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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b> ?。?0 屆)</b></p><p> 基于無(wú)線(xiàn)通信遠(yuǎn)程控制照明節(jié)能系統(tǒng)研究———硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p> 所在學(xué)院 </p><p> 專(zhuān)業(yè)班級(jí)
2、 電子信息工程 </p><p> 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p> 指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p> 完成日期 年 月 </p><p><b> 摘 要&
3、lt;/b></p><p> 隨著城市市政建設(shè)的發(fā)展,傳統(tǒng)的路燈控制與維護(hù)手段已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)城市現(xiàn)代化發(fā)展的速度。而今,已有的智能路燈控制系統(tǒng)大多采用半夜燈控制,造成道路照明不均勻。另一方面,我國(guó)己建成了功能完善、成熟穩(wěn)定的GSM無(wú)線(xiàn)數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng),其覆蓋范圍愈來(lái)愈大,提供的信息服務(wù)也愈來(lái)愈多,尤其是GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及短消息業(yè)務(wù)(SMS)優(yōu)勢(shì)眾多。</p><p> 因此,本文在
4、融合單片機(jī)控制、GSM無(wú)線(xiàn)通信、短消息業(yè)務(wù)(SMS)等各種現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)上,研制開(kāi)發(fā)出了一種節(jié)能型路燈控制系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中用戶(hù)以手機(jī)短信的形式將控制命令加上目的地址發(fā)送至當(dāng)前位置的基站,然后由基站發(fā)送至短消息中心,再由短消息中心轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)位置基站,最后由目標(biāo)位置基站轉(zhuǎn)發(fā)到GSM無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊中,通過(guò)GSM模塊與單片機(jī)的通信,單片機(jī)以PDU編碼的形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取或?qū)懭?,最后可以根?jù)用戶(hù)所發(fā)的指令實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的控制。</p>
5、<p> 文章主要論述基于單片機(jī)的手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在城市交通路燈中的應(yīng)用。設(shè)計(jì)中主要采用單片機(jī)控制系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)GSM短信模塊。文章主要內(nèi)容包括:?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路設(shè)計(jì)、GSM模塊電路設(shè)計(jì)、如何實(shí)現(xiàn)短信息收發(fā)等幾部分。無(wú)線(xiàn)GSM短信模塊(這里主要運(yùn)用短信服務(wù)功能),執(zhí)行發(fā)送短消息給用戶(hù)手機(jī)和接收用戶(hù)手機(jī)的短消息從而建立用戶(hù)手機(jī)和單片機(jī)控制系統(tǒng)的控制功能。路燈控制終端以單片機(jī)為核心,實(shí)現(xiàn)對(duì)短信的收發(fā),并解釋短消息,輔以各個(gè)功能模
6、塊,用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),并對(duì)整個(gè)終端目標(biāo)的控制。</p><p> 關(guān)鍵詞:?jiǎn)纹瑱C(jī);GSM無(wú)線(xiàn)通信模塊;短信</p><p><b> Abstract</b></p><p> With the development of municipal construction, the traditional means of control an
7、d maintenance of street lights has not adapt to the speed of development of urban modernization. Now Intelligent control systems have been mostly used middle of the night street light control, resulting in uneven road li
8、ghting. On the other hand, China has built a comprehensive, mature and stable wireless GSMdigital mobile communication network, increasing its coverage and provideinformation services is also incre</p><p>
9、Therefore, this article in the integration of SCM control, GSM wireless communication, short message service (SMS) and other modern information technology based on research developed a control system for energy-saving la
10、mps. 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 f
11、orwards the short message center to the targetbase station l</p><p> This article discusses the micro controller-based remote control system in SMS traffic lights of the city. Design of the main control sys
12、tem using micro controller, wireless GSM SMS module. This article mainly includes: microprocessor control circuit design, GSM module circuit design, how to send and receive text messages and other parts. Wireless GSM SMS
