太陽能水位水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書太陽能水位、水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2010年6月太陽能水位、水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)摘 要：在太陽能的熱利用中，用于產(chǎn)生熱水的太陽能熱水器應(yīng)用廣泛，它充分利用了自然能源太陽能，節(jié)省了大量能源，這對(duì)于資源緊張的今天，具有重要意義。在研究了國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀后發(fā)現(xiàn)，我國太陽能熱水器的智能控制程度相對(duì)較低。本文綜述了太陽能熱水器智能控制技術(shù)的發(fā)展趨勢，對(duì)通過單片機(jī)AT89C51和無線收發(fā)模塊GSM對(duì)太陽能熱水器水位、水溫的即時(shí)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控的工作原理及控制方法進(jìn)行了深入的研究和討論,給出了太陽能熱水器水位、水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的原理框圖和設(shè)

2、計(jì)過程。在本設(shè)計(jì)中由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用水溫傳感器和水位傳感器分別采集水溫、水位連續(xù)變化的模擬量信號(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送到CPU89C51中進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)水位、水溫的顯示。然后將采集到的水位、水溫的數(shù)據(jù)通過關(guān)鍵詞：太陽能熱水器，AT89C51，GSM無線傳輸，AT指令 Keywords: solar water heater, AT89C51, GSM wireless, AT commands目錄1 緒論.11.1太陽能熱水器的發(fā)展現(xiàn)狀.11.2 需求分析.21.3 GSM/SMS技術(shù)的發(fā)展.31.4 本設(shè)計(jì)的目的和意義.41.5 本設(shè)計(jì)的主要研究工作.51.6 本章

3、小結(jié).52 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì).62.1 方案功能設(shè)計(jì).62.2 方案總體設(shè)計(jì).62.3 方案設(shè)計(jì)原理.72.3.1 單片機(jī)的選擇.72.3.2 無線通信模塊的選擇.10 手機(jī)短信協(xié)議.112.3.4 GSM模塊中與SMS有關(guān)的 AT指令.132.4 本章小結(jié).143 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).153.1 水溫測量電路設(shè)計(jì).153.1.1 LM35溫度傳感器.153.1.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832.163.1.3 水溫檢測電路.173.2水位測量電路設(shè)計(jì).183.2.1 LM型液位傳感器.183.2.2 水位測量電路原理圖.183.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì).193.4 水閥控制電路設(shè)計(jì).193.4.1 繼電器

4、.193.4.2 水閥控制電路.193.5 TC35模塊接口電路.193.6 AT89C51CPU的外圍電路.203.6.1 晶振電路.203.6.2 復(fù)位電路.203.6.3 AT89C51的外電路接口.213.7 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖.223.8 本章小結(jié).244 系用軟件設(shè)計(jì)方案.254.1 GSM技術(shù)的應(yīng)用.254.2 上位機(jī)模塊和下位機(jī)模塊半雙工通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn).254.2.1 應(yīng)答和重發(fā).25.254.3 TC35的連機(jī)方法.264.4 軟件設(shè)計(jì)思路.274.4.1 主函數(shù)的設(shè)計(jì)思路.274.4.2 GSM返回參數(shù)的處理SHELL函數(shù).284.4.3 短信數(shù)據(jù)的處理ExecData函數(shù).2

5、84.4.4 PDU編碼.284.5 程序設(shè)計(jì).294.5.1系統(tǒng)控制程序.294.5.2 ADC0832數(shù)據(jù)讀取的程序流程圖 .294.6 本章小結(jié).315 總結(jié).32參考文獻(xiàn).33附錄A.35附錄B.41附錄C.66附錄D.79致謝.861 緒論1.1太陽能熱水器的發(fā)展現(xiàn)狀眾所周知，太陽能是取之不盡，用之不竭，沒有污染的巨大能源。隨著世界上煤、油、氣的儲(chǔ)量日益減少，能源危機(jī)已日益增長，環(huán)境污染的危機(jī)已威脅著生態(tài)平衡，太陽能開發(fā)利用的課題已提到人類的面前。有人預(yù)測：二十一世紀(jì)太陽能將由輔助能源上升為主要能源。但由于太陽能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽能利用帶來重重困難，有些技術(shù)難點(diǎn)尚未突破

