基于无线通信远程控制照明节能系统研究———硬件系统设计【毕业论文】.doc

1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于无线通信远程控制照明节能系统研究 硬件系统设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 随着城市市政建设的发展，传统的路灯控制与维护手段已远远不能适应城市现代化发 展的速度。而今，已有的智能路灯控制系统大多采用半夜灯控制，造成道路照明不均匀。另一方面，我国己建成了功能完善、成熟稳定的 GSM无线数字移动通信网，其覆盖范围愈来愈大，提供的信息服务也愈来愈多，尤其是 GSM数据业务及短消息业务 (SMS)优势众多。 因此，本文在融合单片机控制、 GSM无线通信、短消息业务 (SMS)等各种现代信息技

2、术的基础上，研制开发出了一种节能型路灯控制系统。 在本系统中用户以手机短信的形式将控制命令加上目的地址发送至当前位置的基站，然后由基站发送至短消息中心，再由短消息中心转发到目标位置基站，最 后由目标位置基站转发到 GSM无线数传模块中，通过 GSM模块与单片机的通信，单片机以 PDU编码的形式实现数据的读取或写入，最后可以根据用户所发的指令实现对目标的控制。 文章主要论述基于单片机的手机短信远程控制系统在城市交通路灯中的应用。设计中主要采用单片机控制系统、无线 GSM短信模块。文章主要内容包括：单片机控制电路设计、 GSM模块电路设计、如何实现短信息收发等几部分。 无线 GSM短信模块（这里主

3、要运用短信服务功能），执行发送短消息给用户手机和接收用户手机的短消息从而建立用户手机和单片机控制系统的控制功 能。路灯控制终端以单片机为核心，实现对短信的收发，并解释短消息，辅以各个功能模块，用 C语言实现，并对整个终端目标的控制。 关键词： 单片机； GSM 无线通信模块；短信 - 2 - Abstract With the development of municipal construction, the traditional means of control and maintenance of street lights has not adapt to the speed of

4、development of urban modernization. Now Intelligent control systems have been mostly used middle of the night street light control, resulting in uneven road lighting. On the other hand, China has built a comprehensive, mature and stable wireless GSMdigital mobile communication network, increasing it

5、s coverage and provideinformation services is also increasing, especially in GSM data services and shortmessage service (SMS ) advantages are many. Therefore, this article in the integration of SCM control, GSM wireless communication, short message service (SMS) and other modern information technolo

6、gy based on research developed a control system for energy-saving lamps. In this system, users in the form of SMS control command with the destination addresswill be sent to the current location of the base station, and then sent by the base stationto the short message center, and then forwards the

7、short message center to the targetbase station location, and finally transmitted by the destination base station To the GSM wireless module, through GSM communication module and the micro controller,the micro controller in the form of PDU encoded data read or write, and finally to the users orders t

8、o achieve the objectives of the control. This article discusses the micro controller-based remote control system in SMS traffic lights of the city. Design of the main control system using micro controller, wireless GSM SMS module. This article mainly includes: microprocessor control circuit design,

9、GSM module circuit design, how to send and receive text messages and other parts. Wireless GSM SMS module (mainly the use of text messaging services), the implementation of mobile phone users send text messages to and receive short messages to mobile phone users to create a user control syste m for

10、mobile phones and SCM control. Street light control terminal to MCU as the core, to achieve the send and receive text messages, and explain the short message, combined with the various functional modules, using C language, and the control of the terminal - 3 - objectives. Keywords: micro controller;

11、 GSM wireless communication modules; SMS - 4 - 目 录 1 引言 . 1 1.1 节能路灯发展概况 . 1 1.1.1 传统路灯的发展缺陷和不足 . 1 1.1.2 基于无线通信节能路灯的发展 . 1 1.2 论文的任务、设计内容 . 2 1.2.1 论文的任务 . 2 1.2.2 论文的内容 . 2 1.3 系统设计 的意义 . 2 2 GSM 简介 . 4 2.1 GSM 发展现状 . 4 2.2 GSM 的特点 . 4 3 总体设计 . 7 3.1 主控芯片的选取 . 7 3.2 通信模块的选择 . 8 3.3 系统设计流程 . 9 4 硬件

