1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于 GSM网络的温度检测系统 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 GSM(Global System for Mobile communication)移动通信网络的迅速普及和竞争的 同益激烈，新技术和新业务的开发和应用已经提到一个十分重要的位置。短消息业务 (SMS)作为 GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。 在某种特定场合下由于监测分站比较分散、偏远，采用传统的温度测量方式周期长、成本高，而且测量员必须到现场进
2、行测量，因此工作效率非常低，且不便于管理。 本文提出了一种基于 GSM短消息的远程温度监测系统，在给出系统的总体设计的基础上，设计了系统的硬件和软件。 系统以 GSM网络作为远程信号的传输平台。另外系统采用 SPCE061A单片机作为主控芯片，控制 GSM模块的发送功能以及 DS18B20的温度检测功能。 本次课题主要任务是设计一个远程温度监控系统，首先通过一个温度传感器将采集到的数据通过单片机进行数据处理，把采集到的温度通过 GSM网络以短信的方式传递到远端的监控中心（如手机、 PC等）。当温度高于设定的上限或低于设定下限时能够发送短信进行报警行为。 关键词： SPCE061A 单片机；温度
3、检测； GSM 网络 - 2 - Abstract With GSM (Global optimisation techniques Mobile communication) views for the rapid popularization of Mobile communication network and competition PE fierce, with new technology and new business development and application has been referred to a very important position. Shor
4、t message service (SMS) as a basic GSM network has been more and more business, the system operators and system developers attention, based on the business of various applications also flourished. In certain cases due to monitoring more decentralized, remote, adopts the traditional temperature measu
5、rement way cycle is long and expensive, and the surveyor must to the site, so the work efficiency measure is very low, and do not facilitate management. This paper puts forward a method based on GSM short message remote temperature monitoring system, in the overall design of the system are based on
6、the system, the design of hardware and software. System to GSM networks as remote signal transmission platform. Another system adopts chip SPCE061A as the master, Control the GSM module of sending function and DS18B20 temperature detection function. This topic main task is to design a remote tempera
7、ture monitoring system, first by a temperature sensor will the data collected data processing by MCU, the temperature of the collected by the GSM network style to deliver a message to a remote monitoring center (such as mobile phone, PC, etc.). When the temperature higher than the upper or lower tha