13、 module (mainly the use of text messaging services), the implementation of mobile phone users send text messages to and receive short messages </p><p> Keywords: micro controller; GSM wireless communication
14、 modules; SMS </p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 1 引言1</b></p><p> 1.1 節(jié)能路燈發(fā)展概況1</p><p> 1.1.1 傳統(tǒng)路燈的發(fā)展缺陷和不足1</p><p> 1.1.2 基
15、于無(wú)線(xiàn)通信節(jié)能路燈的發(fā)展1</p><p> 1.2 論文的任務(wù)、設(shè)計(jì)內(nèi)容2</p><p> 1.2.1 論文的任務(wù)2</p><p> 1.2.2 論文的內(nèi)容2</p><p> 1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義2</p><p><b> 2 GSM簡(jiǎn)介4</b></p
16、><p> 2.1 GSM發(fā)展現(xiàn)狀4</p><p> 2.2 GSM的特點(diǎn)4</p><p><b> 3 總體設(shè)計(jì)7</b></p><p> 3.1 主控芯片的選取7</p><p> 3.2 通信模塊的選擇8</p><p> 3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程
17、9</p><p><b> 4 硬件設(shè)計(jì)11</b></p><p> 4.1 TC35I通信模塊11</p><p> 4.1.1 TC35I通信模塊簡(jiǎn)介11</p><p> 4.1.2 TC35I通信模塊的特點(diǎn)11</p><p> 4.2 TC35I通信模塊外圍電
18、路12</p><p> 4.2.1 電源部分12</p><p> 4.2.2 SIM卡電路12</p><p> 4.2.3 啟動(dòng)電路13</p><p> 4.2.4 其他電路15</p><p> 4.3 80C51單片機(jī)系統(tǒng)16</p><p> 4.3
19、.1 80c51單片機(jī)簡(jiǎn)介16</p><p> 4.3.2 80c51單片機(jī)特點(diǎn)16</p><p> 4.4 80c51單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路17</p><p> 4.4.1 電源電路17</p><p> 4.4.2 串口電路17</p><p> 4.4.3 晶振電路19<
20、/p><p> 4.4.4 LED顯示20</p><p> 4.4.5 其他電路21</p><p> 4.5 斷線(xiàn)報(bào)警22</p><p><b> 5 軟件設(shè)計(jì)24</b></p><p> 5.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容24</p><p> 5.2
21、總體程序流程圖24</p><p> 5.3 中斷子程序25</p><p> 5.3.1 接收終端中的中斷子程序25</p><p> 5.3.2 控制終端中斷子程序26</p><p> 5.4 發(fā)送接收相關(guān)的AT指令26</p><p> 6 制作和調(diào)試28</p><
22、;p> 6.1 制作過(guò)程28</p><p> 6.2系統(tǒng)調(diào)試28</p><p> 6.2.1 硬件調(diào)試28</p><p> 6.2.2 軟件調(diào)試29</p><p><b> 7 結(jié)論30</b></p><p> 致 謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p>
23、<p><b> 參考文獻(xiàn)32</b></p><p> 附錄1 畢業(yè)設(shè)計(jì)原理圖33</p><p> 附錄2 畢業(yè)設(shè)計(jì)作品實(shí)物圖34</p><p> 附錄3 畢業(yè)設(shè)計(jì)作品說(shuō)明書(shū)35</p><p><b> 1 引言</b></p><p
24、> 1.1 節(jié)能路燈發(fā)展概況</p><p> 1.1.1 傳統(tǒng)路燈的發(fā)展缺陷和不足</p><p> 隨著社會(huì)的發(fā)展,住宅樓一幢幢拔地而起,樓道照明燈和路燈的節(jié)電與延壽,已成為普遍關(guān)心的問(wèn)題。傳統(tǒng)的路燈控制與維護(hù)手段己遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)城市現(xiàn)代化發(fā)展的速度。傳統(tǒng)的控制是通過(guò)人為定時(shí)去控制,而往往很多人都會(huì)忘記去關(guān)路燈或是照明燈,因而使燈長(zhǎng)時(shí)間亮著,浪費(fèi)了電能,沒(méi)有起到節(jié)能作用。許多
25、路燈的有效功耗僅為5%左右,還有95%的時(shí)間成為無(wú)功消耗。因此傳統(tǒng)的人工管理模式已經(jīng)和快速的現(xiàn)代化城市建設(shè)不相適應(yīng)。</p><p> 1.1.2 基于無(wú)線(xiàn)通信節(jié)能路燈的發(fā)展</p><p> 現(xiàn)在社會(huì)高速發(fā)展,科技也是高速發(fā)展。對(duì)于傳統(tǒng)人工管理而言,出現(xiàn)了更高端科技的人工智能模式。它是基于無(wú)線(xiàn)通信(GSM)遠(yuǎn)程控制路燈節(jié)能系統(tǒng)。管理人員只需了解系統(tǒng)電路工作方式以及操作方法,使用手機(jī)短
26、信或者電腦就可以輕松控制整個(gè)路燈系統(tǒng)。也就是說(shuō)在無(wú)人過(guò)問(wèn)的情況下,整個(gè)路燈系統(tǒng)也可以有序工作。</p><p> 基于GSM通信模塊的節(jié)能型路燈智能控制系統(tǒng)自然是很好的選擇,既實(shí)現(xiàn)了智能的計(jì)算機(jī)集中控制又實(shí)現(xiàn)了電能的節(jié)約,還可以對(duì)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,若有人為破壞,就進(jìn)行報(bào)警。</p><p> 國(guó)內(nèi)此類(lèi)產(chǎn)品在路燈照明的遠(yuǎn)程監(jiān)控方面,功能大多相近,主要通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)對(duì)城市中照明光源進(jìn)行開(kāi)
27、啟、關(guān)閉控制,實(shí)現(xiàn)路燈的管理。本文研究的系統(tǒng)是依靠單片機(jī)和GSM通信系統(tǒng)(這里采用TC35i通信模塊)相結(jié)合,根據(jù)實(shí)際情況,比如是人為感覺(jué)路段的亮暗程度,控制一系列的路燈的開(kāi)關(guān)模式(如較暗地方可以使燈全亮,亮度一般的地方,控制路燈間隔亮等),則起到了節(jié)能作用。本系統(tǒng)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),如果人為破壞路燈,或是路燈損壞不亮,則會(huì)進(jìn)行報(bào)警,通知管理人員進(jìn)行及時(shí)維修。這個(gè)實(shí)時(shí)控制功能是無(wú)線(xiàn)通信控制的一個(gè)很重要的特點(diǎn),將初步普及社會(huì)。</p>
