(jì)。由于實(shí)際網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境的差異，當(dāng) mg323 模塊以最大功率發(fā)射時(shí)，電源供電的瞬時(shí)電流將有可能達(dá)到 2.0a 左右的瞬時(shí)峰值，屆時(shí)將會(huì)引起 vbat 電壓的跌落，所以應(yīng)確保 vbat 在任何 情況下供電電源電壓的跌落不能低于 3.3v，否則可能會(huì)引起 mg323 模塊重啟等異常情況。對(duì)于外部供電電源，推薦使用電流輸出能力大于 2a 的 ldo 或開(kāi)關(guān)電源，并且在模塊 的電源端口處并聯(lián)一個(gè) 2mf 以上的蓄能電容。對(duì)于蓄能

25、電容，推薦使用 2.2mf 以上的 電解電容。此外，為了降低通路上阻抗對(duì)電壓跌落的影響，建議盡量縮短 vbat 的走 線(xiàn)。（2）vcoin 接口vcoin 是 mg323 模塊內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘 rtc 備用電源輸入接口。當(dāng) vbat 在位時(shí)，實(shí)時(shí) 時(shí)鐘 rtc 可以?xún)?yōu)先通過(guò) vbat 供電；當(dāng) vbat 不在位時(shí)，vcoin 為實(shí)時(shí)時(shí)鐘 rtc 提 供備用電源輸入，此時(shí) mg323 模塊維持實(shí)時(shí)時(shí)鐘 rtc 功能所需電流約為 5ua。vcoin 可以使用外部電池供電，推薦使用的電池電壓為 3v；如果不使用電池，也可以外接電容，電容的容值大小決定了在 vbat 不在位時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 rtc 的持續(xù)時(shí)間。

26、mg323 模塊支持對(duì)外部備用電池進(jìn)行充電，當(dāng) vbat=3.8v 時(shí)，充電電流約為 0.6ma(典型值)。（3）vio 接口vio 接口可對(duì)外提供 2.8v 供電電壓，輸出電流為 10ma（典型值） ，可以用于外部電平 轉(zhuǎn)換或者其他應(yīng)用。當(dāng) mg323 模塊處于 sleep 模式下，vio 處于開(kāi)啟的低功耗狀態(tài)（500ua） ；當(dāng) mg323 模塊在 power down 模式時(shí)，vio 則處于關(guān)閉狀態(tài)。2.2.3 控制信號(hào)接口和開(kāi)/關(guān)機(jī)時(shí)序mg323 模塊 b2b 接口的控制信號(hào)部分主要包括：開(kāi)/關(guān)機(jī)（term_on）接口，硬件復(fù)位（reset）接口，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示（led_seatus）接

27、口。 表2-2 控制信號(hào)接口管腳定義管腳號(hào)信號(hào)名描述20term_on開(kāi)/關(guān)機(jī)控制管腳22reset硬件復(fù)位管腳25led_status網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示管腳 （1）輸入控制信號(hào)對(duì)于輸入控制信號(hào)接口部分，mg323 模塊主要實(shí)現(xiàn)開(kāi)/關(guān)機(jī)控制和硬件復(fù)位功能。term_on 管腳用于實(shí)現(xiàn)開(kāi)/關(guān)機(jī)功能。當(dāng) term_on 管腳拉低1s 后，即可開(kāi)機(jī)；開(kāi) 機(jī)后，如果再次將 term_on 管腳拉低1s，即可關(guān)機(jī)。reset 管腳用于實(shí)現(xiàn)模塊硬件復(fù)位。當(dāng)模塊出現(xiàn)軟件死機(jī)的情況時(shí)，通過(guò)拉低 reset 管腳10ms 后，模塊進(jìn)行硬件復(fù)位。（2）輸出控制信號(hào)mg323 模塊提供了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示接口 led_st