6、，產(chǎn)品造價(jià)偏高，因而尚未被人們大規(guī)模的使用。在太陽能熱利用技術(shù)中，太陽能熱水器是技術(shù)上比較成熟、造價(jià)比較低廉的產(chǎn)品，同時(shí)給人民提供不耗能源、保護(hù)環(huán)境、絕對(duì)安全的熱水而受到人們的歡迎。我國從“六五”計(jì)劃期間開始推廣太陽能熱水器，到目前全國已有250萬平方米采光積的太陽能熱水器，廠家又幾家發(fā)展到全國約有3500家左右，是目前世界上推廣最大的國家之一，而且形成了規(guī)模，形成了中國特色的太陽能企業(yè)，有中國太陽能協(xié)會(huì)為中心的學(xué)術(shù)中心，以中國農(nóng)村能源企業(yè)協(xié)會(huì)太陽能熱利用專業(yè)委員會(huì)為中心，制定了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、測試條件、產(chǎn)品合格證頒發(fā)一系列措施。世界各國的太陽能熱水器生產(chǎn)發(fā)展也很快。例如：澳大利亞政府規(guī)定，在北部地

7、區(qū)新建房屋一定要設(shè)置太陽能熱水器，西澳大利亞已有25%的新住宅安裝了太陽能熱水器。日本現(xiàn)在每年安裝太陽能熱水器近50萬臺(tái)，現(xiàn)在有20%的家庭安裝了太陽能熱水器，計(jì)劃今后普及率達(dá)到25%，按照日本的“陽光計(jì)劃”還將為公寓，辦公樓安裝6500套太陽能熱水系統(tǒng)，為工廠安裝1900套工業(yè)用太陽能熱水系統(tǒng)。以色列的法令規(guī)定所有新建筑物必須配備太陽能熱水器，目前普及率已超過60%。英、法、德、意、希臘五國到2000年底推廣熱水器600萬平方米，比1990年增長2倍多。有專家預(yù)計(jì)到2015年，僅全國住宅用太陽熱水器將達(dá)到2.32億平方米的擁有量，普及率將達(dá)到20-30%，太陽能熱水器行業(yè)前景和“錢”景都被雙

8、重看好。據(jù)中國五金制品協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，目前中國城市家庭中，57.4%擁有燃?xì)鉄崴鳎?1.3%擁有電熱水器，擁有太陽能熱水器的只有7.6%，但在城市家庭的購買預(yù)期調(diào)查中，三者的比例將演變?yōu)?5.8%、30.2%、23.2%，太陽能熱水器的比例將大幅度增長，開始成為燃?xì)狻㈦姛岙a(chǎn)品的重要競爭對(duì)手。同時(shí)，太陽熱水器以其環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和能源可再生性越來越受到城區(qū)和邊遠(yuǎn)地區(qū)的青睞，太陽能將迎來高速發(fā)展的黃金時(shí)期。仲繼壽認(rèn)為，相對(duì)于城市來說，農(nóng)村太陽能市場基本是從零開始，目前存在90%以上的市場空白，太陽能在農(nóng)村潛在空間巨大。1.2 需求分析在世界范圍內(nèi)，太陽能熱水器技術(shù)已很成熟，并已形成行業(yè)，正在以優(yōu)良的性能不斷

9、地沖擊電熱水器市場和燃?xì)鉄崴魇袌觥H上，太陽能熱水器產(chǎn)品經(jīng)歷了悶曬式、平板式、全玻璃真空管式的發(fā)展，目前其產(chǎn)品的發(fā)展方向仍注重提高集熱器的效率，如將透明隔熱材料應(yīng)用于集熱器的蓋板與吸熱間的隔層，以減少熱量損失；聚脂薄膜的透明蜂窩已在德國和以色列批量生產(chǎn)。但是現(xiàn)今國內(nèi)外市場上的太陽能熱水器許多都沒有即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，用戶每天早上起來都需要先給太陽能熱水器上水，一旦忘記，機(jī)器可能空曬干燒。還有一部分太陽能熱水器所配置的監(jiān)控儀表，實(shí)際上只是一個(gè)水位水溫儀，只能提醒用戶，而且發(fā)揮作用范圍有限，警報(bào)作用很容易被忽視，用處也不大。目前生產(chǎn)的太陽能熱水器雖部分也配備了水位、水溫測控裝置，但普遍存在下列問題：

10、（1）采用直流水介質(zhì)電接點(diǎn)型水位傳感器，因電解效應(yīng)，電極極易腐蝕導(dǎo)致接觸不良，可靠性低，電極壽命短。（2）大多數(shù)廠家水位分級(jí)僅有34級(jí)，分辨力為80100mm，不能滿足用戶需要，且成本較高。（3）大多數(shù)廠家生產(chǎn)的熱水器智能化程度不高，用戶界面不友善，即使具有輔助加熱功能，由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費(fèi)大量的電能我國目前較為先進(jìn)的太陽能熱水器的基本功能如下：（1）顯示水位、水溫及工作狀態(tài)，水溫水位任意設(shè)定。（2）自動(dòng)上水，防空曬干燒，安全自檢，水滿及缺水自動(dòng)報(bào)警。（3）自動(dòng)控制電輔助加熱， 太陽的光能不能滿足水溫要求時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)電輔助加熱。（4）戶外管道自動(dòng)防凍功能，當(dāng)管道內(nèi)水溫低于4