28、;<p> 1.2 論文的任務(wù)、設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p> 1.2.1 論文的任務(wù)</p><p> 設(shè)計(jì)一套基于通信技術(shù)的公共路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)單片機(jī)、通信技術(shù)來(lái)傳輸控制路燈的信號(hào),能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控照明電路運(yùn)行情況,有效地對(duì)人為破壞時(shí),進(jìn)行監(jiān)控并及時(shí)報(bào)警。要實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈設(shè)備的可靠監(jiān)控,關(guān)鍵問(wèn)題是兩個(gè),一是通信問(wèn)題,即如何建立一個(gè)與眾多路燈設(shè)備進(jìn)行可靠通信的通信網(wǎng)絡(luò),二是
29、監(jiān)控設(shè)備的可靠性,特別是監(jiān)控終端的可靠性。</p><p> 1.2.2 論文的內(nèi)容</p><p> 本系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容:</p><p> 學(xué)習(xí)了解照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理及方法。2、了解并掌握基于無(wú)線(xiàn)通信在照明控制系統(tǒng)中應(yīng)用的方法。3、設(shè)計(jì)出原理圖,使用C語(yǔ)言對(duì)所選控制算法進(jìn)行仿真。</p><p> 為了實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的功
30、能,更好的發(fā)展其優(yōu)點(diǎn),克服缺點(diǎn),我做了如下工作:</p><p> (1)根據(jù)實(shí)際情況,設(shè)計(jì)出研究系統(tǒng)的總方案,并通過(guò)設(shè)計(jì)單片機(jī)和GSM模塊相關(guān)電路,結(jié)合軟件部分(編程部分),完善系統(tǒng)。</p><p> (2)研究了GSM(Global System Mobile Communication,全球移動(dòng)通信系統(tǒng))短消息業(yè)務(wù)的通信原理,了解掌握其相關(guān)的功能電路和AT指令集以及功能,讓其有
31、效的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。</p><p> (3)對(duì)于電路,制作了PCB板,進(jìn)行調(diào)試修改。</p><p> 1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義</p><p> 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是關(guān)于對(duì)城市路燈進(jìn)行理想的監(jiān)控,標(biāo)志著城市照明控制和管理水平已經(jīng)達(dá)到一個(gè)較高的層次,提高了城市照明控制的合理性和實(shí)時(shí)性:</p><p> 路燈的遠(yuǎn)程控制,隨時(shí)控制對(duì)路燈的開(kāi)關(guān)情
32、況,既節(jié)省人力,有可以降低不必要的浪費(fèi)。</p><p> 路燈的報(bào)警系統(tǒng),有故障就報(bào)警,克服了人工查巡的盲目性,對(duì)城市照明的及時(shí)維修和人力、物力的節(jié)約起到積極作用。</p><p> 路燈的智能控制和節(jié)能有效的結(jié)合起來(lái),在倡導(dǎo)節(jié)約型社會(huì)的今天,節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng)的研發(fā)更具有現(xiàn)實(shí)的意義。</p><p> 完成本系統(tǒng)的設(shè)計(jì),既能讓大學(xué)生鞏固對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)
33、,無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模塊的認(rèn)識(shí)和掌握,還能明白節(jié)能路燈的發(fā)展的必然性和迫切性。它還可以引導(dǎo)著大學(xué)生進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的熱潮。</p><p><b> 2 GSM簡(jiǎn)介</b></p><p> GSM全名為:Global System for Mobile Communications,中文為全球移動(dòng)通訊系統(tǒng),俗稱(chēng)"全球通",是一種起源于歐洲的移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
34、,是第二代移動(dòng)通信技術(shù),其開(kāi)發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個(gè)移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),讓用戶(hù)使用一部手機(jī)就能行遍全球。目前,中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通各擁有一個(gè)GSM網(wǎng),為世界最大的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。GSM系統(tǒng)包括 GSM 900:900MHz、GSM1800:1800MHz 及 GSM1900:1900MHz等幾個(gè)頻段 。 </p><p> 2.1 GSM發(fā)展現(xiàn)狀</p><p> 20世紀(jì)80年代
35、中期,當(dāng)模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)剛投放市場(chǎng)時(shí),世界上的發(fā)達(dá)國(guó)家就在研制第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)。其中最有代表性和比較成熟的制式有泛歐GSM ,美國(guó)的ADC(D-AMPS)和日本的JDC(現(xiàn)在改名為PDC)等數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。在這些數(shù)字系統(tǒng)中,GSM的發(fā)展最引人注目。1991年GSM系統(tǒng)正式在歐洲問(wèn)世,網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通運(yùn)行。GSM系列主要有GSM900、DCS1800和PCS1900三部分,三者之間的主要區(qū)別是工作頻段的差異。</p><