12、设计 . 11 4.1 TC35I 通信模块 . 11 4.1.1 TC35I 通信模块简介 . 11 4.1.2 TC35I 通信模块的特点 . 11 4.2 TC35I 通信模块外围电路 . 12 4.2.1 电源部分 . 12 4.2.2 SIM 卡电路 . 12 4.2.3 启动电路 . 13 4.2.4 其他电路 . 15 4.3 80C51 单片机系统 . 16 4.3.1 80c51 单片机简介 . 16 4.3.2 80c51 单片机特点 . 16 - 5 - 4.4 80c51 单片机系统外围电路 . 17 4.4.1 电源电路 . 17 4.4.2 串口电路 . 17 4.

13、4.3 晶振电路 . 19 4.4.4 LED 显示 . 20 4.4.5 其他电路 . 21 4.5 断线报警 . 22 5 软件设计 . 24 5.1 系统软件设计内容 . 24 5.2 总体程序流程图 . 24 5.3 中断子程序 . 25 5.3.1 接收终端中的中断子程序 . 25 5.3.2 控制终端中断子程序 . 26 5.4 发送接收相关的 AT 指令 . 26 6 制作和调试 . 28 6.1 制作过程 . 28 6.2 系统调试 . 28 6.2.1 硬件调试 . 28 6.2.2 软件调试 . 29 7 结论 . 30 致 谢 .错误 !未定义书签。 参考文献 . 32

14、附录 1 毕业设计原理图 . 33 附录 2 毕业设计作品实物图 . 34 附录 3 毕业设计作品说明书 . 35 - 1 - 1 引言 1.1 节能路灯发展概况 1.1.1 传统路灯的发展缺陷和不足 随著社会的发展，住宅楼一幢幢拔地而起，楼道照明灯和路灯的节电与延寿，已成为普遍关心的问题。 传统的路灯控制与维护手段己远远不能适应城市现代化发展的速度。传统的控制是通过人为定时去控制，而往往很多人都会忘记去关路灯或是照明灯，因而使灯长时间亮着，浪费了电能，没有起到节能作用。 许多路灯的有效功耗仅为 5左右，还有 95的时间成为无功消耗。因此 传统的人工管理模式已经和快速的现代化城市建设不相适应。

15、 1.1.2 基于无线通信节能路灯的发展 现在社会高速发展，科技也是高速发展。对于传统人工管理而言，出现了更高端科技的人工智能模式。它是基于无线通信 (GSM)远程控制路灯节能系统。管理人员只需了解系统电路工作方式以及操作方法，使用手机短信或者电脑就可以轻松控制整个路灯系统。也就是说在无人过问的情况下，整个路灯系统也可以有序工作。 基于 GSM通信模块的节能型路灯智能控制系统自然是很好的选择，既实现了智能的计算机集中控制又实现了电 能的节约，还可以对电路进行实时控制，若有人为破坏，就进行报警。 国内此类产品在路灯照明的远程监控方面，功能大多相近，主要通过无线通信技术对城市中照明光源进行开启、关

16、闭控制，实现路灯的管理。本文研究的系统是依靠单片机和 GSM通信系统 (这里采用 TC35i通信模块 )相结合，根据实际情况，比如是人为感觉路段的亮暗程度，控制一系列的路灯的开关模式（如较暗地方可以使灯全亮，亮度一般的地方，控制路灯间隔亮等），则起到了节能作用。- 2 - 本系统还有一个优点，如果人为破坏路灯，或是路灯损坏不亮，则会进行报警，通知管理人员进行及时维修 。这个实时控制功能是无线通信控制的一个很重要的特点，将初步普及社会。 1.2 论文的任务、设计内容 1.2.1 论文的任务 设计一套基于通信技术的公共路灯远程监控系统。通过单片机、通信技术来传输控制路灯的信号，能够实时监控照明电路