8、n set limit to send text messages are under police behavior. Keywords: SPCE061A MCU; Temperature detection; GSM network - 3 - 目 录 1 引言 . 1 1.1 远程温度采集的定义 . 1 1.2 基于单片机控制的优点 . 1 1.3 远程监测系统发展现状 . 2 1.4 本文研究的主要内容 . 2 2 总体设计 . 4 2.1 DS18B20 工作过程 . 4 2.2 GSM 的原理 . 5 2.3 远程数据采集方案 . 7 2.3.1 使用 AT89C52 单片机方案
9、 . 7 2.3.2 可编程逻辑器 PLC 采集方案 . 7 2.3.2 凌阳单片机 SPCEO61A 的连接方案 . 7 3 硬件设计 . 9 3.1 SPCE061A 概述 . 9 3.1.1 SPCE061A 主要性能 . 9 3.2 SPCE061A 芯片介绍 . 9 3.3 SPCE061A 外围电路 . 10 3.3.1 时钟（锁相环振荡器，系统时钟，实时时钟） . 10 3.4 温度传感器的选择 .11 3.4.1 温度传感器 PT100 .11 3.4.2 基于 555 的测温电路 .11 3.4.3 测温芯片 DS18B20 . 12 3.4.4 DS18B20 的工作时序
10、. 12 3.4.5 DS18B20 与单片机的典型接口 . 14 3.5 GSM 无线模块简介 . 15 3.5.1 功能简介 . 15 3.5.2 SIM300 与硬件连接 . 16 4 软件设计 . 18 4.1 软 件开发工具 . 18 4.2 软件流程图 . 19 4.2.1 主程序部分 . 19 4.2.2 DS18B20 温度检测程序 . 21 4.2.3 GSM 短信发送程序 . 22 4.2.4 串口通信 UART 程序 . 22 5 制作和调试 . 24 5.1 硬件制作和调试 . 24 5.1.1 PCB 板图的制作和调试 . 24 5.2 软件的调试 . 25 6 结论
11、 . 26 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 27 - 1 - 1 引言 1.1 远程温度采集的定义 在 无线传输 技术、电子技术飞速发展的今天 ，温度的远程自动监测已经成为各行各业进行安全生产和减少损失采取的重 要措施之一 1。特定场合下由于监测分站比较分散、偏远，采用传统的温度测量方式周期长、成本高，而且测量员必须到现场进行测量，因此工作效率低，且不便于管理。本文提出了基于 GSM 的远程系统通过现有的 GSM 网络将监测结果以短信方式发送至相应的监控终端 (如手机、 PC 机 )。系统具有结构简单、可靠性高、成本低等特点，可广泛应用于桥梁混凝土测温、油气井场、电力电缆火灾监测
12、、粮仓及物资仓库温度监测等 2。 移动子系统和监控中心子系统之间往往通过短消息（ Shot Message)方式传送数据。这种方式采用 GSM 引擎模块就 能实现短消息的传送，实现简单，具有通信成本低、频谱利用率高、系统容量大、业务种类多、保密性能好、抗干扰能力强、国际自动漫游等优点，它利用信令信道传输，不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心在发给最终的信宿，这是目前应用最广泛的通信方案。 1.2 基于单片机控制的优点 在无线通信技术的不断发展的同时，单片机也逐步渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。在工业军事上有导弹的导
13、航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过 程的实时控制和数据处理，在生活方面单片机应用于广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。 鉴于单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，单片机被应用在无线传输。基于单片机的无线传输系统不但小巧而且容易控制，有很大的开发前景 3。 - 2 - 1.3 远程监测系统发展现状 目前远程监测主要有以下几种方式：短距离长线监测；通过市话网；通过internet 网络；通过自组网络 (CDPD 网 )；通过
14、数传电台 方式 4。短距离长线监测和通过自组网络 (CDPD 网 )首先要自行建设通信网络，建网初期投资巨大，运营期间自主维护耗费人力物力较大，信号质量得以保证，效果好，相对运营费用高；通过市话网和 internet 方式以现有的网络为依托，无需自行建设通信网络，但是由于市话网和 internet 难以达到工业现场覆盖面，接入网络受到限制，局限性很大，网络运行效果取决于网络运营商，线路安全不能得到保证，其通信效果好，信号量大，运营费用相对低廉；数传电台出现较早，应用很广泛，是一种不错的无线数传方式，但是建网初期投资巨大，数传电台 的传输范围有限，而且容易受到空间无线信号的干扰，信号不能得到保障