36、;p> 目前我國(guó)主要的兩大GSM系統(tǒng)為GSM 900及GSM1800,由于采用了不同頻率,因此適用的手機(jī)也不盡相同。不過(guò)目前大多數(shù)手機(jī)基本是雙頻手機(jī),可以自由在這兩個(gè)頻段間切換。歐洲國(guó)家普遍采用的系統(tǒng)除GSM900和GSM1800另外加入了GSM1900,手機(jī)為三頻手機(jī)。在我國(guó)隨著手機(jī)市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展,現(xiàn)也已出現(xiàn)了三頻手機(jī),即可在GSM900\GSM1800\GSM1900三種頻段內(nèi)自由切換的手機(jī),真正做到了一部手機(jī)可以暢游全世
37、界。 早期來(lái)看,GSM900發(fā)展的時(shí)間較早,使用的較多,反之GSM1800發(fā)展的時(shí)間較晚。物理特性方面,前者頻譜較低,波長(zhǎng)較長(zhǎng),穿透力較差,但傳送的距離較遠(yuǎn),而手機(jī)發(fā)射功率較強(qiáng),耗電量較大,因此待機(jī)時(shí)間較短;而后者的頻譜較高,波長(zhǎng)較短,穿透力佳,但傳送的距離短,其手機(jī)的發(fā)射功率較小,待機(jī)時(shí)間則相應(yīng)地較長(zhǎng)。</p><p> 2.2 GSM的特點(diǎn)</p><p><b>
38、 1.兼容性</b></p><p> 自1980 年以來(lái),歐洲模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)取得了飛速發(fā)展,目前已經(jīng)形成了多種制式的移動(dòng)通信系統(tǒng),這些系統(tǒng)之間互相不兼容。對(duì)于移動(dòng)通信來(lái)說(shuō)顯然需要有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),為了調(diào)整這種復(fù)雜的狀況,于是便成立了相應(yīng)機(jī)構(gòu)來(lái)制訂新的標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。GSM 標(biāo)準(zhǔn)由歐洲多個(gè)國(guó)家共同制訂,使得這一系統(tǒng)在全歐洲范圍內(nèi),以及世界各地被采用。</p><p>&
39、lt;b> 2.抗干擾</b></p><p> 在目前的模擬蜂窩電話(huà)系統(tǒng)中,如AMPS,TACS 或NMT,移動(dòng)臺(tái)通過(guò)模擬無(wú)線(xiàn)信號(hào)與基站通信。盡管這種技術(shù)可以提供很好的音質(zhì)(這種技術(shù)被廣泛用于立體聲廣播),但很容易受到干擾,受到干擾時(shí),其效果如同用接收效果很差的天線(xiàn)收聽(tīng)立體聲廣播。</p><p> 會(huì)干擾到蜂窩系統(tǒng)通信的干擾源可能是:</p>&l
40、t;p> (1) 信號(hào)很強(qiáng)的外部干擾源(如汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)或閃電)</p><p> (2) 來(lái)自另一相同發(fā)射頻率(同信道干擾)</p><p> (3) 來(lái)自另一相鄰發(fā)射頻率(鄰信道干擾)</p><p> (4) 有用信號(hào)太弱而無(wú)法覆蓋過(guò)的背景無(wú)線(xiàn)噪聲</p><p> 為了對(duì)抗這些各種各樣的干擾,新的蜂窩系統(tǒng)在空中接口采用數(shù)
41、字技術(shù)來(lái)代替模擬技術(shù)。</p><p> 而GSM對(duì)于抗干擾性采取了數(shù)字對(duì)接,交織,差錯(cuò)檢測(cè),差錯(cuò)校正。</p><p><b> 靈活性和擴(kuò)容</b></p><p> GSM的設(shè)備全部由軟件控制,網(wǎng)絡(luò)重新配置簡(jiǎn)單快捷,只需要做很少的人工調(diào)整。而且一個(gè)載頻可以支持八個(gè)用戶(hù)同時(shí)通話(huà),擴(kuò)容時(shí)需要增加的硬件設(shè)備數(shù)也減少了。GSM 網(wǎng)絡(luò)還提供靈
42、活的國(guó)際漫游,當(dāng)移動(dòng)用戶(hù)到了國(guó)外時(shí),仍然能在國(guó)外的網(wǎng)絡(luò)使用自己的移動(dòng)電話(huà)。用戶(hù)甚至可以在出國(guó)時(shí)不帶移動(dòng)電話(huà)而只帶上SIM 卡,到達(dá)目的地后租用一部移動(dòng)電話(huà)即可。因?yàn)?GSM 采用的數(shù)字空中接口有較好的對(duì)抗來(lái)自同信道或鄰信道干擾的能力,所以可以讓小區(qū)間的距離縮短,這樣在給定區(qū)域內(nèi)的載頻數(shù)增加,提高了頻率復(fù)用率。</p><p><b> 使用標(biāo)準(zhǔn)化接口</b></p><
43、p> 在GSM系統(tǒng)中就大不一樣了,因?yàn)樨灤┱麄€(gè)GSM系統(tǒng),使用的都是標(biāo)準(zhǔn)接口:C7、X.25 等。這使得網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者可以在不同的網(wǎng)絡(luò)部分選用不同廠(chǎng)家的設(shè)備。</p><p> 更好的安全性和保密性</p><p> 在GSM中,不僅移動(dòng)用戶(hù)有識(shí)別號(hào),移動(dòng)設(shè)備ME(Mobile Equipment)也有識(shí)別號(hào)。ME在生產(chǎn)時(shí)就給它分配了一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的識(shí)別號(hào)。移動(dòng)臺(tái)每次發(fā)起呼叫時(shí),系統(tǒng)
44、可以檢查其識(shí)別號(hào),根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息驗(yàn)證移動(dòng)設(shè)備的身份。移動(dòng)用戶(hù)的身份鑒別是通過(guò)一張稱(chēng)為用戶(hù)識(shí)別模塊SIM(Subscriber Identity Module)的智能卡實(shí)現(xiàn)的,系統(tǒng)通過(guò)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)檢查相關(guān)信息來(lái)鑒別移動(dòng)用戶(hù)身份。</p><p> GSM能對(duì)空中接口的所有信令加密。不同的加密級(jí)別可以滿(mǎn)足不同用戶(hù)或國(guó)家的需要。通過(guò)對(duì)移動(dòng)設(shè)備和移動(dòng)用戶(hù)身份的鑒別,以及對(duì)空中接口信號(hào)的加密和數(shù)字編碼,使得“黑客”
45、很難竊聽(tīng)個(gè)人電話(huà)。除此之外,GSM 還支持跳頻。跳頻即是使MS和基站之間每個(gè)突發(fā)脈沖序列的信息都在不同的頻率上發(fā)送,這也使得黑客很難竊聽(tīng)到某個(gè)電話(huà)。但安全性不是采用跳頻技術(shù)的主要目的,跳頻的主要目的是為了優(yōu)化忙區(qū)網(wǎng)絡(luò)和克服干擾,提高通話(huà)質(zhì)量和提高網(wǎng)絡(luò)容量。 </p><p><b> 3 總體設(shè)計(jì)</b></p><p> 本章主要分為兩個(gè)大部分介紹系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)