11、度時(shí)，啟動(dòng)電熱帶，防止管道結(jié)凍，實(shí)現(xiàn)冬季管道無需排空。（5）異常自動(dòng)報(bào)警，漏電保護(hù)等功能。1.3 GSM/SMS技術(shù)的發(fā)展近年來，GSM/SMS技術(shù)的發(fā)展也是有目共睹的，幾乎每一位國人每一天都要應(yīng)用這些技術(shù)，人們最為熟悉的科技成果便是手機(jī)，雖然最早的蜂窩式移動(dòng)電話誕生在西方，并且?guī)缀跏窃?0多年之后技術(shù)才擴(kuò)散到中國大陸，但是手機(jī)在中國的普及速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了大部分人預(yù)計(jì)，幾乎用5-10年的時(shí)間走完了西方30年走過的路，完全可以說和西方發(fā)達(dá)國家同步。資料顯示：2005年（11月-12月)日本家庭的手機(jī)普及率為95%，韓國家庭的手機(jī)普及率為94%，在不包含農(nóng)村地區(qū)用戶的情況下，中國城市家庭的手機(jī)普及率

12、為93%，排名第三，與此相對(duì)應(yīng)的是，法國、德國、英國以及美國家庭的手機(jī)普及率在75%-85%之間，可見，我國是GSM/SMS技術(shù)的應(yīng)用大國，另一方面，我國研究者也將此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了大面積的推廣，不僅僅局限于手機(jī)上的使用，例如：我國燕山大學(xué)臧懷泉教授在05年就提出了利用GSM技術(shù)來設(shè)計(jì)測控系統(tǒng)，并初步實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程測控。合肥工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀碩士畢業(yè)生周彬在06年設(shè)計(jì)了基于GSM技術(shù)的路燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。GSM/SMS技術(shù)在我國被廣泛的應(yīng)用到了不同學(xué)科領(lǐng)域中，并取得了一定的成就。GSM/SMS技術(shù)作為手機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)新的突破技術(shù)，最早是由愛立信公司研究并推行的，1981年，愛立信推出第一個(gè)現(xiàn)代移動(dòng)電話系統(tǒng)N

13、ordic Mobile Telephony(北歐移動(dòng)通信，NMT)，作為整個(gè)歐洲移動(dòng)系統(tǒng)的GSM標(biāo)準(zhǔn)于1991年發(fā)布，后來演進(jìn)成為一個(gè)真正的全球標(biāo)準(zhǔn)。2001年，3G作為GSM的演進(jìn)技術(shù)正式推出，提供速率高達(dá)4pS的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。愛立信公司總裁思文凱說：“手機(jī)的發(fā)明改變了人類交流的方式，可以說沒有一項(xiàng)現(xiàn)代發(fā)明對(duì)今天人類的生活具有如此深刻的影響。1979年，日本開放了世界上第一個(gè)蜂窩移動(dòng)電話網(wǎng)。同年，AMPS制模擬蜂窩式移動(dòng)電話系統(tǒng)在美國芝加哥試驗(yàn)后，最終在1983年12月在美國投入商用。至此國外的手機(jī)技術(shù)，GSM/SMS技術(shù)得到了全球性的發(fā)展。而目前國外對(duì)于GMS/SMS技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)是十分

14、普遍，國外把應(yīng)用了這種技術(shù)的產(chǎn)品，稱為無線技術(shù)產(chǎn)品，開拓了無線技術(shù)的市場，也已有很多把SMS技術(shù)應(yīng)用于家庭的安全防衛(wèi)的實(shí)例，根據(jù)GMS網(wǎng)絡(luò)來對(duì)與家庭受到侵害時(shí)的安全報(bào)警，主要是把整個(gè)家庭先布置于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)之中進(jìn)行監(jiān)測，然后實(shí)現(xiàn)報(bào)警，并且已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)無人時(shí)的遠(yuǎn)程安全報(bào)警。這種SMS技術(shù)不僅僅被用來保護(hù)家庭，國外的很多研究者也傾向于農(nóng)業(yè)，重工業(yè)方面的即時(shí)監(jiān)控。由此可見，我國的大部分技術(shù)都是引進(jìn)于國外的先進(jìn)技術(shù)，某種程度上說必定落后于人，但是廉價(jià)的國內(nèi)科技產(chǎn)品也有著實(shí)用的特色。綜合考慮國內(nèi)外科技產(chǎn)品的現(xiàn)狀，本系統(tǒng)將采用無線模塊與GSM/SMS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能熱水器水位、水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1.4

