本科毕业论文---基于gprs的温度实时监测系统设计论文.doc
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1、陕西理工学院毕业设计题目 基于GPRS的温度实时监测系统设计 学生姓名 李德林 学号 1113014003 所在学院 物理与电信工程学院 专业班级 电子1101班 指导教师 贾建科 完成地点 物电学院实验室 2015 年 6 月 10 基于GPRS的温度实时监测系统设计李德林(陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业电子1101班陕西汉中 723003)指导教师:贾建科摘要近年来,随着通信事业的不断发展,移动终端的设计也逐渐倍受关注。随着无线网络的覆盖范围的扩大和完善,基于远程的温度采集控制系统在各行各业中大量使用。该系统主要由DS18B20单总线温度传感器、GPRS传输模块SIM900
2、A和AT89C52微控制器组成,具有无线传输网络的特征。可方便实现对各种现场温度进行远程监控和管理。具有传输速度快、可靠性高、适应性强等特点。关键字GPRS,无线,数据采集,系统Design of GPRS temperature monitoring system for real timeLi Delin(Grade 11,Class 01,Major electronics and information engineering,School of Physics and Telecommunication Engineering.,Shaanxi University of Techn
3、ology,Hanzhong Shaanxi,723003)Tutor: Jia Jianke Abstract:In recent years, with the continuous development of communication enterprises, the design of mobile terminal also gradually attention. With the enlargement of the wireless network coverage and improvement of temperature acquisition based on th
4、e remote control system used in all walks of life. The system is mainly composed of DS18B20 single bus temperature sensor, GPRS transmission module of SIM900A and microcontroller AT89C52, has the characteristics of wireless transmission network. Easy to realize remote monitoring and management for a
5、ll kinds of field temperature. With transmission speed, high reliability, strong adaptability, etc. Keyword:GPRS,Wireless, Data acquisition,System陕西理工学院毕业设计目录1绪论11.1 课题的研究背景及意义11.2 发展历程及国内外研究现状11.3 系统组成12 系统硬件设计32.1 监测端32.1.1 AT89C52模块32.1.2 DS18B20模块42.1.3 LED模块42.2 发射端72.2.1 SIM900A模块73 软件设计83.1 D
6、S18B20测温流程83.1.1 初始化93.2 涉及SIM900A的串口初始化及GPRS协议转换93.2.1 单片机程序中涉及SIM900A串口初始化93.2.2 GPRS应用系统中的协议转换103.3简介KeilUvision113.4上位机程序及仿真界面123.4.1 Visual Basic简介123.4.2 Visual Basic编译注意事项124.总结14致谢15参考文献16附录A 程序代码17附录B:温度采集仿真31附录C外文翻译321绪论1.1 课题的研究背景及意义近年来随着科学技术的进步,温度测量的需求也越来越高,在测量机构的工业发达国家,相关的温度测量技术是一个重要研究课
7、题。温度是一个非常重要的参数,用于工业和农业,医学,科研,国防工业,航天工业等。温度测量点一般约占一半的生产过程,一般情况国外的一些机构会注意温度测量技术的过程。温度测量技术的发展趋势是提高结构构件的检测。另一方面是完善二手仪器,特别是检测元件的小型化,提高动态特性,提高二仪器的灵敏度和可靠性和测量数字的值。GPRS是通用分组无线业务4(General Packet Radio Service)的英文简称,是在现有的GSM系统开发了一种新的分组数据承载业务。此功能适用于大多数的移动互联网应用。采用该方法会大大节省人力和财力,减少工作人员在野外操作的困难,也可以替人类到环境比较恶劣的条件下进行正