46、的主要的設(shè)計(jì)方案,給出的最終設(shè)計(jì)框圖。</p><p> 3.1主控芯片的選取</p><p> DSP芯片的功能和特點(diǎn)</p><p> DSP芯片,也稱(chēng)數(shù)字信號(hào)處理器,是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器具,其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器在一塊不大的芯片內(nèi)包括有控制單元、運(yùn)算單元、各種寄存器以及一定數(shù)量的存儲(chǔ)單
47、元等等,在其外圍還可以連接若干存儲(chǔ)器,并可以與一定數(shù)量的外部設(shè)備互相通信,有軟、硬件的全面功能,本身就是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)。它不僅具有可編程性,而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令程序,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器,是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度,是最值得稱(chēng)道的兩大特色。由于它運(yùn)算能力很強(qiáng),速度很快,體積很小,而且采用軟件編程具有高度的靈活性,因此為從事各種復(fù)雜的應(yīng)用提供了一條有效途徑[1]。<
48、/p><p> 根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求,DSP芯片一般具有如下主要特點(diǎn): (1)在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法; (2)程序和數(shù)據(jù)空間分開(kāi),可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)指令和數(shù)據(jù); (3)片內(nèi)具有快速RAM,通??赏ㄟ^(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線(xiàn)在兩塊中同時(shí)訪(fǎng);</p><p> ?。?)具有低開(kāi)銷(xiāo)或無(wú)開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持; (5)快速的中斷處理和硬件I/O支持; (
49、6)具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器; (7)可以并行執(zhí)行多個(gè)操作; (8)支持流水線(xiàn)操作,使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行[2]。</p><p> 2.FPGA芯片的功能和特點(diǎn)</p><p> FPGA是英文Field Programmable Gate Array(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)的縮寫(xiě),它是在PAL、GAL、PLD等可編程器件的基 礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的
50、產(chǎn)物,是專(zhuān)用集成電路(ASIC)中集成度最高的一種。FPGA采用了邏輯單元陣列LCA(Logic Cell Array)這樣一個(gè) 新概念,內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB(Configurable Logic Block)、輸出輸入模塊IOB(Input Output Block)和內(nèi)部連線(xiàn)(Interconnect)三個(gè)部分。用戶(hù)可對(duì)FPGA內(nèi)部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置,以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的邏輯。它還具有靜態(tài)可重復(fù)編程和動(dòng)態(tài)在系統(tǒng)重構(gòu)的特性
51、,使得硬件的功能可以像軟件一樣通過(guò)編程來(lái)修改。作為專(zhuān)用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路,F(xiàn)PGA既解決了定制電路的不足,又克服了原有可編程器件門(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn)[1]。</p><p> 本系統(tǒng)采用采用80C51單片機(jī)。單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer):把計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器和輸入輸出(I/O)接口四個(gè)組成部分集成在一個(gè)硅片內(nèi)[3]。</p&
52、gt;<p> C51,F(xiàn)PGA,DSP都不是單獨(dú)作為芯片來(lái)提供給用戶(hù)的,都要加一些外圍電路來(lái)支持。對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō),它的外圍電路簡(jiǎn)單的多,它是8位的[4]。雖說(shuō)FPGA,DSP的運(yùn)算能力比80C51的運(yùn)算能力要強(qiáng),但是對(duì)于本系統(tǒng),不需要諸多復(fù)雜的功能,還有要求處理的數(shù)據(jù)量也是不大的,只需根據(jù)數(shù)據(jù)輸出I/O口控制LED燈的一個(gè)開(kāi)關(guān)模式。一般C51主要應(yīng)用于不需要太多計(jì)算量的控制類(lèi)系統(tǒng)??梢?jiàn)只要使用C51單片機(jī)就可以足夠?qū)崿F(xiàn)本
53、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求了。對(duì)于他們?nèi)?,結(jié)構(gòu)差別較大,C51最簡(jiǎn)單,是一般的馮諾伊曼結(jié)構(gòu),也易于我們理解。C51一般芯片面積非常小,工作頻率很低(一般是10多MHz,有的是24MHz),所以功耗低。在企業(yè)和公司里,芯片的功耗是極其重視的。功耗高,對(duì)芯片的壽命也有影響。在大學(xué)四年的時(shí)間里,接觸單片機(jī)的比較多,各個(gè)方面相對(duì)于另外兩種是比較了解,有助于系統(tǒng)的各個(gè)模塊和功能的設(shè)計(jì)。至今,單片機(jī)發(fā)展的太成熟,再如它的價(jià)格很便宜。</p>&