15、 本設(shè)計(jì)的目的和意義在研究了國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀后發(fā)現(xiàn)，我國太陽能熱水器的智能控制程度相對(duì)較低。目前市場上太陽能熱水器的控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等問題，很多控制器只具有溫度和水位顯示功能，不具有溫度控制功能、及時(shí)報(bào)警的功能。隨著人們生活節(jié)奏日益加快、安全意識(shí)不斷提高，人們要求太陽能熱水器更加智能化、人性化，不但希望太陽能熱水器的監(jiān)控系統(tǒng)更加安全，更加希望能夠?qū)崿F(xiàn)四季的正常使用，陽光充足時(shí)不消耗常規(guī)能源，陽光不足時(shí)及時(shí)啟動(dòng)電加熱，按照用戶的不同設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上水，隨時(shí)隨地監(jiān)控太陽能熱水器等。這就需要一種監(jiān)控即時(shí)性更高、警報(bào)功能更靈活、使用過程更便利的太陽能熱水器

16、監(jiān)控系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中基于無線收發(fā)模塊和GSM模塊的太陽能熱水器監(jiān)控系統(tǒng)不但克服了傳統(tǒng)太陽能熱水器存在的監(jiān)控模式死板、信息反饋不及時(shí)、實(shí)時(shí)性不高等弊端，而且可以實(shí)時(shí)采集的水位、水溫?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)即時(shí)提醒、報(bào)警的功能。1.5 本設(shè)計(jì)的主要研究工作本文所介紹的基于無線收發(fā)模塊和GSM模塊的太陽能水位、水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是在充分學(xué)習(xí)GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。該系統(tǒng)在實(shí)際的研制過程中的工作主要包括如下內(nèi)容:1.硬件設(shè)計(jì)（1） 利用LM35傳感器采集水溫的電路（2） 利用LM液壓傳感器傳感器采集水溫的電路 （3） 控制水閥的電路 （4） 報(bào)警提示電路（5） GSM模塊硬件電路（6） TC35與單片機(jī)的

17、硬件接口電路2軟件設(shè)計(jì)（1）初始化:主要是設(shè)定GSM通信模塊的各種參數(shù)與工作模式（2）數(shù)據(jù)采集: 熱水系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)芯片作為微型控制器，通過熱敏電阻傳感器，將溫度采樣信號(hào)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，由軟件計(jì)算出相應(yīng)的溫度參數(shù)，并進(jìn)行溫度顯示；水箱水位的測量則通過水位傳感器采樣水位信號(hào)送單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)進(jìn)行水位顯示。（3）數(shù)據(jù)處理: 將水位、水溫?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成短信息發(fā)送出去;根據(jù)水位 水溫?cái)?shù)據(jù)來判斷是否需要控制自動(dòng)水閥加水 是否需要報(bào)警。1.6 本章小結(jié)本章通過調(diào)研了解太陽能熱水系統(tǒng)國內(nèi)、國外應(yīng)用現(xiàn)狀，以及國內(nèi)外在太陽能熱水系統(tǒng)在控制技術(shù)方面的應(yīng)用情況。通過分析研究得出：太陽能熱水系

18、統(tǒng)的發(fā)展前景廣闊，它的應(yīng)用潛力都是無法估量的，但制約其應(yīng)用推廣的主要原因是太陽能熱水系統(tǒng)的開發(fā)，也即產(chǎn)品的技術(shù)應(yīng)用程度，這也是本文的主要議題所在-應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)及無線收發(fā)模塊和GSM模塊實(shí)現(xiàn)太陽能水位、水溫的即時(shí)智能控制。2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 方案功能設(shè)計(jì)2.2 方案總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案是通過水溫傳感器和水位傳感器分別采集水溫、水位連續(xù)變化的模擬量信號(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送到CPU89C51中進(jìn)行處理，將此信號(hào)輸入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)處理，再通過D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字信號(hào)輸出，最后將處理后的信號(hào)送到無線傳輸模塊的輸出/輸入口，啟動(dòng)控制程序，驅(qū)動(dòng)報(bào)警與自動(dòng)上水系統(tǒng)，并

