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基于GPRS的远程温度监测系统设计-浙江大学.doc
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1、基于GPRS的远程温度监测系统设计专业学生姓名班级学号指导教师完成日期3基于GPRS的远程温度监测系统设计摘 要温度是工业生产中主要的被控参数之一,与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化丁、机械、食品等领域。温度控制是丁业生产过程中经常遇到的过程控制。有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。例如:在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中,人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制;在农业生产、粮食储备、计算机机房等都需要对温度进行控制。因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。GPRS作为一种高速、高效、经济的
2、无线系统,具有网络覆盖范围广、数据带宽宽、适应性强、计价按数据流量计算、实时在线的优点,特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔大量的数据传输,能够满足数据采集及监控的双向数据信息传输。GPRS技术从实验室研究、地区范围内试用到正式商用,经过了长时间的完善,技术先进可靠。GPRS设备数据监控终端传输设备一开机就能自动附着到GPRS网络上,与数据中心实时在线进行实时数据通信,高速输,可靠性高。文中设计了一种温度控制系统,用单片机作为微控器,选用数字温度传感器,对温度进行控制,提出了一种基于GPRS技术的远程温度监测系统方案,采用AT89C51单片机和DS18B20数字温度
3、传感器实现现场温度数据的采集和处理,再通过GPRS模块TC39i实现远程的数据传输和接收,具有精度高、稳定性好的特点。硬件方面设计了一个基于单片机的温度智能控制系统, 以AT89C51单片机为核心,采用了温度传感器DS18B20,以GPRS无线通信模块为基础,基于AT指令和数据采集器,构建一个远程的温度数据采集系统,对温度进行控制。实践结果表明,该系统使用效果良好,有着广泛的应用前景。关键词:温度采集系统;监控软件;单片机 GPRS-based remote temperature monitoring systemAbstract:Temperature is the main accuse
4、d 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 temperat
5、ure 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 temperat
6、ure 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 ra
7、nge 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,
8、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 at
9、tach 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, temperat
10、ure 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 acc
11、uracy, 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 a
12、cquisition 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 录1. 概 述51.1 课题设计背景51.2 课题设计意义52. 系统的总体结构与硬件电路设计62.1 系统总体结构设计62.2 温度采集模块设计62.3 单片机电路设计82.4 通信电路设计
13、123.下位机软件设计143.1 下位机总体软件的设计143.2温度采集程序设计163.3通信模块设计184.上位机软件设计224.1 GPRS通信网络224.2 远程温度检测的实现原理234.3 GPRS DTU 远程温度监测界面245.系统集成与调试256.结束语27致 谢29附录1:采集系统接线图30附录2:元器件表31盐城工学院本科生毕业说明书( 2011)1. 概 述1.1 课题设计背景温度与人们的生产生活密切相关,需要对温度监测的场合非常多。传统的有线测温方式存在着布线复杂,线路容易老化等问题。无线测温技术与有线测温技术相比,有成本低、携带方便、搭建网络简单快捷等特点,特别是在有线
14、网络不通畅或由于现场环境因素的限制不便架设线路的情况下,使用无线通信技术进行温度监测显得更加实用、快捷。随着计算机技术和通信技术的不断发展,计算机远程无线监控技术在工业控制领域中的应用越来越广泛。GPRS技术从实验室研究、地区范围内试用到正式商用,经过了长时间的完善,技术先进可靠。GPRS设备数据监控终端传输设备一开机就能自动附着到GPRS网络上,与数据中心实时在线进行实时数据通信,高速输,可靠性高。GPRS网络覆盖全球,不存在信号盲区,按照流量收费,没有数据流量传递时不收费用,计费合理、科学、企业运行投资小、效益高。这些特点适合于提高企业计量信息的及时性、可靠性、准确性和实现企业生产管理的信