54、lt;p> 綜上所述,我選擇80C51單片機(jī)作為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主控芯片。</p><p> 3.2 通信模塊的選擇</p><p> 移動(dòng)數(shù)據(jù)通信是在數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種通信方式[5]。GSM的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的傳送速率為9.6kb/s,在這種方式下,通信的連接通過(guò)撥號(hào)建立,占用專(zhuān)門(mén)的信道,因此語(yǔ)音通話(huà)和其他的數(shù)據(jù)傳送,不能同時(shí)進(jìn)行。其特點(diǎn)為:(1)無(wú)線(xiàn)的電路交換方式;(2)
55、采取按時(shí)長(zhǎng)計(jì)費(fèi)的方式;(3)成本低。</p><p> 短消息是GSM中唯一不要求建立端對(duì)端路徑的業(yè)務(wù),即使移動(dòng)臺(tái)己處于電路通信的情況下仍可進(jìn)行短消息傳輸[6]。它通過(guò)信令信道傳輸信息,把要發(fā)的信息加上目標(biāo)地址先發(fā)到短消息服務(wù)中心SMSC,再由SMSC在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo),即由SMSC完成短消息的存儲(chǔ)和中繼功能,系統(tǒng)認(rèn)為不同的消息彼此獨(dú)立。每個(gè)短消息的信息量限制為140個(gè)八位組(7比特編碼,160個(gè)字符)[7
56、]。利用GSM數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)和短消息業(yè)務(wù)的雙向傳輸性能,可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)設(shè)備及警情的遠(yuǎn)程控制和信息采集,即實(shí)現(xiàn)遙控和遙測(cè)。</p><p> 本系統(tǒng)采用GSM模塊中的TC35i模塊。TC35/TC35I短信模塊是一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM短信模塊[8]。TC35i通信模塊體積小、重量輕、低功耗、支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真、SIM應(yīng)用工具包、AT命令集控制。本系統(tǒng)只要用到它的短信服務(wù)功能,具
57、有通信成本低,不受通信線(xiàn)路及地區(qū)限制等特點(diǎn),使用方便。只需理解其AT指令,可以方便的控制該模塊。其外圍電路也是很簡(jiǎn)單?,F(xiàn)在TC35i模塊被普遍使用,相關(guān)技術(shù)也是相當(dāng)成熟。所以本系統(tǒng)選用TC35i通信模塊[9]。</p><p> 3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程</p><p> 如圖3-1是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的框圖</p><p> 圖3-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p>
58、<p> SIM卡是起著用戶(hù)數(shù)據(jù)識(shí)別的作用,各種付費(fèi)服務(wù)可以由它幫助配合完成[10]。如圖2-2是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大致框圖。首先人為發(fā)短信到模塊,模塊收到短信,便向單片機(jī)發(fā)送一個(gè)信號(hào),表明自己已經(jīng)收到一條短信。單片機(jī)收到信號(hào)后,發(fā)送相應(yīng)的AT指令給通過(guò)串口給模塊。模塊根據(jù)AT指令,進(jìn)行具體的操作。其次模塊發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機(jī)。單片機(jī)收到數(shù)據(jù)后,進(jìn)行相應(yīng)的處理和操作,控制LED燈的開(kāi)關(guān)模式等等。</p><p>
59、; 報(bào)警部分則采用簡(jiǎn)單的斷線(xiàn)報(bào)警實(shí)現(xiàn)。4 硬件設(shè)計(jì)</p><p> 本系統(tǒng)硬件主要有四大模塊組成:GSM通信模塊(TC35i模塊)、單片機(jī)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊。</p><p> 4.1 TC35I通信模塊</p><p> 4.1.1 TC35I通信模塊簡(jiǎn)介</p><p> 國(guó)內(nèi)較常見(jiàn)的支持SMS的GSM模塊有Falcom
60、的A2D系列、Wavecom的WMO2系列、Siemens的TC35系列、愛(ài)立信的DM10/DM20系列、中興的ZXGM18系列等。其中SiemensTC35系列的TC35I模塊以體積小巧、功耗低,便于集成等特點(diǎn)。成為目前比較流行的一個(gè)SMS模塊。TC35I設(shè)計(jì)緊湊,與GSM2/2+兼容,集射頻電路和基帶于一體,向用戶(hù)提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口,為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息提供快速、可靠的傳輸。因此本設(shè)計(jì)采用TC35i通信模塊。</p>
61、<p> TC35i 有40個(gè)引腳,通過(guò)一個(gè)ZIF(Zero Insertion Force,零阻力插座)連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類(lèi),即電源、數(shù)據(jù)輸入/ 輸出、SIM卡、音頻接口和控制。第1~14腳為電源部分:1~5為電源電壓輸入端Vbatt+,6~10為電源地GND,11、12為充電引腳,13為對(duì)外輸出電壓(供外電路使用),14為ACCUTEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。24~29為SIM卡引腳,分別為CCI
62、N、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。33~40為語(yǔ)音接口,用來(lái)接電話(huà)手柄。15、30、31和32腳為控制部分:15為點(diǎn)火線(xiàn)IGT(Ign ition),當(dāng)TC35i通電后必須給IGT一個(gè)大于100ms低電平,模塊才啟動(dòng);30為RTCbackup,31 為Power down 32 為SYNC。16~23為數(shù)據(jù)輸入/ 輸出,分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0 和DCD0。
63、</p><p> 4.1.2 TC35I通信模塊的特點(diǎn)</p><p> TC35/TC35I短信模塊技術(shù)特點(diǎn):體積小、重量輕、低功耗、支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真、SIM 應(yīng)用工具包、AT 命令集控制、R&TTE 認(rèn)證、GCF認(rèn)證 SMS:MT/MO/CB/PDU模式,音頻: 最高速率,升級(jí)最高速率和半速率;便于集成。</p><p> 4.2