19、以短信的形式進(jìn)行編輯、翻譯，再發(fā)送到先前設(shè)定的用戶SIM卡上。由于SMS數(shù)據(jù)需要包含程序設(shè)置的字符串?dāng)?shù)據(jù)，因此在編寫相應(yīng)程序時(shí)，系統(tǒng)便可以將用戶指定的信息以字符串的形式寫入應(yīng)用程序。收到信息的用戶可以在第一時(shí)間選擇報(bào)警，或采取適當(dāng)措施，遠(yuǎn)程控制太陽能熱水器。系統(tǒng)方框圖如圖2-1所示。圖 2-1 系統(tǒng)方框圖2.3 方案設(shè)計(jì)原理 本方案的設(shè)計(jì)原理是利用AT89C51CPU為核心實(shí)現(xiàn)水位、水溫的即時(shí)采集、轉(zhuǎn)換，利用T35實(shí)現(xiàn)水位、水溫信息的遠(yuǎn)程傳輸，從而實(shí)現(xiàn)用戶通過短信的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能熱水器水位、水溫的即時(shí)監(jiān)控。 單片機(jī)的選擇 由于本系統(tǒng)運(yùn)算量不是很大，沒有的中間數(shù)據(jù)需要處理、保存，因此不再外數(shù)據(jù)

20、存儲(chǔ)器，使用本控制器采用性價(jià)比高、使用方便、市場貨源充足的89C51CPU完全能夠滿足要求。1.AT89C51單片機(jī)的主要特性：2. AT89C51單片機(jī)的引腳說明：圖 2-3 P3口的特殊功能 無線通信模塊的選擇 手機(jī)短信協(xié)議手機(jī)所支持的短信息協(xié)議即多媒體協(xié)議，目前主要有SMS、EMS和MMS三種。 1.SMS的介紹SMS（Short Messaging Service）即：短信服務(wù)。是最早的短消息業(yè)務(wù)，也是現(xiàn)在普及率最高的一種短消息業(yè)務(wù)，通過它移動(dòng)電話之間可以互相收發(fā)短信，內(nèi)容以文本、數(shù)字或二進(jìn)制非文本數(shù)據(jù)為主，目前，這種短消息的長度被限定在140字節(jié)之內(nèi)。GSM中唯一不要求建立端-端業(yè)務(wù)

21、路徑的業(yè)務(wù)就是短消息，即使移動(dòng)臺(tái)已處于完全電路通信情況下仍可進(jìn)行短消息傳輸。短消息通信僅限于一個(gè)消息，換言之，一個(gè)消息的傳輸就構(gòu)成了一次通信。因此，業(yè)務(wù)是非對(duì)稱的，一般認(rèn)為移動(dòng)起始短消息傳輸與移動(dòng)終接短報(bào)文傳輸是兩回事。這并不阻礙實(shí)時(shí)對(duì)話，但系統(tǒng)認(rèn)為不同的消息彼此獨(dú)立，消息的傳輸總是由處于GSM外部的短消息服務(wù)中心（SMSC）進(jìn)行中繼，消息有目的地或起源地，但只與用戶和SMSC有關(guān)，而與其他GSM基礎(chǔ)設(shè)施無關(guān)。GSM標(biāo)準(zhǔn)中定義的點(diǎn)-點(diǎn)短消息服務(wù)使得短消息能在移動(dòng)臺(tái)和短消息服務(wù)中心之間傳遞。這些服務(wù)中心是通過稱為SMS- GMSC的特定MSC同GSM網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的。涉及SMS管理的協(xié)議如圖一所示。圖

22、 2-3 SMS管理協(xié)議SME：Short Messaging Entity，短消息實(shí)體。它可以接收或改善短消息，位于固話系統(tǒng)、移動(dòng)基站或其他服務(wù)中心內(nèi)；SMSC：Short Message Service Center，短消息服務(wù)中心，負(fù)責(zé)在基站和SME間中繼、儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)發(fā)短消息；移動(dòng)臺(tái)（ME）到SMSC的協(xié)議能傳輸來自移動(dòng)臺(tái)或朝向移動(dòng)臺(tái)的短消息，協(xié)議名為SMTP（Short Message Transmission Protocol）；SMCGWMS或SMCGMSC：SMS-Gateway MSC，SMS網(wǎng)關(guān)。接收由SMSC發(fā)送的短消息，向HLR查詢路由信息，并將短消息傳送給接收者所在基站的