17、运行情况，有效地对人为破坏时，进行监控并及时报警。要实现对路灯设备的可靠监控，关键问题是两个 ,一是通信问题，即如何建立一个与众多路灯设备进行可靠通信的通信网络，二是监控设备的可靠性，特别是监控终端的可靠性。 1.2.2 论文的内容 本系统研究的主要内容： 1、 学习了解照 明控制系统设计的基本原理及方法。 2、了解并掌握基于无线通信在照明控制系统中应用的方法。 3、设计出原理图，使用 C 语言对所选控制算法进行仿真。 为了实现本系统的功能，更好的发展其优点，克服缺点，我做了如下工作： (1)根据实际情况，设计出研究系统的总方案，并通过设计单片机和 GSM模块相关电路，结合软件部分 (编程部分

18、 )，完善系统。 (2)研究了 GSM(Global System Mobile Communication，全球移动通信系统 )短消息业务的通信原理，了解掌握其相关的功能电路和 AT指令集以及功 能，让其有效的进行数据传输。 (3)对于电路，制作了 PCB 板，进行调试修改。 1.3 系统设计 的意义 本系统的设计是关于对城市路灯进行理想的监控，标志着城市照明控制和管理水平已经达到一个较高的层次，提高了城市照明控制的合理性和实时性： - 3 - (1)路灯的远程控制，随时控制对路灯的开关情况，既节省人力，有可以降低不必要的浪费。 (2)路灯的报警系统，有故障就报警，克服了人工查巡的盲目性，对

19、城市照明的及时维修和人力、物力的节约起到积极作用。 路灯的智能控制和节能有效的结合起来， 在倡导节约型社会的今天 ,节能型路灯照明智能控制系统的 研发更具有现实的意义 。 完成本系统的设计，既能让大学生巩固对单片机系统，无线网络模块的认识和掌握，还能明白节能路灯的发展的必然性和迫切性。它还可以引导着大学生进行产品设计的热潮。 - 4 - 2 GSM 简介 GSM全名为： Global System for Mobile Communications，中文为全球移动通讯系统，俗称 “全球通 “，是一种起源于欧洲的 移动通信技术 标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全 球各地可以共同使用一个

20、移动电话 网络标准 ，让用户使用一部手机就能行遍全球。目前， 中国移动 、 中国联通 各拥有一个 GSM网，为世界最大的移动通信网络。 GSM系统 包括 GSM 900： 900MHz、 GSM1800： 1800MHz 及 GSM1900： 1900MHz等几个 频段 。 2.1 GSM 发展现状 20世纪 80年代中期，当模拟蜂窝移动通信系统刚投放市场时，世界上的发达国家就在研制第二代移动通信系统。其中最有代表性和比较成熟的制式有泛欧GSM ，美国的 ADC(D-AMPS)和日本的 JDC(现在改名为 PDC)等数字移动通信系统。在这些数字系统中， GSM的发展最引人注目。 1991年 G

21、SM系统正式在欧洲问世，网络开通运行。 GSM系列主要有 GSM900、 DCS1800和 PCS1900三部分，三者之间的主要区别是工作频段的差异。 目前我国主要的两大 GSM系统为 GSM 900及 GSM1800，由于采用了不同频率，因此适用的手机也不尽相同。不过目前大多数手机基本是双频手机，可以自由在这两个频段间切换。欧洲国家普遍采用的系统除 GSM900和 GSM1800另外加入了GSM1900，手机为三频手机。在我国随着手机市场 的进一步发展，现也已出现了三频手机，即可在 GSM900GSM1800GSM1900三种频段内自由切换的手机，真正做到了一部手机可以畅游全世界。 早期来看， GSM900发展的时间较早，使用的较多，反之 GSM1800发展的时间较晚。物理特性方面，前者频谱较低，波长较长，穿透力较差，但传送的距离较远，而手机发射功率较强，耗电量较大，因此待机时间较短；而后者的频谱较高，波长较短，穿透力佳，但传送的距离短，其手机的发射功率较小，待机时间则相应地较长。 2.2 GSM 的特点