64、 TC35I通信模塊外圍電路</p><p> TC35I通信模塊外圍電路主要包括電源模塊、SIM卡模塊、啟動(dòng)電路模塊和其他模塊電路。</p><p> 4.2.1 電源部分</p><p> TC35i的電源范圍為直流3.3~4.8V,所以可以供給它5V的電壓。 </p><p> 如圖4-1 是較為常用的電源電路:</p&g
65、t;<p> 圖4-1 TC35i模塊的電源部分電路</p><p> TC35I的第1-14引腳為電源部分,其中1-5為電源電壓輸入端,6-10為電源地,11、12為充電引腳,13為對(duì)外輸出電壓,可供外電路使用,14為BATT-TEMP,接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(一般已包含在電池模塊中)。TC35I可由外部電源,也可由充電電池供電,電壓范圍要求3.3~4.8V(常用電池模塊為3.6V)。在使用外
66、部電源供電的情況下,要求必須能夠提供2A的峰值電流。電池充電電壓推薦值為5.5~8V,最大充電電流500mA。TC35I對(duì)外輸出電壓和電源輸入端相同。</p><p> 而本系統(tǒng)只需用到1-10引腳,如圖4-1,電源穩(wěn)壓電路可分為電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。電源變壓器部分是一個(gè)變壓器;整流部分是由4個(gè)1N4001的二極管組成;穩(wěn)壓電路是用一個(gè)LM7805芯片來(lái)實(shí)現(xiàn),輸入8V,輸出穩(wěn)定的5V電壓
67、;濾波電路時(shí)由電解電容組成,起到濾波作用。因而輸出了5V的穩(wěn)壓電壓。</p><p> 4.2.2 SIM卡電路</p><p> 如圖3-2是SIM卡電路原理圖</p><p> 圖4-2 SIM卡電路原理圖</p><p> SIM卡的主要完成兩種功能:存儲(chǔ)數(shù)據(jù)(控制存取各種數(shù)據(jù))和在安全條件下(個(gè)人身份號(hào)碼PIN、鑒權(quán)鑰Ki正
68、確)完成客戶(hù)身份鑒權(quán)和客戶(hù)信息加密算法的全過(guò)程。</p><p> TC35I集成了一個(gè)與ISO 7816-3 IC Card標(biāo)準(zhǔn)兼容的SIM接口,連接到ZIF連接器。TC35I在ZIF連接器上為SIM卡接口預(yù)留了6個(gè)引腳(24~29),其與SIM卡的連接見(jiàn)圖4-2。其中CCIN引腳用來(lái)檢測(cè)SIM 卡支架中是否插有SIM卡,當(dāng)插入SIM卡,該引腳置為高電平時(shí),系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作。在實(shí)際使用中,SIM卡的1腳和
69、2腳對(duì)地分別需要接一200nF和1nF的電容。SIM電壓為3V/1.8V,TC35i的數(shù)據(jù)接口(CMOS電平)通過(guò)AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù),可選波特率為300b/s~115kb/s , 自動(dòng)波特率為1.2kb/s~115kb/s。</p><p> 如圖4-1-2所示,SIM與TC35芯片連接是固定的,即時(shí)鐘CLK-CCCLK,復(fù)位RST-CCRST,電源VCC-CCVCC,接地GND-CCGND,數(shù)據(jù)口I
70、O-CCIO。要注意的是,VPP口應(yīng)該懸空。</p><p> 4.2.3 啟動(dòng)電路</p><p> 如圖4-3是GSM模塊的啟動(dòng)電路</p><p> TC35i模塊除了需要5V的電壓進(jìn)行供電外,還需要如圖3-3所示的一個(gè)模塊啟動(dòng)電路來(lái)開(kāi)啟模塊工作。TC35i模塊的15腳是啟動(dòng)腳IGT,系統(tǒng)加電后為使TC35i進(jìn)入工作狀態(tài),必須給IGT加一個(gè)大于100ms
71、的低脈沖,電平下降持續(xù)時(shí)間不可超過(guò)1ms。</p><p> TC35I模塊的啟動(dòng)有下列三種方式,分別是通過(guò)IGT、POWER和RTC接口的方式</p><p> 圖4-3 TC35i模塊的啟動(dòng)電路</p><p> 可以啟動(dòng)TC35I模塊,在此介紹最常用的IGT啟動(dòng)方式。以下有提供參考的三種方案:</p><p> 方案1:可將I
72、GT接入單片機(jī)的一個(gè)I/O口,用單片機(jī)進(jìn)行控制。讓軟件部分利用程序來(lái)控制該引腳的高低電平。</p><p> 方案2:?jiǎn)渭兊拈_(kāi)關(guān)模式控制。 方案3:IGT開(kāi)機(jī)啟動(dòng)電路使用漏極開(kāi)路三極管和上電復(fù)位電路連接組成。 對(duì)此,本系統(tǒng)用方案3,采用漏極開(kāi)路三極管和上電復(fù)位電路。如果讓軟件去編程實(shí)現(xiàn),必定給軟件部分帶來(lái)了相當(dāng)大的工作量,且實(shí)現(xiàn)有難度。采用硬件開(kāi)關(guān)控制,我們稱(chēng)它“硬啟動(dòng)”,當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S1的時(shí)候,
73、IGT接地,變成低電平,模塊進(jìn)行啟動(dòng)工作。平時(shí)不按下,IGT處于高電平,不工作。雖然它會(huì)使得電路0簡(jiǎn)單,更好控制,但是對(duì)于TC35i模塊來(lái)說(shuō),給IGT加一個(gè)大于100ms的低脈沖,使用方案3實(shí)現(xiàn)更為精確合理。</p><p> 如圖4-3所示,啟動(dòng)電路由開(kāi)漏極三極管和上電復(fù)位電路組成。模塊上電10m s后(電壓須大于3V),為保證整個(gè)系統(tǒng)正常啟動(dòng), 要求在電源加電時(shí)IGT必須在保持大于100毫秒的低電平后再階躍
74、到高電平。在電路板中是依靠RC電路來(lái)完成的且該信號(hào)下降沿時(shí)間小于lms。啟動(dòng)后15腳的信號(hào)應(yīng)保持高電平。電源通電后, + 5V電源通過(guò)電阻R對(duì)C充電, 使電容正極上的電壓慢慢上升,大約經(jīng)過(guò)100ms達(dá)到高電位使施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)、使系統(tǒng)被復(fù)位。</p><p> 4.2.4 其他電路</p><p><b> 工作狀態(tài)指示電路</b></p><
75、p> 如圖3-4是TC35i模塊的工作狀態(tài)指示電路</p><p> 圖4-4 TC35i模塊的工作狀態(tài)指示電路</p><p> TC35i模塊的第32引腳是SYNC引腳,是一個(gè)模塊工作狀態(tài)的一個(gè)指示引腳。模塊電路的工作狀態(tài)信號(hào)從SYNC引腳輸出,如圖4-4。電路是用一個(gè)NPN型配合2個(gè)電阻進(jìn)行對(duì)LED顯示的一個(gè)驅(qū)動(dòng)。SYNC引腳有兩種工作模式,一種是指示發(fā)射狀態(tài)時(shí)的功率增
76、長(zhǎng)情況,另一種是指示TC35I的工作狀態(tài),可用AT命令A(yù)T+SYNC進(jìn)行切換。工作于工作狀態(tài)指示時(shí),當(dāng)LED熄滅,表明TC35處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài);當(dāng)LED為600ms亮/600ms熄時(shí),表明SIM卡沒(méi)有插入或TC35正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄;當(dāng)LED為75ms亮/3s熄時(shí),表明TC35已登錄進(jìn)網(wǎng)絡(luò),處于待機(jī)狀態(tài)。</p><p><b> 串口電路</b></p><p>