28、atus，通過(guò)該接口輸出的脈沖信號(hào) 來(lái)控制用戶(hù)接口板上的 led 狀態(tài)指示燈，顯示網(wǎng)絡(luò)連接的狀態(tài)。led 狀態(tài)指示燈閃爍的不同模式，代表了不同的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，管腳狀態(tài)如下表所示。表2-3 led_status 管腳狀態(tài)指示說(shuō)明工作或網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)led_status 管腳輸出狀態(tài)睡眠模式持續(xù)低電平搜網(wǎng)狀態(tài)或無(wú)網(wǎng)絡(luò)時(shí)（含無(wú)sim卡或未解pin 碼時(shí)）周期1s，高電平輸出0.1s已注冊(cè)上2g 網(wǎng)絡(luò)周期3s，高電平輸出0.1sgprs 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)周期0.125s，高電平輸出0.1s語(yǔ)音呼叫持續(xù)高電平在實(shí)際應(yīng)用中，led_status 管腳不能直接用于驅(qū)動(dòng) led 狀態(tài)指示燈，需要配合三極 管使用，led 燈的限

29、流電阻選擇，請(qǐng)根據(jù) led 的實(shí)際壓降和額定電流選擇合適的限流 電阻，驅(qū)動(dòng)示意電路如圖所示。圖 2.7 mg323 信號(hào)指示燈（3）開(kāi)/關(guān)機(jī)時(shí)序mg323 模塊可以通過(guò)開(kāi)/關(guān)機(jī)鍵 term_on 進(jìn)行開(kāi)機(jī)，開(kāi)機(jī)后軟件會(huì)根據(jù)實(shí)際設(shè)置情 況上報(bào)相關(guān)信息。圖 2.8 開(kāi)機(jī)時(shí)序mg323 模塊支持硬件復(fù)位功能。當(dāng) mg323 模塊出現(xiàn)軟件死機(jī)的情況時(shí)，您可以通過(guò) reset 信號(hào)控制模塊實(shí)現(xiàn)硬件復(fù)位功能。當(dāng)硬件復(fù)位完成后，軟件開(kāi)始開(kāi)機(jī)流程，開(kāi) 機(jī)后軟件會(huì)根據(jù)實(shí)際設(shè)置情況上報(bào)相關(guān)信息。圖 2.9 關(guān)機(jī)時(shí)序2.2.4 uart 接口mg323 模塊對(duì)外提供一路異步 rs-232 uart1(8 線(xiàn)全串口)

30、通信接口。uart1 支持標(biāo)準(zhǔn) modem 握手信號(hào)控制方式，通過(guò) uart1 接口與外界進(jìn)行串行通信和 at 指令輸入。表 2-4 uart 接口定義管腳號(hào)信號(hào)名描述29uart1_rd模塊數(shù)據(jù)發(fā)送端33uart1_td模塊數(shù)據(jù)接收端38uart1_rin g模塊振鈴指示32uart1_dsr模塊數(shù)據(jù)設(shè)備就緒34uart1_rts請(qǐng)求發(fā)送36uart1_dtr數(shù)據(jù)終端就緒28uart1_cts模塊清除發(fā)送24uart1_dcd模塊載波檢測(cè)2.2.5 sim 卡接口mg323 模塊提供了符合 iso7816-3 標(biāo)準(zhǔn)的 sim 卡接口，支持自動(dòng)檢測(cè) 3.0v和 1.8v sim 卡，sim 卡

31、接口定義如下表所示。表 2-5 sim 卡接口定義表管腳號(hào)信號(hào)名描述1sim_clksim 卡時(shí)鐘3vsimsim 卡電源5sim_datasim 卡數(shù)據(jù)7sim_rstsim 卡復(fù)位11gndsim 卡地mg323 模塊上沒(méi)有預(yù)留 sim 卡座，而是通過(guò) 50pin 的 b2b 連接器將 sim 卡相關(guān)信號(hào) 引到外部，由用戶(hù)自行在接口板上放置 sim 卡座。sim 卡接口硬件電路如下圖所示。圖 2.10 sim 卡原理圖圖 2.11 sim 卡原理圖2.3 溫度傳感器簡(jiǎn)介在設(shè)計(jì)中，溫度采集模塊我使用的是美國(guó) dallas 公司采用單總線(xiàn)技術(shù)生產(chǎn)的一種新型數(shù)字式溫度傳感器 ds18b20。ds

