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 软件系统设计 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 - - 2 - - 摘 要 为了掌握无线远程通信的基本原理以及在节能照明领域的应用，论文重点阐述了 基于 LPC2131 和 MC55的 SMS 无线通信的设计方法，以单片机为核心控制器件，其中包括了无线接收终端模块、单片机控制模块、数据发送模块和应用终端模块。无线接收终端主要由 LPC2131 和 MC55 芯片实现，其中多用 AT 指令进行短信的发送与接收，数据发送模块包括对用手机发送和使用终端的控制两方面，其中使用终端控制
2、方面采用 C 语言进行编写，而对于用户手机发送依然可以采用AT 指令来实现。设计出的实物可以接收固定信号源发送的信号并进行处理，经过各个模块从而达到最终远程控制的目的。同时在接收过程中可能会出现很多的干扰信号，为了避免干扰信号的干扰 ，所以要在整个设计的程序中添加消除干扰的程序。 关键词： LPC2131； MC55；单片机； C 语言； AT指令 - - 3 - - Abstract In order to master wireless telecommunications basic principle and application of the energy-saving light
3、ing field, this paper expounds the LPC2131 and MC55 based on the design method of SMS wireless communications, based on singlechip control devices, including wireless receiving terminal module and single-chip microcomputer control module, data sending module and application terminal module. Wireless
4、 receiving terminals LPC2131 and MC55 chips mainly by realizing, including multi-purpose AT instructions, sending and receiving text messages sent to module includes data with mobiles and use a terminal control two aspects, which use a terminal control using C language, but for users to write by cel
5、lphone to send instructions to realize still beats. Designed objects can receive a signal sent by a fixed source and processes, after each module so as to achieve the purpose of ultimate remote control. Meanwhile in reception process may appear a lot of jamming signal, in order to avoid interfering
6、signal interference, so in the whole design program to add eliminate interference program. Key words: LPC2131； MC55； Microcontroller ； C； AT instructions - - 4 - - 目 录 1 引言 . 1 2 总体设计 . 2错误 !未定义书签。 2.1 设计要求 . 2错误 !未定义书签。 2.2无线通信终端设计方案 . 2 2.2.1 基于基于 CC2480 的 ZIGBEE 无线通信终端设 计 . 2 2.2.2 基于 AT89C51 与 M
7、SP430 单片机的路灯无线监控终端设计 . 3 2.2.3 基于 LPC2131 与 MC55 的无线通信终端的设计实现 . 4 2.3 系统总体设计方案 . 4错误 !未定义书签。 3 硬件设计 . - 2 -6 3.1 前置信息接收终端模块 . 错误 !未定义书签。 6 3.1.1 LPC2131 芯片与 MC55 芯片特点 . 7错误 !未定义书签。 3.1.2 基于 LPC2131 与 MC55 的终端电路 . 7 3.2微处理系统 . 8 3.3 终端模块 . 9错误 !未定义书签。 3.4 小结 . 错误 !未定义书签。 9 4 软件设计 . 10- 6 - 4.1 系统软件设计