8、常作业,而且采集数据精确,速度快。监测人员操作方便,为人们带来很大的方便。采用有线温度采集,不但在组建采集系统时布线比较麻烦,而且数据传输距离比较近,组建系统的成本相对较高。而无线温度采集系统的组建省去了数据传输时的布线,而且数据传输距离可以很远,可靠性高。所以无线温度采集系统与有线温度采集系统相比,具有很大的优势。采用该方法会大大节省人力和财力,减少工作人员在野外操作的困难,也可以替人类到环境比较恶劣的条件下进行正常作业,而且采集数据精确,速度快。监测人员操作方便,为人们带来很大的方便。1.2 发展历程及国内外研究现状在应用在GPRS / GSM方面1,事实上,我们是在我们离不开手机应用最广
9、泛。现在移动互联网在3G业务的另一个常见的事情发展迅速。但仅仅在商业上的应用是不能够展现他的优势的。在工业上随着工业技术的不断发展在GPRS/GSM的技术可靠性得到了不断的提升。这为远程控制的可靠性提供了保证。目前从GSM到GPRS技术发展最好的国外公司是西门子公司的产品。此外国内的华为公司的一些产品比如EM310模块、EM770W模块、EM200、GTM900-C等销量也比较的大。由于大多数的GPRS/GSM产品都支持AT标准指令,所以大多产品都可以很好的兼容。但由于生产技术的不同,各厂家的产品的性能各不相同,且GSM网络是一种电路交换系统,而GPRS网络是一种分组交换系统。因此,GPRS特
10、别适用于间断的、突发性的或频繁的数据传输。介于以上理由及系统的可靠性,本设计主要使用GPRS网络来实现远程无线温度的采集和对其控制。1.3 系统组成本设计的整个系统通过数字温度传感器采集工作现场温度,将数字信号传给单片机,并由LED现场显示温度,单片机将处理过的数据信息通过GPRS模块操作,连接到GPRS网络,将数据由GPRS网络上传到Internet网络2,在服务器端由VB编写的上位机程序通过使用Run-Time Engine控件来对数据进行处理显示。其系统框图如图1.1所示。图1.1系统组成框图第 41 页 共 46 页陕西理工学院毕业设计2 系统硬件设计硬件组成:检测端和发射端两部分组成
11、。温度实时检测端是通过DS18B20从现场采集温度信息,AT89C52对获取的数据信息进行汇总并加工处理,按照上位机要求上传网络。发射端是TCP/IP协议GPRS模块通过SIM900A来完成,来完成温度数据的监测。在此说明,最初我选用的单片机是STC89C52,因为STC89C52相对AT89C52功能更齐全一些,STC89C52有512字节的数据存储空间,而AT89C52只有256字节数据存储空间;另外STC89C52单片机内部有2K字节的EEPROM存储空间,AT89C52却没有。但实际操作中没有烧录的设备,所以就选则AT89C52单片机。2.1 监测端 监测端主要包括:AT89C52,D
12、S18B20,LED数码管。第一部分:温度信息获取,DS18B20传感器从现场采集温度信息,第二部分为:对传递进来的数据进行处理,AT89C52单片机将DS18B20传递进来的数字信号进行处理,将实时温度传递给LED和SIM900A(GPRS模块);第三部分为LED八段数码显示管,它将AT89C52处理的实时温度数据显示出来,以便于读数。本次毕设中在实际操做中采用12M的晶振来完成,电源采用的是五伏直流电源的蓄电池。实现步骤主要分为:第一,根据需要设计电路;第二,根据设计电路进行温度实时监测的仿真;第三,在仿真通过时,进行电路优化;第四,进行实体电路的焊接并进行温度实时监测。2.1.1 AT8
13、9C52模块(1)AT89C52的功能特性描述作为普通51单片机已与广泛应用于各种产品中,其接口简单,方便使用,且功能强大,因此本系统采用AT89C52单片机作为主控制芯片。AT89C52单片机功能使用有以下标准:8字节的FLASH闪存,256字的竹内部RAM,3个16位定时器/计数器,32个I / O端口线,一个两级6向量中断结构、全双工串行通信端口,芯片上的时钟振荡器电路。AT89c52可降至OHz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电上作模式。空闲方式停止CPU 的工作,但允许RAM,定时计数器串行通信口及中断系统继续工作。振荡器停止工作和其他工作,直到下一个硬件复位所有部分.(2)涉
14、及到AT89C52电路简图本系统设计所涉及到的AT89C52最小系统8,仅有芯片,晶振,和复位键组成。外接5V的电源电路。如图2.1所示。 图2.1AT89C52最小系统2.1.2 DS18B20模块(1) DS18B20一般说明及特点概述DS18B20温度芯片是一种集成芯片,能够有效的减小外界的干扰,提高测量的精度,简化电路的结构。使用集成芯片,已经慢慢的成为设计电路的一种趋势。本系统设计使用温度芯片DS18B20,也正是顺应了这一趋势。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,其测温分辨率可达0.0625C,其提供9位温度读数,指示器件的温度。(2)DSl8B20的外部管