32、18b20 溫度芯片是一種集成芯片，能夠有效的減小外界的干擾，提高測(cè)量的精度，簡(jiǎn)化電路的結(jié)構(gòu)。使用集成芯片，已經(jīng)慢慢的成為設(shè)計(jì)電路的一種趨勢(shì)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用溫度芯片ds18b20，也正是順應(yīng)了這一趨勢(shì)。ds18b20 是 dallas 公司生產(chǎn)的一線(xiàn)式數(shù)字溫度傳感器，其測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625c，其提供 9 位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過(guò)單線(xiàn)接口送入ds1820 或從 ds1820 送出。因此從中央處理器到 ds1820 僅需連接一條線(xiàn)（和地），讀寫(xiě)和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線(xiàn)本身提供而不需要外部電源。因?yàn)槊恳粋€(gè) ds1820 有唯一的系列號(hào)，因此多個(gè) ds1820 可以存在于

33、同一條單線(xiàn)總線(xiàn)上，這樣占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線(xiàn)和邏輯電路。這就允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件。此特性的應(yīng)用范圍包括 hvac 環(huán)境控制、建筑物設(shè)備或機(jī)械內(nèi)的溫度檢測(cè)，以及過(guò)程監(jiān)視和控制中的溫度檢測(cè)。 ds18b20 支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口，測(cè)量溫度范圍為-55+125c，在-10+85c 范圍內(nèi),精度為0.5c?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線(xiàn)總線(xiàn)”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。溫度芯片 ds18b20 轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換精度高，與微處理器的接口簡(jiǎn)單，給硬件設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了極大的方便，能有效地降低成本，縮短開(kāi)發(fā)周期。 在本檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用外部電源

34、供電測(cè)溫的工作方式，其中電阻 r 是上拉電阻，使得單線(xiàn)總線(xiàn)的空閑狀態(tài)是高電平。2.3.1 ds18b20 管腳配置和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 2.12 ds18b20 管腳圖引腳定義： (1)gnd 為電源地；(2)dq 為單數(shù)據(jù)總線(xiàn)，是數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端；(3)vdd 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線(xiàn)方式時(shí)接地） 。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：圖 2.13 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（1）光刻 rom 中的 64 位序列號(hào)是出廠(chǎng)前被光刻好的，它可以看作是該 ds18b20 的地址序列碼。 64 位光刻 rom 的排列是：開(kāi)始 8 位（28h）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，接著的 48 位是該 ds18b20 自身的序列號(hào)，最后

35、 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ crc=x8+x5+x4+1） 。光刻 rom 的作用是使每一個(gè) ds18b20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線(xiàn)上掛接多個(gè)ds18b20 的目的。（2）ds18b20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/lsb 形式表達(dá)，其中 s 為符號(hào)位。 圖 2.14 ds18b20 溫度值格式表這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18b20 的兩個(gè) 8 比特的ram 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這 5 位為 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘

36、于 0.0625 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到實(shí)際溫度。 例如+125的數(shù)字輸出為 07d0h，+25.0625的數(shù)字輸出為 0191h，-25.0625的數(shù)字輸出為 ff6fh，-55的數(shù)字輸出為 fc90h。2.3.2 ds18b20 的工作原理ds18b20 的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18b20 的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。 18b20 共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： （1）rom 只讀存

37、儲(chǔ)器，用于存放 ds18b20id 編碼，其前 8 位是單線(xiàn)系列編碼（ ds18b20 的編碼是 19h） ，后面 48 位是芯片唯一的序列號(hào)，最后 8 位是以上 56 的位的 crc 碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶(hù)更改。ds18b20 共 64 位 rom。 （2）ram 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，ds18b20 共 9 個(gè)字節(jié) ram，每個(gè)字節(jié)為 8 位。第 1、2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 3、4 個(gè)字節(jié)是用戶(hù) eeprom（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第5 個(gè)字節(jié)則是用戶(hù)第 3 個(gè)eeprom 的鏡像。第 6、

38、7、8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶(hù)得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第9 個(gè)字節(jié)為前 8 個(gè)字節(jié)的 crc 碼。eeprom 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，ds18b20 共 3 位eeprom，并在 ram 都存在鏡像，以方便用戶(hù)操作。ds18b20 的使用方法 （1）ds18b20 的初始化。圖 2.15 ds18b20 的初始化時(shí)序圖1、先將數(shù)據(jù)線(xiàn)置高電平 “1” 。2、延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很?chē)?yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)）3、數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到低電平 “0” 。4、延時(shí) 750 微秒（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從480 到