8、内容 . 10 4.2 错误 !未定义书签。 主程序流程图 . 10 4.3中断子程序 . 13 4.3.1 接收终端中断子程序 . 13 4.3.2 控制终端中断子程序 . 14 4.4 数据接收与发送 程序 . 16 4.4.1 MC55 收发短信的 AT 指令 . 16 4.4.2发送程序 . 16 4.5 小结 . 16错误 !未定义书签。 5 制作和调试 . 17 5.1 制作过程 . 17错误 !未定义书签。 5.2 系统调试 . 17 5.2.1 硬件调试 . 17错误 !未定义书签。 5.2.2 软件调试 . 18 6 结论 . 19错误 !未定义书签。 致 谢 . 20错误
9、!未定义书签。 参考文献 . 21 附录 1 系统实物图 . 22错误 !未定义书签。 附录 2 毕业设计作品说明书 . 23 - - 1 - - 1 引言 无线通 信的发展已经有 100 多年的历史，在这个过程中产生了不少新的学科，使得无线通信在不断适应社会需求的同时，自身也得到了不断的发展。从20 世纪后期开始，网络技术与无线通信技术不断渗透并结合，对信息技术的发展带来了及其深远的影响 1。从技术发展的角度来看，近百年来已开发出不少新技术、新装备，但直至今没有哪种技术被完全否定掉，相反的是各得其所地发展，关键问题在于如何应用得当而已。通信是人与人交流的重要手段，无线通信无非是将信息转化为电
10、磁波进行传输的一种手段，因而无线通信也脱离不了由交换、传输与终端所组成的通信网 络的模式。 由于无线通信的便捷性、高效性、稳定性，在当今科学技术发展下出现了基于无线通信远程控制照明系统。其具有很大的发展前景，它不受通信线路及地区限制、保密性高、可靠性高、抗干扰能力强等优点，并且它的建造成本低，使用方便、灵活，通讯快捷，被广大用户所青睐。 如今提倡大力提倡的低碳生活包括很多方面，其中的 低碳家居 其核心 是节能，但是节能并不意味着要牺牲居住的舒适度，并非就是要把空调或采暖系统关了。其实低碳生活是一种态度，就是在对人类生存环境影响最小，甚至是有助于改善人类生存环境的前提下，让人的身心处于舒适的状
11、态。比如，利用太阳能等可再生能源进行照明和供暖；还 有欧洲 现在建设了很多零排放建筑，隔热效果非常好，在自然通风的条件下，隔热层可以把室内温度调控到一个合适的水平 2。而 无线通信远程控制照明节能系统 给人们节约电力资源提供了更加方便的途径，所以一定能很快的得到普及和应用，也符合低碳生活之中 。 实现该智能系统的方法也有很多种 。 本文主要介绍了 基于 LPC2131 和 MC55的 SMS 无线通信的软、硬件设计方法。重点介绍了软件的设计方面，其主要利用AT 指令和 C 语言进行程序编写来实现该系统，并在最后给出了相应的制作与调试结果 。 - - 2 - - 2 总体设计 2.1 设计要求
12、本文主要研究内容是设计一个 于无线通信远程控制照明节能系统 。其具体要求如下： （ 1） 制作完成远程控制照明系统，可以实现远程控制功能； （ 2）能够利用短信控制照明系统的打开或者关闭； （ 3） 能够对用户系统进行监控，如果终端损坏则可以警告与用户； （ 4）可拓展成为 一个与众多路灯设备进行可靠通信的通信网络 ，并且互相可 以不受对方的干扰。 2.2 系统的实现方案 按照本设计要求可以给出多种无线接收终端设计方案： 2.2.1 基于 CC2480 的 ZigBee 无线通 信终端设计 CC2480的内部整合了 ZigBee射频前端和内存，片内具有 128KB Flash、 8KB SRA
13、M、 2路 12位的 ADC、 4个软件计时器、复位电路、 SPI和 UART通信端口等硬件资源。他共有 5个软件接口： SYS接口允许主控制器对 CC2480进行简单的软硬件配置；配置接口用于主控制器对 CC2480的各种参量进行设定；简单 API接口是一个简单的 ZigBee协议接口； AF接口为用户提供完整的 ZigBee应用，它允许主控器记录CC2480的应用功能，并提供数据的收发； ZDO接口提供多样的 ZigBee管理功能 3。 PIC16F690是採用纳米技术产生的内嵌 CMOS内存的 8位单片机，内部集成有 2个模拟比较器、 2个软件定时器、 12通道的 10为 A/D转换器和
14、增强型 PWM模块，接口电路支持 UART、 SPI等通信模式，丰富的硬件资源可以满足大多数的应用场合4。 PIC16F690采用 20个引脚的 PDIP封装， I/O口线既能满足与 CC2480通信、控制的要求，又具有体积小、价格低、可在线调试的特点。下图 2-1是由 PIC16F690和 CC2480组成的通信终端框图。 - - 3 - - 2-1 PIC16F690和 CC2480组成的通信终端框图 2.2.2 基于 MSP430 单片机的路灯饰灯无线监控终端的设计 饰灯监控终端既是系统的远程测控单元，又具有自我运行的能力。硬件主要包括无线通信电路、数据采样及 A/D转换电路、控制输出电