15、脚及特点DS18B20有三个管脚。GND为接地线,DQ为数据输入输出接口,通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。VDD为电源接口,既可由数据线提供电源,又可由外部提供电源,范围3.0V5.5V。本文使用外部电源供电。引脚排列如图所示。图2.1.2 DS18B20引脚排列图(3) DS18B20的内部结构本系统所用的DS18B20主要由四个部分组成:温度传感器, 64位光刻R0M, 配置寄存器,非易失性的温度报警触发TH和TL。R0M交货前64位序列号被光刻技术,它可以被认为是DSISB20地址码序列,每个DSI8B20 64序列号是不一样的。表2.3.2 DS18B20精度位数对应表R1R0精度
16、位数最大转换时间R1R0=009位精度93.75 msR1R0=0110位精度187.5 msR1R0=1011位精度375 msR1R0=1112位精度750 ms注:编程时默认是12精度。本系统采用的也是12位的精度。2.1.3 LED模块(1) LED数码管简介LED数码管其实是由七个发光管组成8字形构成的,再加上小数点为8个发光管。这些部由字母a,b,c,d,e,f,g,dp分别来标识;如图2.1.3所示。(2)LED管脚数码管加上特定电压后会发光, 让我们的眼睛看到两个8数码管字11。如:显示一个“0”字,所以应该是a b c d e f亮,g和dp并不明亮。通常为明亮,非常明亮,也
17、有不同的尺寸0.5寸,1寸等。一般来说,一个发光二极管的管压降约为1.8 V,电流不得超过30 mA。当阳极接在一块并且连接在电源正极的发光二极管是共阳数码管,当阴极接在一块并且连接在电源负极的发光二极管是共阳数码管。LED数码管显示数字和字符常用的是0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B, C,D,E,F。 图2.1.3 DS18B20引脚排列图2.2 发射端发射端主要包括:SIM900A GPRS模块,它的主要功能是将监测端采集的温度数字信号同过SIM900A的GPRS业务发送给远程检测端(上位机)。GPRS不局限GSM网络只能提供思维的电路交换模式,只通过增加相应的功能实体和对现
18、有的基站系统进行一部分改造和分组交换,这种投资的转变是比较小的,但得到用户数据速率是相当快的。此外,由于它不再需要现有的无线应用需要调解器,因此连接将更加方便和更容易运输。2.2.1 SIM900A模块(1)SIM900AGSM通信模块是数据传输的通信核心。SIM900A可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。 图2.2.1 SIM900A实物图(2)SIM900A 功能图下图展示了SIM900A的功能框图,并说明了主要的功能部分:GSM基带、存储器、 GSM射频、天线接口、其他接口图2.2.2 SIM900A功能图(3
19、)GPRS模块接口设计通信控制模块SIM900A可以通过软件来实现3,用软件控制使用灵活的特点,同时也很好的避免过多的硬件信号的检测。SIM900A模块的设计和电源引脚在一起,因为SIM900A是一个全功能的模块,所以没有必要做任何的信号处理和射频处理。此外SIM900A模块还需要连接的SIM卡,从而达到的GPRS终端的完整的独立。在串行设计中,虽然SIM900A模块串口操作电平是CMOS电平,工作电平单片机串口引脚为TTL电平,但由于微控制器的高和低逻辑电平可达到SIM900A引脚的连接,因此TC35模块串口直接与电缆单片机的串行电缆连接。以下为SIM900A模块的接口设计。图2.2.3 S
20、IM900A模块接口陕西理工学院毕业设计3 软件设计本系统软件设计主流程图如下所示。 图2.3.3 系统软件流程图3.1 DS18B20测温流程DS18B20监测实时温度时,首先要进行初始化,单总线上的所有处理均从初始化开始,初始化序列包括总线主机发出一复位脉冲,接着由从属器件送出存在脉冲;其次进行ROM操作指令,跳过ROM,跳过64位ROM地址,直接向DS18B20发送温度转换命;然后AT89C52发送温度转换命令,经过单线接口访问DS18B20的协议处理顺序,如图5.2所示。图3.1 处理顺序图3.1.1 初始化单总线上的所有处理均从初始化开始。初始化序列包括总线主机发出一复位脉冲,接着由
21、从属器件送出存在脉冲。unsigned char ow_reset(void) unsigned char presence;DQ = 0; / 将 DQ 线拉低delay(36); / 保持DQ = 1; / DQ返回高电平delay(5); / 等待存在脉冲presence = DQ; / 获得存在信号delay(30); / 等待时间隙结束return(presence); / 返回存在信号,0 = 器件存在, 1 = 无器件3.2 涉及SIM900A的串口初始化及GPRS协议转换3.2.1 单片机程序中涉及SIM900A串口初始化/* ! 串口0初始化函数, 此串口用作接收终端控制命令
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