39、 960 微秒） 。5、數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到高電平 “1” 。6、延時(shí)等待（如果初始化成功則在15 到 60 毫秒時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由ds18b20 所返回的低電平 “0” 。據(jù)該狀態(tài)可以來(lái)確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無(wú)限的進(jìn)行等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。7、若 cpu 讀到了數(shù)據(jù)線(xiàn)上的低電平 “0”后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的高電平算起（第（ 5）步的時(shí)間算起）最少要 480 微秒。8、將數(shù)據(jù)線(xiàn)再次拉高到高電平 “1”后結(jié)束。 （2）ds18b20 的寫(xiě)操作圖 2.16 ds18b20 的寫(xiě)操作時(shí)序圖1、數(shù)據(jù)線(xiàn)先置低電平 “0” 。2、延時(shí)確定的時(shí)間為 15 微秒。3、按

40、從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位） 。4、延時(shí)時(shí)間為 45 微秒。5、將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到高電平。6、重復(fù)（ 1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。7、最后將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉高。（3）ds18b20 的讀操作圖 2.17 ds18b20 的讀操作時(shí)序圖1、將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉高 “1” 。2、延時(shí) 2 微秒。3、將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉低 “0” 。4、延時(shí) 15 微秒。5、將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉高 “1” 。6、延時(shí) 15 微秒。7、讀數(shù)據(jù)線(xiàn)的狀態(tài)得到 1 個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。8、延時(shí) 30 微秒。2.3.3 ds18b20 的硬件設(shè)計(jì)ds18b20 在本系統(tǒng)中與發(fā)送端單片機(jī)的p1.4 連接。如圖：圖 2.18 ds

41、18b20 硬件原理圖2.4 顯示模塊2.4.1 液晶驅(qū)動(dòng)芯片ht1621 是 128 點(diǎn)內(nèi)存映象和多功能的 lcd 驅(qū)動(dòng)器 ht1621 的軟件配置特性使它適用于多種 lcd 應(yīng)用場(chǎng)合包括 lcd 模塊和顯示子系統(tǒng)用于連接主控制器和 ht1621 的管腳只有 4 或 5 條 ht1621 還有一個(gè)節(jié)電命令用于降低系統(tǒng)功耗。（1）特性： * 工作電壓 2.45.2v* 內(nèi)嵌 256khz rc 振蕩器 * 可外接 32khz 晶片或 256khz 頻率源輸入 * 可選 1/2 或 1/3 偏壓和 1/2、1/3 或 1/4 的占空比* 片內(nèi)時(shí)基頻率源 * 蜂鳴器可選擇兩種頻率 * 節(jié)電命令可用

42、于減少功耗 * 內(nèi)嵌時(shí)基發(fā)生器和看門(mén)狗定時(shí)器wdt * 時(shí)基或看門(mén)狗定時(shí)器溢出輸出 * 八個(gè)時(shí)基 /看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)鐘源 * 一個(gè) 324 的 lcd 驅(qū)動(dòng)器 * 一個(gè)內(nèi)嵌的 324 位顯示 ram 內(nèi)存 * 四線(xiàn)串行接口 * 片內(nèi) lcd 驅(qū)動(dòng)頻率源 * 軟件配置特征 * 數(shù)據(jù)模式和命令模式指令 * 三種數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)模式 * 提供 vlcd 管腳用于調(diào)整 lcd 操作電壓（2）ht1621b 管腳圖 2.19 ht1621b 管腳圖圖 2.20 ht1621b 管腳說(shuō)明2.4.2 段式液晶顯示器段式液晶算液晶的一種，他的驅(qū)動(dòng)分com 和 seg，采用的是交流驅(qū)動(dòng)，也可以說(shuō)每一位上的電壓是在正負(fù)電場(chǎng)

43、之間不斷變化的，不能采用直流供電，否則會(huì)造成液晶老化壞死。段式lcd 驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，耗電量小，在僅需要顯示數(shù)字的場(chǎng)合應(yīng)用較多，也用來(lái)在便攜式應(yīng)用的場(chǎng)合來(lái)代替數(shù)碼管，由于本設(shè)計(jì)只需顯示溫度，所以選用四位段式液晶屏btl010 作為顯示器。2.4.3 顯示模塊硬件電路設(shè)計(jì)圖 2.21 顯示模塊硬件原理圖主芯片與 ht1621b 接口只需 4 條線(xiàn)。cs 線(xiàn)用于初始化串行接口電路并終止主控芯片與 ht1621b 之間的通信，如果 cs 腳置為 1 主控器與 ht1620b 之間的通信先被禁止，然后初始化。在執(zhí)行模式命令或進(jìn)行模式切換時(shí)需要一個(gè)高電平的脈沖初始化 ht1620b 的串行接口。data 線(xiàn)是

