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1、西华大学毕业设计说明书 目录1前言12总体方案设计22.1设计内容22.2方案比较22.3方案选择23 硬件部分设计43.1单片机及外围基本电路设计43.1.1单片机电源电路53.1.2单片机时钟电路53.1.3单片机复位电路63.2单片机与LCD显示电路的设计63.3单片机与DS18B20温度采集电路的设计73.4单片机与MXA232串行通信电路的设计83.5按键控制电路设计83.6报警电路设计93.7单片机与GSM模块电路设计103.7.1GSM系统介绍113.7.2GSM短消息业务143.8特殊器件的介绍153.8.1DS18B20器件介绍153.8.2GSM模块TC35i介绍164软件
2、设计194.1软件设计原理及设计所用工具194.1.1设计原理194.1.2KeilC软件介绍194.2系统软件设计结构图及其功能204.3主要软件设计流程框图及说明204.3.1串口GSM模块流程框图204.3.2DS18B20初始化214.3.3LCD模块的软件设计234.3.4按键设定电路设计245系统调试256系统功能、指标参数316.1系统能实现的功能316.2系统指标参数测试及分析317结论328总结与体会338.1设计小结338.2设计体会338.3设计改进及建议339谢辞3410参考文献35附录1：电路原理图36附录2：设计程序37附录3：外文资料翻译62 1前言GSM系统是欧
3、洲在20世纪80年代设计并在1992年开通的数字移动通信系统，其作为第二代移动通信系统。我国目前已建成了覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国移动通信网的主要方式。随着时代科技的进步，现代通信新技术的应用，使通信在速度、带宽上有所大提高，同时也增加许多业务，逐渐迈向3G时代。而GSM的短消息业务SMS它通过无线控制信道进行传输，为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，是GSM通信网所特有的，它的传递是可靠的。因此，选用GSM的短消息业务来实现远程无线数据传输是可行的。在短消息业务快速发展的背景下，短消息在无线监控与数据采集方面的应用作为毕业设计的研究课题就有着极为重要的现实意义和实
4、际价值。GSM模块是GSM无线移动通信系统的一种数据终端设备。GSM模块在短信息方面的应用广等特点，特别适用数据的双向传送、无线远程检测和控制等。短消息是GSM系统中提供的一种GSM终端之间，通过服务中心进行文本信息收发的应用服务，其中服务中心完成信息的存储和转发功能。随着GSM移动通信网络的迅速普及，GSM模块作为一种主要的GSM网络接入设备，己得到越来越多的系统制造商和系统开发商的重视，基于它的各种应用也蓬勃发展起来。本设计要实现基于GSM网络短消息的远程监测监控，主要工作：完成主板硬件设计，即单片机及其外围电路、LCD显示电路、DS18B20采集温度电路、串行通信口电路；完成GSM模块的
5、硬件设计；软件编程即单片机模块、显示模块、采集温度、按键、串口，GSM模块的软件设计。再通过整个系统进行分析，总结出系统块存在的问题，并对其进行改进。完成以上工作就可以使用单片机通过串口发送AT指令控制GSM模块发送短消息，实现温度数据的无线传输。2总体方案设计2.1设计内容设计基于GSM网络短消息的远程监控，主要内容：以温度为监控对象，监控的实时温度在LCD上显示，当监控温度超过设定的报警温度，自动发送短消息完成数据的远程传输。具体的要求：1、能够实时地检测温度，并能在LCD上显示出来；2、组建4*4按键电路；3、报警电路当实时温度超过设定报警温度时，发出警报声，并可发送短消息通知，完成远程
6、监控。2.2方案比较为完成短消息数据的远程传输，目前为实现短消息的发送主要有以下几种方法：方案一、网关方式：通过网关来实现短消息发送，编辑短信内容，实现短消息发送，该方法不要额外的设备，但要要到相关的电信部门去申请网关，成本高，软件复杂；方案二、通过网络软件提供的短信发送功能来实现，比如腾讯、飞信都提供这方面的服务，这种方法是这3种方法中实现起来最简单，所需资源最少的，但是对于网站的依赖性太强，对网络的依赖同样无法避免，重要的是不适用于项目开发；方案三、终端方式：通过GSM 模块向手机以及其他终端通过GSM网络发送短消息，掌握AT指令及其协议和串口编程来实现控制GSM模块，这是目前比较适合于小
7、项目开发的一种方法。2.3方案选择通过以上的方法比较，本设计选用第3种方案，采用此方法编码简单，硬件电路的设计简单，只需对AT指令和串口编程比较熟悉就可以实现，而且对硬件需求不高，并能自动收发短消息，对于自动采集数据后发送检测数据的智能系统来说该方法最为简单实用。本设计选用STC89C52单片机和GSM模块，实现了一款具有短信收发功能的远程监控系统，以GSM网络为纽带，可以实现远地数据的传输。系统结构图如图2.1所示： 图2.1系统结构图本设计的主要流程是温度传感器采集好温度，存入单片机，单片机通过分别使用I/O口来控制LCD液晶显示屏显示，组建4*4的矩阵按键，控制报警电路，单片机通过RS2