15、路、键盘与显示电路等等，其机构如图 2-2所示。 2-2 饰灯监控终端硬件结构图 采样回路实时采集总电路电流和电压量以及所有支路的电流量。信号经 V/I变送器、多路转换开关、信号调理电路送入 MSP430的 A/D转换口、每个终端可数据采集 电源模块 PIC16F690 CC2480 晶振 晶振 MSP430 无线 MODEM 电台 缓 冲 器 光隔 液晶显示 四种控制方式 缓冲器 键盘 总线收 发器 不间断开关电源 信号调理 多路开关 V/I变送器 485BUS UAUC 、 、 IAIC 、 、 I8AI8C - - 4 - - 输出四种不同的控制方式。饰灯扩展终端适用于两个站点距离比较近
16、，且铺设电缆比较容易，或者无线通信信号不能到达的情况，其结构与饰灯监控终端大致相 同，与监控终端之间通过 RS-485口相连接，因此饰灯监控终端不需要电台，可以大大节约成本 5。 路灯监控终端是在饰灯监控终端的结构基础上再增加一个单灯管理单元。单灯管理单元采用 AT89C51单片机 实现如图 2-3。 2-3单灯控制终端结构 单灯控制终端实现对路灯的单灯控制。电流电压信号经电流电压互感器到信号调理电路，通过 A/D转换器转换成数字信号。开关量电路主要采集各种开关量，如灯杆倾斜，开关合闸等。地址编码单元主要用于设置单灯控制终端地址。通 信模块主要由电力载波通讯专用芯片 SSC P300 与 SS
17、C P111组成，主要完成路灯控制终端与单灯控制终端之间的通信。继电器输出单元控制路灯的开关 11。 2.2.3 基于 LPC2131 与 MC55 的无线通信终端的设计实现 本终端在工业远程系统中主要起数据传输和控制作用，其通信原理如图 2-4所示。 2-4 无线终端与远程服务器和手机数据通信原理图 上传数据首先由数据采集设备传送给终端，再由终端通 过 GPRS 网络及地址编码单元 AT89C51 载波通信模块 V/I 模块量采样 开关量输入 继电器输出 数据采集设备 触电器 M C U GPRS模块 GPRS 网络 GSM 网络 Internet 手机 远程服 务器 - - 5 - - I
18、nternet“透明”传送给远程服务器下载数据以基本同样的方式反方向传送 。同时，终端还可以接受授权手机（可设置）以 SMS 形式发送过来的控制指令，加以解析后驱动继电器动作并返回提示 SMS6。 2.3 系统总体设计方案 根据设计要求，本文提出了 由 C8051F 单片机系列为核心控制的系统和基于LPC2131 和 MC55 模块的终端接收系统的设计方案，如图 2-5 所示。 图 2-5 系统总体框图 该系统可以实现终端照明系统的远程控制。由 LPC2131 和 MC55 组成的接收终端系统通过中断子程序对信号源发送的短信进行接收，并在该模块中加入了消除“非预期信号”的处理，把接收到的信号通
19、过一个标志位送给单片机，由 C8051F系列单片机来控制用户终端。再通过中断子程序来对用户端的使用情况进行必要的警告，使整个系统更加的人性化，更加的便捷。 短信 信号 接收 终端 系统 核心 控制 系统 照明终端 监控报警系统 照明终端 、 、 、 - - 6 - - 3 硬件设计 本系统大致上由 3 个模块组成，分别是 前置信息接收终端模块、控制核心模块和终端接收模块。 3.1 前置信息接收终端模块 前置信息接收终端模块主要是采用 LPC2131 芯片和 MC55 芯片集合而成，该模块利用 LPC2131芯片并且使用 AT指令来控制 GPRS模块 MC55实现远程 GPRS数据的“透明”传输
20、和 SMS 的接收发送。该系统尤其适合于突发性且频繁小流量数据传输，传输数据稳定可靠 6。 3.1.1 LPC2131 芯片与 MC55 芯片特点 （ 1） LPC2131 芯片特点 LPC2131 包含几个不同的存储器，存储地址如图 3-1 所示。 4.0GB 3.75GB AHB外设 VPB 外设 3.5GB 保留地址空间 3.0GB 2.0GB 从片内 Flash 存储重新映射 保留地址空间 32KB 片内静态 RAM（ LPC2138） 16KB 片内静态 RAM（ LPC2132） 8KB 片内静态 RAM（ LPC2131） 保留地址空间 512kB 片内非 易失性存储器 64kB 片内非易失性存储器 8kB 片内非易失性存储器 图 3-1 系统存储器映射 1.0GB 0.0GB 0xFFFFFFFF 0xF0000000 0xC0000000 0xE0000000 0x80000000 0x40008000 0x40007FFF 0x40004000 0x40003FFF 0x40002000 0x40001FFF 0x40000000 0x00080000 0x0007FFFF 0x00010000 0x0000FFFF 0x00008000 0x00007FFF 0x00000000 LPC2138 LPC2132 LPC2131