44、串行數(shù)據(jù)輸入/輸出線(xiàn)，讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)和執(zhí)行的命令都必須通過(guò) data 線(xiàn)。rd 線(xiàn)是讀時(shí)鐘輸入線(xiàn)，ram 中的數(shù)據(jù)在rd 信號(hào)的下降沿輸出輸出的數(shù)據(jù)將會(huì)出現(xiàn)在 data 線(xiàn)上主控芯片應(yīng)當(dāng)在 rd 信號(hào)的上升沿和下一個(gè)下降沿之間讀取正確的數(shù)據(jù)。wr 線(xiàn)是寫(xiě)時(shí)鐘輸入，data 線(xiàn)上的數(shù)據(jù)地址和命令都在 wr 信號(hào)的上升沿輸入液晶驅(qū)動(dòng)芯片。2.5 電源模塊2.5.1 單片機(jī)供電模塊lm1117 系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)計(jì)用于提供 1a 輸出電流且工作壓差可低至 1v。在最大輸出電流時(shí)，lm1117 器件的壓差保證最大不超過(guò) 1.3v，并隨負(fù)載電流的減小而逐漸降低。lm1117 的片上微調(diào)把

45、基準(zhǔn)電壓調(diào)整到 1.5%的誤差以?xún)?nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。lm1117-3.3v 管腳圖 2.22 lm1117-3.3 管腳圖表 2-6 lm1117-3.3 管腳說(shuō)明管腳號(hào)管腳名稱(chēng)功能1gnd地2output輸出電壓2input輸入工作電壓lm1117-3.3v 硬件電路設(shè)計(jì)圖 2.23 lm1117-3.3 硬件原理圖2.5.2 gprs 供電模塊lm2596 開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出 3a 的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線(xiàn)性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有3.3v、5v、12v，可調(diào)版本可以輸出小于 37v 的各種

46、電壓。 該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開(kāi)關(guān)頻率為 150khz，與低頻開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需 4 個(gè)外接元件，可以使用通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更優(yōu)化了 lm2596 的使用，極大地簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。lm2596-adj 管腳圖 2.24 lm2596-adj 管腳圖表 2-7 lm2596-adj 管腳說(shuō)明管腳號(hào)管腳名稱(chēng)功能1vin輸入電壓2output輸出電壓3gnd地4feedback穩(wěn)壓取樣電壓輸入端5on/off使能控制端lm2596-adj 硬件電路設(shè)計(jì)圖 2.25 lm2596-adj 硬件原理圖第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 溫度

47、采集程序設(shè)計(jì)ds18b20 是 dallas 公司生產(chǎn)的一線(xiàn)式數(shù)字溫度傳感器，其測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625c，其提供 9 位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過(guò)單線(xiàn)接口送入ds1820 或從 ds1820 送出。因此從中央處理器到 ds1820 僅需連接一條線(xiàn)（和地），讀寫(xiě)和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線(xiàn)本身提供而不需要外部電源。因?yàn)槊恳粋€(gè) ds1820 有唯一的系列號(hào)，因此多個(gè) ds1820 可以存在于同一條單線(xiàn)總線(xiàn)上，這樣占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線(xiàn)和邏輯電路。這就允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件。此特性的應(yīng)用范圍包括 hvac 環(huán)境控制、建筑物設(shè)備或機(jī)械內(nèi)的溫度檢測(cè)，以

48、及過(guò)程監(jiān)視和控制中的溫度檢測(cè)。 ds18b20 支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口，測(cè)量溫度范圍為-55+125c，在-10+85c 范圍內(nèi),精度為0.5c?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線(xiàn)總線(xiàn)”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。溫度芯片 ds18b20 轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換精度高，與微處理器的接口簡(jiǎn)單，給硬件設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了極大的方便，能有效地降低成本，縮短開(kāi)發(fā)周期。溫度采集方面，首先初始化溫度傳感器，等待單片機(jī)的應(yīng)答，一旦單片機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖，便執(zhí)行跳過(guò) rom 匹配操作命令，就可以使用內(nèi)存操作命令，啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，延時(shí)一段時(shí)間，等待溫度轉(zhuǎn)換完成。然后讀暫存器，將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出，并轉(zhuǎn)為顯