23、交換中心；HLR：Home Location Register，歸屬位置寄存器。用于永久儲(chǔ)存管理用戶和服務(wù)記錄的數(shù)據(jù)庫，由SMSC產(chǎn)生。SMS網(wǎng)關(guān)與HLR之間的協(xié)議使前者可以要求HLR搜索可找到的用戶地址。它與MSC與HLR之間的協(xié)議一起，能在移動(dòng)臺(tái)因超出覆蓋區(qū)而丟失報(bào)文、隨后又可找到時(shí)加以提示。MSC：Mobile Switching Center，移動(dòng)交換中心。負(fù)責(zé)系統(tǒng)切換管理并控制來自或發(fā)向其他電話或數(shù)據(jù)系統(tǒng)的拔叫。VLR：Visitor Location Register:，訪問位置寄存器。含有用戶臨時(shí)信息的數(shù)據(jù)庫。交換中心服務(wù)訪問用戶時(shí)需要這些信息。目前短消息的應(yīng)用越來越廣泛，短消息

24、的發(fā)送方式也不僅僅局限于手機(jī)之間互發(fā)短消息。為了實(shí)現(xiàn)SMS業(yè)務(wù)在企業(yè)中的應(yīng)用，出現(xiàn)了很多新的短消息發(fā)送方式。第一種方式稱為有線短消息發(fā)送方式。其工作方式是企業(yè)通過自己的服務(wù)器直接接入移動(dòng)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送短消息。由于運(yùn)營商對(duì)于直接接入的設(shè)備有一定的要求，并限制了最低業(yè)務(wù)量，而且如果企業(yè)用戶涉及多個(gè)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)(如中國移動(dòng)GSM、中國聯(lián)通GSM、中國電信CDMA)，還需要分別接入，并且服務(wù)器的價(jià)格通常也較貴，因此該種方法僅適用于大型企業(yè)，對(duì)于一般的中小企業(yè)和個(gè)人并不適用。第二種方式:移動(dòng)或聯(lián)通授權(quán)的中間運(yùn)營商和一些網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)。他們?yōu)槠髽I(yè)或個(gè)人提供短消息發(fā)送業(yè)務(wù)。企業(yè)或個(gè)人要發(fā)送短消息，只需通過互聯(lián)網(wǎng)

25、或?qū)＞€接入到中間運(yùn)營商或望著的短消息中心，并且需要與中間運(yùn)營商或網(wǎng)站達(dá)成某種協(xié)議就可以通過他們來收發(fā)短消息。雖然這種方式不需要考慮運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的問題，但也需要網(wǎng)絡(luò)外聯(lián)、維護(hù)協(xié)議等，并且對(duì)網(wǎng)站的依賴性太強(qiáng)，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的依賴也無法避免。第三種方法:在電腦上通過手機(jī)發(fā)送中文短消息，這是目前比較適合于小項(xiàng)目開發(fā)的一種方法，所需要硬件包括一款手機(jī)或GSM模塊，提供 GSMMODEM功能，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)線或者紅外線適配器。采用這種方法編碼簡單，只需對(duì)AT指令和串口編程比較熟悉就可以實(shí)現(xiàn)，而且對(duì)硬件需求不高。這種方法靈活，易于實(shí)現(xiàn)。但是速度相對(duì)較慢、適用于小型的企事業(yè)單位和個(gè)人應(yīng)用。2.EMS的介紹EMS（E

26、nhanced Message Service）中文意為增強(qiáng)型短消息服務(wù)。它比起SMS來，其優(yōu)勢是除了可以像SMS那樣發(fā)送文本短消息之外，還可以發(fā)送簡單的圖像、聲音和動(dòng)畫等信息。而它更大的優(yōu)勢是EMS仍然可以運(yùn)行在原有SMS運(yùn)行的GSM網(wǎng)絡(luò)上，并且在發(fā)送途徑和操作方法上也沒有差別。3.MMS的介紹MMS是Multimedia Messaging Service的縮寫，中文譯為多媒體信息服務(wù)，也稱“彩信”，是按照3GPP的標(biāo)準(zhǔn)也是WAP論壇的標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)多媒體信息的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的最新業(yè)務(wù)，它最大的特色就是支持多媒體功能，可以在GPRS、CDMA 1X、3G、EDGE的支持下，以WAP無線應(yīng)用協(xié)議為載體傳