8、32串口与GSM模块联机，使用串口发送AT指令来控制GSM模块发送短消息。3 硬件部分设计系统远程监控硬件部分主要由单片机及外围电路、温度采集电路、显示电路LCD、串行通信电路以及GSM无线通信模块组成。本章节主要介绍系统各个单元模块的硬件部分、电路结构、工作原理、以及单元模块之间的连接电路设计。3.1单片机及外围基本电路设计单片机的外围电路：电源电路、复位电路、时钟电路图如图3.1所示： 图3.1 单片机及外围电路图下面分别介绍单片机正常工作的外围电路：3.1.1单片机电源电路电源电路为单片机提供直流电。单片机的供电电压为+5V，单片机的Vcc(40引脚)接+5V电源，Vss(20引脚)接地
9、，图中J16插槽接USB接口，经USB接口提供+5V电压，经过滤波电路，开关S1控制电源是否导通，导通LED灯亮，单片机上电，显示单片机供电正常。电阻R10起到限流的作用，保护LED灯。电路图如图3.2图3.2单片机电源电路3.1.2单片机时钟电路时钟电路，用于产生单片机工作时所必需的时钟控制信号，单片机的内部电路在时钟信号控制下，严格的按时序执行指令进行工作。各种时序均与时钟周期有关，时钟周期是单片机的基本时间单位，与时钟晶振有关。常用的时钟电路设计有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种方式为外部时钟方式，本次设计选用内部时钟方式，电路图如图3.3，电路中，晶振的频率越高，则系统的时钟频率也
10、就越高，单片机的运行速度也就越快，在此次设计中之所以选择11.0592M的晶振是因为它能够准确地划分成时钟频率，与UART(通用异步接收器/发送器) 量常见的波特率相关，波特率为9600b/s消除误差外接的。图中X1和X2分别连接单片机的时钟引脚XTAL1和XTAL2。图3.3时钟电路3.1.3单片机复位电路复位是单片机的初始化操作，除此之外，当由于程序运行出错或操作错误时使系统处于死锁状态，为摆脱死锁状态，也需复位重新启动。单片机的复位由外部的复位电路来实现，通常有上电自动复位和按键复位电路。本设计单片机的复位电路采用按键电平复位电路，单片机复位高电平有效，通过RST端经电阻与电源VCC接通
11、，当按键没有按下时，RST端接地，当按键按下，VCC与R22导通，分压后RST为高电平，RST端加上大于2个机器周期的高电平完成复位。图3.4复位电路3.2单片机与LCD显示电路的设计LCD显示电路是用LCD12864芯片与单片机STC89C52RC共同完成的。LCD12864能显示数字、英文、标点符号以及图形，可以分行显示，显示8*4行的汉字，其与单片机的电路连接原理图如图3.5。图中8引脚EN使能端接P2.0口，7引脚RW读写端接P2.1口，6引脚RS复位端接P2.2口，数据端引脚916分别接单片机P0.0P0.7口。由于P0口内部没有固定的上拉电阻，数据端外接上拉电阻，来让引脚保持高电平
12、。片选端1引脚CS1接P2.3，片选端2引脚CS2接P2.4；片选信号控制屏幕选择左右屏显示。图3.5LCD12864插槽引脚图3.3单片机与DS18B20温度采集电路的设计三针插孔用来插DS18B20的芯片，DS18B20的数据端二脚接到单片机的P3.7 管脚，用单片机来控制DS18B20，实现电路对温度的监控。DS18B20为单总路线芯片，单片机通过对芯片二管脚的读写时序控制，来启动温度转换和写入温度上下限，读出温度转换值等一系列操作，该模块的电路图如图3.6所示。 图3.6温度采集电路3.4单片机与MXA232串行通信电路的设计使用MAX232作为串行通信的电平转换电路，实现数据的串行通
13、信功能，硬件电路简单，通过9针串口与GSM模块实现联机通信。MAX232是标准串行总线，也是常用的串行接口标准，用来实现设备之间的数据通讯。 MAX232 串行接口总线适用于：设备之间的通讯距离不大于15m， MAX232 协议以-5V-15V表示逻辑1；以+5V15V 表示逻辑0。 MAX232串行通信接口电路图如图3.7所示。图3.7 MAX232串口通信原理图3.5按键控制电路设计行列式键盘用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列交叉点上，也称矩阵键盘，相对于独立式键盘更加节省硬件资源。下面介绍常用的按键设定方法：采用扫描法来判定按键主要方法有行扫描和列扫描：行扫描：列
14、初始化电平为1，行初始化电平为0。检查各列线输入电平是否为全“1”。如果不是全“1”，则有键按下。然后逐行置零电平，其余各行为高，检查列线的电平是否变为零，有，则该行列交叉的按键判断为按下。列扫描：行初始化电平为1，列初始化电平为0。检查各行线输入电平是否为全“1”。如果不是全“1”，则有键按下。然后逐列置零电平，其余各列为高，检查行线的电平是否变为零，有，则该行列交叉的按键判断为按下。本设计4*4的矩阵键盘采用“线反接法”其处理速度快，程序简短。通过两个步骤就可以获得按键所在的行列值，比扫描法快。通过以下2个步骤确定按键位置：1、将行线编程为输入线，列线为输出线，并使输出线全为高电平，则列线中电平由高变低所在列为按键所在列。2、同第一步完全相反，将行线编程为输出线，并使输出线全为高电平，则行线中电平由高变低所在行为按键所在行。本设计使用16个按键，即4*4的一个矩阵键盘。各个按键功能是：S2S11 数字键09；S12小数点；S13空格；S14发送；S15清除键；S16确定键；S17菜单。电路图中使用单片机的P1口控制，P1.0-P1.3口分