49、示碼，送到液晶顯示。溫度傳感器程序設(shè)計(jì)流程圖如下圖所示。圖 3.1 溫度傳感器程序設(shè)計(jì)流程圖3.2 gprs 模塊程序設(shè)計(jì)gprs 是分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)技術(shù)（general packet radio service)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是 gsm 移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。gprs 和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是封包交換數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，它能夠充分利用現(xiàn)有的 gsm 網(wǎng)，可以使運(yùn)營(yíng)商在全國(guó)范圍內(nèi)推出此項(xiàng)業(yè)務(wù)。采用信道捆綁(目前 gprs 的設(shè)計(jì)可以在一個(gè)載頻或 8 個(gè)信道中實(shí)現(xiàn)捆綁)和增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率實(shí)現(xiàn)高速接入，理論上可提供高達(dá) ll5kbps 的空中接口傳輸速率，下一代 gprs 業(yè)務(wù)的速度可以達(dá)

50、到84kbps。若干移動(dòng)用戶(hù)能夠同時(shí)共享一個(gè)無(wú)線(xiàn)信道，一個(gè)移動(dòng)用戶(hù)也可以使用多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道。實(shí)際上發(fā)送或接收數(shù)據(jù)包的用戶(hù)僅占很小一部分網(wǎng)絡(luò)資源，并且網(wǎng)絡(luò)容量只有在實(shí)際傳輸時(shí)才被占用。為了實(shí)現(xiàn) gprs，需要在現(xiàn)有的 gsm 網(wǎng)絡(luò)中引入 3 種新的邏輯網(wǎng)絡(luò)實(shí)體：服務(wù) gprs 支持節(jié)點(diǎn)(sgsn)、網(wǎng)關(guān) gprs 支持節(jié)點(diǎn)(ggsn)和分組控制單元(pcu)。gsm 是一種電路交換系統(tǒng)，而 gprs 是一種分組交換系統(tǒng)。因此，gprs 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，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。所以我們選擇使用 gprs 業(yè)務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度傳輸。gprs 突破了 gsm 網(wǎng)只能

51、提供電路交換的思維方式，只通過(guò)增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來(lái)實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對(duì)來(lái)說(shuō)并不大，但得到的用戶(hù)數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。而且，因?yàn)椴辉傩枰F(xiàn)行無(wú)線(xiàn)應(yīng)用所需要的中介轉(zhuǎn)換器，所以連接及傳輸都會(huì)更方便容易。如此，使用者既可聯(lián)機(jī)上網(wǎng)，參加視訊會(huì)議等互動(dòng)傳播，而且在同一個(gè)視訊網(wǎng)絡(luò)上(vrn)的使用者，甚至可以無(wú)需通過(guò)撥號(hào)上網(wǎng)，而持續(xù)與網(wǎng)絡(luò)連接。gprs 分組交換的通信方式在分組交換的通信方式中，數(shù)據(jù)被分成一定長(zhǎng)度的包(分組)，每個(gè)包的前面有一個(gè)分組頭(其中的地址標(biāo)志指明該分組發(fā)往何處)。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預(yù)先分配信道，建立連接。而是在每一個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)包頭

52、中的信息（如目的地址） ，臨時(shí)尋找一個(gè)可用的信道資源將該數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送出去。在這種傳送方式中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒(méi)有固定的占用關(guān)系，信道資源可以看作是由所有的用戶(hù)共享使用gprs 技術(shù)的特點(diǎn)1、高速數(shù)據(jù)傳輸速度 10 倍于 gsm，更可滿(mǎn)足您的理想需求，還可以穩(wěn)定地傳送大容量的高質(zhì)量音頻與視頻文件，可謂不一般的巨大進(jìn)步。2、永遠(yuǎn)在線(xiàn)由于建立新的連接幾乎無(wú)需任何時(shí)間(即無(wú)需為每次數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)建立呼叫連接)，因此您可隨時(shí)都與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。舉個(gè)例子，若無(wú) gprs 的支持，當(dāng)您正在網(wǎng)上漫游，而此時(shí)恰有電話(huà)接入，大部分情況下您不得不斷線(xiàn)后接通來(lái)電，通話(huà)完畢后重新?lián)芴?hào)上網(wǎng)。這對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，的確是件