15、，但是数传电台信号传输实时性好，运行费用低。远程监测系统应用广泛，遍及国民经济的很多领域，典型应用在自动化工厂，生产过程，机器和设备的远程监测：在自动化生产线上，一般由可编程逻辑控制器控制，可对其进行远程监测；关键的机器和设备关系到产品的质量和生产线的安全，对此类设备工作参数可实现远程监测，超限报警。 而目前这些监测系统无论从成本、可靠性、稳定性、使用方便性、还是维护的难易程度等方面都不能最大限度的使人满意。因此本文把 GSM 网络引入到远程监测系 统中，提出了基于 GSM 短消息的远程监测系统。 GSM 网络是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟完善、覆盖面最广、功能最强、用户最多的移
16、动通信网络， GSM 短消息业务不需要建立拨号连接，只需把待发的消息加上目的地址发送至短消息中心，再由短消息中心转发到最终目标。运用 GSM 短消息实现远程监测可靠性高、信号传播距离远、覆盖面积广，并且可以节省建网初期的巨额投资，运营期间无需维护网络，运行费用低廉。随着移动通信技术的迅猛发展，笔者相信基于 GSM 短消息的远程监测系统将广泛应用于国民经济的诸多领域，也 将成为一个崭新 的研究热点。 1.4 本文研究的主要内容 随着计算机、通信和无线技术的逐步融合，在传统的有线通信的基础上，无线通信技术应运而生，它具有快捷、方便、可移动和安全等优势，所以广泛应用- 3 - 到各个领域。如工厂的生
17、产设备、化工领域、航空航天、农作物的种子和储存、实验室等等。有很多领域的温度可能较高或者较低使人无法靠近或现场无需人力来监控，我们可以用远程监控，做在办公室里就可以对现场进行监控，又方便又省力。 本次我的设计题目是基于 GSM 温度检测设计系统。 主要任务是设计一个远程温度监控系统，首先通过一个温度传感器将采集到的数据 通过单片机进行数据处理，把采集到的温度通过 GSM 网络以短信的方式传递到远端的监控中心（如手机、PC等） 。能够通过键盘输入温度的上下限；当温度高于设定的上限或低于设定下限时能够报警；可以广泛运用于较广的范围。这个系统采集温度的精度不低于0.5 摄氏度，采集数据传输到上位机或
18、者是指定手机上进行显示。 全文共分 5 章，各章的主要内容如下： 第一章 引言。介绍课题来源，研究意义及发展趋势。 第二章 介绍本次课题的总体设计 。 第 三 章 主要是硬件设计的实现，以模块为单位分别介绍各个模块实现其功能的原理及过程。 第 四 章 软件实际的流程和设计的实现，以模块为单位分别介绍各个模块实现其功能的原理及过程。 第 五 章 系统调试结果和和本次设计的成果，及不足之处，还需要改进的地方。 - 4 - 2 总体设计 本系统总体框图如图 2-1。主要有单片机控制模块、键盘模块、 LED 显示模块、温度采集模块、 GSM 无线传输模块。 图 2-1 系统总体框图 本设计的总体方案是
19、以 SPCE061A 为核心，并可以通过温度传感器采集数据，键盘跟 LED 数码管主要实现温度上下限的设置及显示。而 GSM 模块可以将数据发送给远程监控中心。本人采用软硬件相 结合的方式来实现整体设计，硬件部分使用凌阳 61 单片机的最小系统，其中包括晶振输入模块、锁相环外围电路、复位电路、指示灯等 。软件部分，本人选择 C 语言作为主要开发语言，用凌阳的 unsp IDE 软件完成主程序、按键扫描程序、 LED 显示程序、温度采集程序、GSM 接收和发送程序。 2.1 DS18B20 工作过程 DS18B20的操作主要有三个关键过程 5：搜索 DS18B20序列号，启动温度转换，读取温度值
20、。每个操作之前必须复位 DS18B20，即由主机将总线拉低至少480ps，主要工作过程如下： 1、主机首先发一个复 位脉冲，使信号线上所有的 DS18B20芯片都被复位，从属器件回应存在 (PRESENCE)脉冲告知 CPU自己的存在、准备就绪。 2、 CPU检测到存在脉冲后，接着发送 ROM操作命令，以查询总线上有多少个 DS18B20、单个 DS18B20的序列号、总线上是否有匹配特定序列号的 DS18B20器件以及总线上的 DS18B20是否处于报警状态。对于单点访问系统，最重要的ROM命令莫过于 SKIP ROM，由于总线上只有一个从属器件， DS18B20收到此命温度采集 SPCE0