15、息化。温度自动监测技术在我国工业生产中应用非常普遍,但大多数是传统的分散式三级系统(下位机、中位机、上位机),采用有线的传输方式。其远程线路铺设及维护的成本过高,引线过长,导致整个系统的传输速率变慢、功耗上升、稳定性下降。随着无线通信数字网络的发展,采用GSM和GPRS无线通信网作为通信方式为上述问题提供了一个新的解决方案。随着无线通信技术的发展,采用无线的传输方式已成为远程分布式温度监测技术的发展趋势。GPRS技术在移动通信领域的发展,已经能够实际应用到许多需要无线数据传输的领域,也为温度采集传输及监控提供了一种新的数据通信方式。温度传输的实时性与可靠性成了设计远程数据采集系统的关键。1.2
16、 课题设计意义 本文对GSM远程温度监测系统硬件和软件设计进行说明。温度检测采用 DS18B20,非常适用于多点、恶劣环境下的温度监测系统。系统进行温度数据的实时监测,监测数据精度高,系统操作简单,而且可应用于有线网络设备无法到达的地方,实现了温度监测的自动化智能化,具有成本低廉分布灵活,实时在线的优点。GSM模块利于系统集成,成本较低,运行稳定可靠,适用于远距离监测,不受地形条件的限制,有着广泛的应用前景。系统的实现给远程对温度的要求提供了方便,而且快捷,成本不高等,为农业工业生产带来极大的方面。2. 系统的总体结构与硬件电路设计2.1 系统总体结构设计系统的总体设计思路是温度采集模块将采集
17、到的数据通过GPRS模块发送到监控计算机上。温度传感器把室内温度的处理发送给AT89C51单片机,温度数据通过单片机处理,再由GPRS发送模块发送出去。GPRS接收模块接收发送模块发送过来的数据,通过RS232通信接口连接GPRS模块实现与上位机通信,将数据上传至上位机,实现在上位机中对室内温度远程的分析、管理。图2-1 系统的总体框图2.2 温度采集模块设计在设计中,温度采集模块我使用的是美国 DALLAS公司采用单总线技术生产的一种新型数字式温度传感器DS18B20。2.2.1 DS18B20 简介DS18B20为单总线数字化温度传感器,由其组成的测温系统精度较高,能达到小数点后3位,而且
18、具有连接方便,占用接口线少等优点。DS18B20与传统的热敏电阻相比,能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现912 位的数字值读取 ,读取DS18B20的信息仅需一根总线,总线本身可以向所有挂接的 DS18B20芯片提供电源 ,而不需额外的电源。温度测量的范围为- 55+ 125,测量的分辨率为0. 5,最高可达01062 5 ,工作的电压范围: + 3105. 5 V。DS18B20其内部64位光刻 ROM是出厂前被光刻好的,它由8位产品系列号,48位产品序号和8位CRC编码组成,DS18B20的产品系列号均为28 H ,每个器件48位产品序号各不相同。其中VCC接313
19、V电源,电源端外接一个约为417 k的上拉电阻 ,当总线闲置时,其状态为高电平。2.2.2 温度传感器的测温原理 DS18B20的测温原理如图2-2所示,图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1,高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入,图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数,进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定, 每次测量前,首先将- 55所对应的基数分别置入减法计数器1,温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在- 55所
20、对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的频率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直至温度寄存器值达到被测温度值。另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。
21、操作协议为: 初始化DS18B20(发复位脉冲)发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。预置频率累加器计数比较器低温度系数振荡器高温度系数振荡器减法计数器减到0减法计数器2减到0预置温度寄存器增加停止图2-2 测温原理图 2.2.3 温度传感器接口电路设计 在设计中,由DS18B20组建温度采集系统。其中,1脚GND,2脚为数据输入端,3脚VCC,2脚与3脚间接上一个4.7K的电阻,形成上拉电阻。详细的采集电路如图2-3所示。 图2-3 DS18B20温度采集电路2.3 单片机电路设计2.3.1 单片机选择及简介单片机选用的是Atmel公司的AT89C51单片机,AT89C51是一种带4K字
22、节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。单片机的外围电路主要包括时钟电路和复位电路。a 主要特性:与MCS-51 兼容;4K字节可编程闪烁存储器;寿命:1000写/擦循环;数据保留时间:10年;全静态工作:0Hz-24Hz;三级程序存储器锁定;128*8位内部RAM;32可编程I/O线;两个16位定时
23、器/计数器;5个中断源 ;可编程串行通道;低功耗的闲置和掉电模式;片内振荡器和时钟电路。b管脚说明:图2-4 AT89C51芯片引脚图 VCC:供电电压。 GND:接地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作
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