53、非常令人惱火的事。而有了 gprs，您就能輕而易舉地解決這個(gè)沖突。3、僅按照數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)gprs 用戶(hù)的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，體現(xiàn)了“得到多少、支付多少”的原則。gprs 用戶(hù)的連接時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，卻只需支付相對(duì)低廉的連接費(fèi)用。4、gprs 采用分組交換技術(shù)，它可以讓多個(gè)用戶(hù)共享某些固定的信道資源。如果把空中接口上的 tdma 幀的 8 個(gè)時(shí)隙都用來(lái)傳送數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)速率最高可達(dá) 164kb/8。gsm 空中接口的信道資源既可以被話(huà)音占用，也可以被 gprs 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用。當(dāng)然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為 gprs 專(zhuān)用信道。要實(shí)現(xiàn) gprs 網(wǎng)絡(luò)，需要在傳統(tǒng)的 gsm

54、 網(wǎng)絡(luò)中引入新的網(wǎng)絡(luò)接口和通信協(xié)議。目前 gprs 網(wǎng)絡(luò)引入 gsn（gprs supporting node）節(jié)點(diǎn)。移動(dòng)臺(tái)則必須是 gprs移動(dòng)臺(tái)或 gprs/gsm 雙模移動(dòng)臺(tái)。gprs 技術(shù)將通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，向全 ip 網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展。gprs 基站與 sgsn 設(shè)備之間的連接一般通過(guò)幀中繼連接，ggsn 與 sgsn 設(shè)備之間通過(guò) ip 網(wǎng)絡(luò)連接。ggsn 是 gprs 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)和路由器。ggsn 可以把 gsm 網(wǎng)中的 gprs 分組數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端的internet 或 x.25 網(wǎng)絡(luò)。ggsn 可以由具有網(wǎng)絡(luò)地址翻譯功能的路

55、由器承擔(dān)內(nèi)部ip 地址與外部網(wǎng)絡(luò) ip 地址的轉(zhuǎn)換。用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn) gprs 內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，也可以通過(guò) apn 訪(fǎng)問(wèn)外部的 internet。如果用戶(hù)的 ip 地址是運(yùn)營(yíng)商分配的公有地址，則 ggsn 不參與用戶(hù)的論證和鑒權(quán)過(guò)程。用戶(hù)可以通過(guò) ggsn 透明地接入到 gprs 內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這種方式稱(chēng)為透明方式。非透明方式主要是用戶(hù)通過(guò) gprs 網(wǎng)絡(luò)接入到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或 isp 的情形。用戶(hù)ms 的 ip 地址是由企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或 isp 分配的私有地址，用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)該企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或 isp時(shí),ggsn 需要企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或 isp 中的專(zhuān)用服務(wù)器對(duì)該用戶(hù)進(jìn)行鑒權(quán)或論證。 在標(biāo)識(shí) gprs 設(shè)備中，如手機(jī) ms

56、的標(biāo)識(shí)除了在 gsm 中使用 imsi，msisdn 等號(hào)碼外，還需要分配 ip 地址。網(wǎng)元設(shè)備 sgsn，ggsn 的標(biāo)識(shí)既有 7 號(hào)信令地址，又有數(shù)據(jù) ggsn 的 ip 地址，網(wǎng)元設(shè)備之間的通信采用 ip 地址，而網(wǎng)元設(shè)備與msc、hlr 等實(shí)體的通信采用信令地址。在 gprs 系統(tǒng)中，有一個(gè)重要的數(shù)據(jù)庫(kù)記錄信息，即用戶(hù) pdp 上下文（分組數(shù)據(jù)協(xié)議上下文） ，用于管理從手機(jī) ms 到網(wǎng)關(guān) ggsn 及到 isp 之間的數(shù)據(jù)路由信息。當(dāng) ms 訪(fǎng)問(wèn) gprs 內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或外部interint 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，ms 提出 pdp 上下文請(qǐng)求消息，ms 可以與運(yùn)營(yíng)商簽約選擇固定服務(wù)的 ggsn?；蛴?