27、送視頻短片、圖片、聲音和文字，傳送方式除了在手機(jī)間傳送外，還可以是手機(jī)與電腦之間的傳送。2.3.4 GSM模塊中與SMS有關(guān)的 AT指令GSM引擎模塊提供的命令符合GSM07.05和GSM07.07規(guī)范。GSM07.07中定義的AT Command接口，提供了一種移動(dòng)平臺(tái)與數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的通用接口；GSM07.05對(duì)短消息作了詳細(xì)的規(guī)定。在短消息模塊收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的短消息時(shí)，能夠通過串口發(fā)送指示信息，數(shù)據(jù)終端設(shè)備可以向GSM模塊發(fā)送各種命令。與SMS有關(guān)的GSM AT指令如表2-1所示。GSM AT指令集，是由諾基亞、愛立信、摩托羅拉和HP等廠家共同為GSM系統(tǒng)研制的，其中包含了對(duì)SMS（Sh

28、ort Message Service）的控制。表2-1  與SMS相關(guān)的若干GSM AT指令A(yù)T指令功                     能AT+CMGCSend an SMS commend(發(fā)出一條短信息命令)AT+CMGDDelete SMS message (刪除SIM卡內(nèi)存的信息)AT+CMGFSelect SMS message format(選擇短消息信息格式：0-

29、PDU；1-文本)AT+CMGLList SMS message from preferred store(列出SIM卡中的短消息格式PDU/TEXT：0“REC UNREAD”為未讀，1“REC READ”為已讀，2“STOU NSENT”為待發(fā)，3“STOSENT”為已發(fā)，4“ALL”為全部AT+CMGRRead SMS message (讀短消息)AT+CMGSSend SMS message (發(fā)短消息)AT+CMGWWrite SMS message to memory (向SIM內(nèi)存中寫入待發(fā)的短消息)AT+CNMINew SMS message storage(顯示新收到的短消息

30、)AT+CPMSPreferred SMS message storage (選擇短消息內(nèi)存)AT+CSCASMS service center address(短消息中心地址)AT+CSCBSelect cell broadcast message messages (選擇蜂窩廣播信息)AT+CSMPSet SMS text mode parameters(設(shè)置短消息文本模式參數(shù))3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求太陽能熱水器水位、水溫即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路主要有兩部分組成：1.以AT89C51CPU為核心的主控電路；2.以T35為核心的無線傳輸模塊的電路3.1 水溫測量電路設(shè)計(jì) LM35溫度

31、傳感器太陽能熱水器控制系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)水箱及集熱器的水位、水溫的控制，系統(tǒng)響應(yīng)是根據(jù)集熱器、水箱、出水、回水的溫度與水箱、集熱器的水位實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)中水位、水溫傳感器騎著至關(guān)重要的作用，它相當(dāng)于人的眼睛、耳朵等感官，只有獲得正確的信息才能實(shí)現(xiàn)對(duì)水位、水溫準(zhǔn)確的控制，同時(shí)溫度傳感器工作穩(wěn)定性是整個(gè)熱水器智能控制的保障。LM35是NS公司生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器系列產(chǎn)品之一，它具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例。因而，從使用角度來說，LM無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供±1/4的常用水溫室溫精度。LM溫度傳感器的電路原理如圖3-1·工作電壓：直流

32、430V·工作電流：小于133uA·輸出電壓：+6V-1.0V·輸出阻抗：1mA負(fù)載時(shí)0.1·精度：0.5C·漏泄電流：小于60uA圖3-1 LM溫度傳感器電路原理圖 ·比例因數(shù)：線性+10.0mV/C·較準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)·封裝：密封TO-46晶體管封裝或塑料TO-92·使用溫度范圍-55+150C額定范圍3.1.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其

33、目前已經(jīng)有很高的普及率。 圖3-2 ADC0832管腳圖 ADC0832 具有以下特點(diǎn)： ·8 位分辨率； ·雙通道 A/D轉(zhuǎn)換； ·輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； ·5V 電源供電時(shí)輸入電壓在 05V 之間； ·工作頻率 250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32S； ·一般功耗僅為 15mW； ·8P、14P-DIP、PICC 多種封裝； ·商用芯片溫寬為0C to +70C，工業(yè)芯片溫寬為- 40C to +85C；ADC0832 為8位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬

34、量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 05V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。 正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、CLK、DO、DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO 和 DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 當(dāng) ADC0832未工作時(shí)其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK

35、和 DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第 2、3個(gè)脈沖下沉之前 DI 端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。3.1.3 水溫檢測電路原理圖3-3 水溫檢測電路水溫檢測電路如圖3-3，由溫度傳感器LM35采集到的太陽能熱水器水溫信號(hào)，水溫信號(hào)轉(zhuǎn)換稱電壓后經(jīng)過放大電路放大后，輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，AT89C51