21、61A 单片机 GSM 模块 键盘输入 LED 显示 手机 GSM 网络 - 5 - 令后就知道 CPU默认对自己操作，不必发送 64位序列号，从而节省大量宝贵 时间，继续发送功能命令。 3、总线控制器在发送某 ROM命令指定操作对象后才能发送 DS18B20功能命令，控制选中的 DS18B20的工作状态，完成整个温度转换、读取中间暂存器等工作。中间暂存器有 9个寄存器，读取暂存器 (READ SCRATCHPAD)命令可以读取其中的内容。 DS18B20总是从最低字节的最低比特开始发送，温度数据首当其冲。若用户只想接收部分寄存器的数据，通过发送复位脉冲， DS18B20就会停止发送后续数据，
22、从而节省时间。 DS18B20加电后处于低功耗状态， CPU每次必须发送转换温度 (CONVERTT)命令初始化 DS18B20采集温度并进行 A/D转换，最终结果保存在中间暂存器的温度寄存器并返回。在转换过程中，控制其可以查询当前状态，转换进行中返回。结束返回 1。 DS18B20遵循严格的一线总线协议，定义了复位 (RESET)脉冲、存在脉冲、写 0、写 l、读 0和读 l等 6种信号，以保证数据的完整性 6。除了存在脉冲是由DS18B20发出之外，其余 5个皆由控制器发出。 CPU在写时隙向 DS18B20写入数据，在读时隙从 DS18B20读取数据，每一时隙只能传送 1比特数据。各种读
23、写时隙必须持续至少 60us，两个 连续时隙之间要有 1us恢复时间。 DS18B20的操作遵从严格的时序，在软件设计时应注意以下几点： (1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于 DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对 DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。 (2)在 DS18B20测温程序设计中，向 DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待 DS18B20返回信号，一旦某个 DSl820接触不好或断线，当程序读该 DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行 DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予
24、一定的重视。 2.2 GSM 的原理 GSM(Global System for Mobile Communication)的中文是全球移动通信系统，又称 “全球通 “，最早在欧洲开发出来并成功运用。为区别早期的模拟移动通信系统，把模拟移动通信系统称为第一代（ 1G）移动通信系统，把 GSM 称第二代- 6 - 数字蜂窝移动通信系统 ,简称 2G。 GSM 采用的是数字调制技术，其关键技术之一是时分多址 (TDMA，每个用户在某一时隙上选用载频且只能在特定时间下收信息 )，因此其话音清晰，保密容易，能提供的数 据传输服务较多。 GSM 网能支持的用户数量为模拟网的 1.8-2 倍。由于 GSM
25、 发展极快，在其 900MHz 频段满以后，又开辟了 DCSl800、 PCS1900 等频段，但一般的手机都工作在 GSM900 和 DCS1800两个频段，当然也有三频段的手机。 GSM 网络采用的是蜂窝式组网，因此又叫蜂窝移动通信系统 。 GSM 数字蜂窝通信系统 7的主要组成部分可分为移动台、基站子系统和网络子系统。基站子系统（简称基站 BSS）由基站收发台（ BTS）和基站控制器（ BSC）组成；网络子系统（ NSS)由移动交换中心（ MSC）和操作维护 中心（ OMC）以及原地位置寄存器（ HLR）、访问位置寄存器（ VLR）、鉴权中心（ AUC）和设备标志寄存器（ EIR）等组成
26、。 我国 GSM通信系统采用 900MHz和 1800MHz频段。 GSM900频段为： 890 915MHz（移动台发，基站收）， 936-960MHz（基站发，移动台收）； DCS1800 频段为：1710-1785MHz（移动台发，基站收）， 1805-1880MHz（基站发，移动台收）。相邻两频点间隔为 200KHz，每个频点采用时分多址（ TDMA）方式，分为 8 个时隙，即 8 个信道（全速率）。绝对频点 号和频道标称中心频率的关系为： （ 1） GSM900MHz 频段： 上行（移动台发） fl(n) = 890.2MHz + (n-1) X 0.2MHz 下行（移动台收） fh(n) = fl(n) + 45MHz； 1= n = 124 （ 2） GSM1800MHz 频段： 上行（移动台发） fl(n) = 1710.2MHz + (n-512) X 0.2MHz 下行（移动台收） fh(n) = fl(n) + 95MHz； 512= n = 885 频率复用是指在 GSM 系统中不同 地理区域上的服务小区使用相同的载波频率进行覆盖。这些区域必须隔开足够的距离，以致所产生的同频道及邻频道干扰的影响可忽略不计。 在一个地理区域内给每个小区（或叫蜂窝）分配一组无线信道。这些小区所分配到的一组无线频道与它的相邻小区的无线频道完全不一样。