57、sgsn 選擇服務(wù)的 ggsn，sgsn 再向 ggsn 發(fā)建立 pdp 上下文請(qǐng)求消息。ggsn 分配 ms 一個(gè) ip 地址。在成功地建立和激活 pdp 上下文后，ms，sgsn 和 ggsn 都存儲(chǔ)了用戶(hù)的 pdp 上下文信息。有了用戶(hù)的位置信息和數(shù)據(jù)的路由信息，ms 就可以訪(fǎng)問(wèn)該網(wǎng)絡(luò)的資源。用戶(hù)通過(guò) gprs 網(wǎng)絡(luò)接入到互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)或 isp 時(shí)，需要對(duì)用戶(hù)的身份、服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行鑒權(quán)和數(shù)據(jù)加密等過(guò)程，用戶(hù) ms 的動(dòng)態(tài) ip 地址的分配可以分別由運(yùn)營(yíng)商、企業(yè)網(wǎng)或 isp 等實(shí)現(xiàn)，因此 gprs 用戶(hù)的接入方式有透明接入和非透明接入兩種方式。由于檢測(cè)的任務(wù)是被控對(duì)象的溫度， 通過(guò) g

58、prs 模塊發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心。通過(guò)向 gprs 模塊寫(xiě)入不同的 at 指令完成多種功能。監(jiān)測(cè)軟件主要包括初始化程序、 信號(hào)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(shí)器和串口初始化。信號(hào)采集和處理主要完成外部采集的溫度轉(zhuǎn)換，接收短消息采用查詢(xún)方式，一旦短消息到達(dá)，調(diào)用串口接收程序解碼短消息內(nèi)容并做出相應(yīng)處理;發(fā)送溫度信號(hào)采用定時(shí)方式，將采集的溫度編碼為短消息，然后調(diào)用發(fā)送指令將短消息發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心。通過(guò) gprs 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，gprs 模塊上電后，首先完成網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)等初始化工作，然后自動(dòng)進(jìn)行 ppp 拔號(hào)，再通過(guò) tcp/ip 協(xié)議與位于互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心建立連接，為用戶(hù)設(shè)備建

59、立一條雙向透明傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)通信鏈路。建立透明通道后，用戶(hù)設(shè)備便可以通過(guò)串口向 gprs 模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，gprs 模塊收到數(shù)據(jù)后將其封裝成 ip 包，經(jīng)過(guò) gprs 網(wǎng)絡(luò)及 internet 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)程序可以獲取到這些數(shù)據(jù)。gprs 設(shè)備在長(zhǎng)期工作中，還會(huì)遇到許多外界的特殊情況。如信號(hào)弱、sim 卡欠費(fèi)、sim 卡不兼容、無(wú)可用網(wǎng)絡(luò)、通信鏈路異常斷開(kāi)、服務(wù)器出錯(cuò)等，這些都有可能造成設(shè)備故障而且無(wú)法恢復(fù)，所以必需針對(duì)各種可能出現(xiàn)的故障制定有效的解決方法才能保證設(shè)備可靠的工作。gprs 通信流程圖如下：圖 3.2 gprs 通信流程圖3.3 系統(tǒng)總體程序設(shè)計(jì)在主程序流程圖中

60、，系統(tǒng)軟件的重點(diǎn)在于對(duì)單片機(jī)利用 c 語(yǔ)言編程。包括向單片機(jī)對(duì) gprs 模塊的初始化以及對(duì)串行口通信速率、短消息模式、短消息中心號(hào)碼的初始化。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖：圖 3.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖第 4 章 系統(tǒng)硬件電路板的設(shè)計(jì) 4.1 系統(tǒng)硬件原理圖說(shuō)明電子產(chǎn)品中各元器件或單元電路之間的連接關(guān)系及工作原理的圖，稱(chēng)為電路原理圖。圖中，以元器件的圖形符號(hào)代替實(shí)物，以實(shí)線(xiàn)條表示電關(guān)系的連接。電路原理圖是電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)以及電子產(chǎn)品生產(chǎn)的主要依據(jù)，應(yīng)按要求繪制電路原理圖，不可或缺。一般可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，繪制電原理圖，也可根據(jù)實(shí)物繪制電原理圖，本小節(jié)主要介紹根據(jù)設(shè)計(jì)要求繪制電原理圖的一般規(guī)則和繪圖步驟。1繪