36、CPU通過A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832獲取水溫信息，通過軟件實(shí)現(xiàn)溫度參數(shù)計(jì)算，獲得當(dāng)前溫度。放大電路功能仿真如圖3-4。圖3-4 放大電路功能仿真 3.2水位測量電路設(shè)計(jì)3.2.1 采用LM型液位傳感器LM系列液壓傳感器采用316L不銹鋼膜片及PVC塑料螺紋頭相結(jié)合，可測量水、其它液體及氣體液位。LM系列液壓傳感器采用擁有專利技術(shù)的低成本不銹鋼傳感器安裝在PVC塑料過程接頭內(nèi)。該設(shè)計(jì)可使傳感器具有多種外形，方便用戶應(yīng)用于需要高性能、小尺寸的壓力和真空系統(tǒng)。傳感器標(biāo)準(zhǔn)輸出為0.54.5V，供電為5V。LM型液壓傳感器電氣連接如圖3-5。圖3-5 LM型液壓傳感器電氣連接圖3.2.2水位測量電路原

37、理圖圖3-6 水位檢測電路 J1連接LM型液位傳感器，由液壓傳感器采集到太陽能熱水器的水位信號(hào)，水位信號(hào)轉(zhuǎn)換稱電壓后經(jīng)過放大電路放大后，輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832的CH1接口，AT89C51CPU通過A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832獲取水位信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理獲得當(dāng)前水位信息。水位檢測電路如圖3-6。3.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路原理圖如圖3-7。 圖3-7 報(bào)警電路LS1為報(bào)警揚(yáng)聲器，D1為報(bào)警指示燈，接口 ALARM和LED分別與AT89C51的P0.1和P0.2相連，當(dāng)AT89C51接收到的水位、水溫超過設(shè)定的閾值時(shí)，發(fā)出指令，揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)發(fā)光二極管閃爍，起到警報(bào)的功能。3.4

38、水閥控制電路設(shè)計(jì)3.4.1 繼電器3.4.2 水閥控制電路RL1是繼電器，Q1是電流放大電路，M KEY接AT89C51CPUde P0.0接口。當(dāng)AT89C51接收到的水位信息后，判斷是否低于設(shè)定的閾值，若是水位低于設(shè)定閥值則開啟水閥加水。水閥控制電路如圖3-8。 圖3-8 水閥控制電路3.5 TC35模塊接口電路TC35模塊的正常運(yùn)行需要相應(yīng)的外圍電路與其配合。TC35共有40個(gè)引腳，通過ZIF連接器分別與電源電路、啟動(dòng)與關(guān)機(jī)電路、數(shù)據(jù)通信電路、語言通信電路、SIM卡電路、指示燈電路等連接。TC35-GSM模塊接口電路如圖3-9。TC35芯片的18、19管腳分別與單片機(jī)AT89C51的P3

39、.0、P3.1串口相連接，單片機(jī)AT89C51通過串口使用AT指令控制TC35模塊進(jìn)行通信。429為SIM卡接口，J3連接SIM卡卡座，15腳是啟動(dòng)腳IGT，系統(tǒng)加電后為使TC35i進(jìn)入工作狀態(tài),必須給IGT加一個(gè)大于100ms的低脈沖,電平下降持續(xù)時(shí)間不可超過1ms。TC35模塊輸入輸出的TTL正電平邏輯不是+5V，而是+2.9V，因此必要時(shí)加端口保護(hù)。圖 3-9 TC35-GSM模塊接口電路3.6 AT89C51CPU的外圍電路3.6.1 晶振電路每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指

40、令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。 復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路有一個(gè)持續(xù)時(shí)間，加上電容可以利用其兩端電壓不能突變的特性，使復(fù)位電平維持一定時(shí)間，使單片機(jī)復(fù)位。另外這個(gè)電容還可以去除一些雜波的干擾，防止單片機(jī)被錯(cuò)誤復(fù)位。當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位引腳的電容可以稍大一些，復(fù)位時(shí)間隨之長一點(diǎn)；但如果電容太小，高電平持續(xù)時(shí)間太短，則單片機(jī)無法正常復(fù)位，就不能工作電容通常取 10UF 或 22UF ，鋁電解電容即可 AT89C51的外電路接口XTAL1、XTAL2接晶振電路，為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)；RST接復(fù)位電路，為系統(tǒng)提供工作電壓；P0.0接水閥控制電路，根據(jù)水位信息控制系統(tǒng)上水，防止水位過低；P0.1接報(bào)警揚(yáng)聲器，P0.2接報(bào)警閃爍燈LED，實(shí)現(xiàn)視覺、聽覺的雙方面報(bào)警；P1.5、P1.6、P1.7、依次與A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832的C