77、 如圖4-5是TC35i模塊的串口連接電路圖</p><p> 圖4-5 TC35i模塊的串口電路連接圖</p><p> 雖然單片機(jī)和TC35I模塊都是TTL電平,但是TC35模塊輸入輸出的TTL正電平邏輯不是+5V,而是+2.9V,但是單片機(jī)的輸入輸出的TTL正電平邏輯是+5V。單片機(jī)是TC35i模塊是用串口通信的,可見(jiàn)這里的電平需要轉(zhuǎn)化才可以通信。本系統(tǒng)采用DB9的公頭母頭配
78、合max232芯片來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)化連接(max232將會(huì)在下文單片機(jī)系統(tǒng)里面詳細(xì)介紹)。如圖所示4-5,將TC35i模塊的RXD0-DB9的2引腳連接,還有TC35i模塊的TXD0-DB9的3引腳連接,DB9的5引腳接地。</p><p> 4.3 80C51單片機(jī)系統(tǒng)</p><p> 4.3.1 80c51單片機(jī)簡(jiǎn)介</p><p> 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)為單
79、片機(jī),又稱(chēng)為微型控制器,是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。單片機(jī)是70年代中期發(fā)展起來(lái)的一種大規(guī)模集成電路芯片,是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。80年代以來(lái),單片機(jī)發(fā)展迅速,各類(lèi)新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),出現(xiàn)了許多高性能新型機(jī)種,現(xiàn)已逐漸成為工廠(chǎng)自動(dòng)化和各控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。</p><p> 在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路,從而構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī),即單片機(jī)。&
80、lt;/p><p> Intel公司推出了MCS-51系列單片機(jī):MCS-51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片,集成8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K,并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。</p><p> 中央處理器包括運(yùn)算器、控制器和寄存器3個(gè)主要部分,是單片機(jī)的核心。</p><p&
81、gt; 存儲(chǔ)器按工作方式可以分為兩大類(lèi):隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM。RAM可被CUP隨機(jī)地讀寫(xiě),斷電后存儲(chǔ)的內(nèi)容消失;ROM中的信息只能被讀取,一般用于存放固定的程序。ROM中的內(nèi)容只能用編程器專(zhuān)用設(shè)備寫(xiě)入。</p><p> 輸入/輸出接口(I/O接口)是單片機(jī)的重要組成部分。程序、數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)信息需要通過(guò)輸入設(shè)備送到單片機(jī),計(jì)算結(jié)果需要通過(guò)輸出設(shè)備輸出到外設(shè)。常用的輸入有按鍵、鍵盤(pán)、A/D等,輸出
82、設(shè)備一般有LED、電機(jī)等。</p><p> 4.3.2 80c51單片機(jī)特點(diǎn)</p><p> 8051片內(nèi)有4k ROM,無(wú)須外接外存儲(chǔ)器和373,更能體現(xiàn)“單片”的簡(jiǎn)練。但是你編的程序你無(wú)法燒寫(xiě)到其ROM中,只有將程序交芯片廠(chǎng)代你燒寫(xiě),并是一次性的,今后你和芯片廠(chǎng)都不能改寫(xiě)其內(nèi)容。</p><p><b> 單片機(jī)的特點(diǎn): </b>
83、</p><p> 抗干擾能力強(qiáng),工作溫度范圍寬。</p><p><b> 2.高的可靠性。</b></p><p> 3.控制功能強(qiáng),數(shù)值計(jì)算能力相對(duì)較差。</p><p> 4.指令系統(tǒng)比通用微機(jī)的指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單,并具有許多面向控制的指令. </p><p> 5.具有很高的性?xún)r(jià)比。
84、</p><p> 4.4 80c51單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路</p><p> 80c51單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路模塊主要包括:電源模塊、串口模塊電路、晶振模塊電路、LED顯示模塊和其他電路模塊。</p><p> 4.4.1 電源電路</p><p> 單片機(jī)的電源電路和上文所介紹的TC35i模塊的穩(wěn)壓電源電路一樣,本系統(tǒng)采用共用穩(wěn)壓電路同
85、時(shí)給單片機(jī)和模塊進(jìn)行供電。如圖4-1。</p><p> 首先,由220V的高電壓輸入,通過(guò)一個(gè)變壓器,使之220V的高電壓轉(zhuǎn)化到8V左右的低電壓。然后經(jīng)過(guò)一個(gè)橋式整流電路進(jìn)行整流電平,最后通過(guò)一個(gè)LM7805芯片輸出一個(gè)穩(wěn)壓+5V的低電壓為單片機(jī)供電。</p><p> 4.4.2 串口電路</p><p> TC35i模塊和單片機(jī)系統(tǒng)是通過(guò)串口進(jìn)行通信的,
86、因此串口部分電路對(duì)于系統(tǒng)能否通信,具有十分重要意義。</p><p> 雖然單片機(jī)和TC35I模塊都是TTL電平,但是TC35模塊輸入輸出的TTL正電平邏輯不是+5V,而是+2.9V,但是單片機(jī)的輸入輸出的TTL正電平邏輯是+5V,所以如果直接將TC35I的RX,TX與單片機(jī)的TX,RX對(duì)應(yīng)連接后,當(dāng)然也要連接GND,是不會(huì)通信的,因?yàn)殡娖讲唤y(tǒng)一。</p><p><b>
87、解決方法;</b></p><p> 1.給單片機(jī)的RX,TX的IO口加上拉電阻,也就是分壓,叫它那兩個(gè)IO的電壓等于2.9V左右,和GSM模塊匹配。</p><p> 2.給GSM模塊上面的RX,TX加OC門(mén)驅(qū)動(dòng),提高電壓。</p><p> 3.單片機(jī)和GSM模塊上面如果都有DB9(串口)和MAX232,那么可以直接將單片機(jī)的DB9和GSM模塊
88、的DB9上面的2-3.3-2.5-5這樣連接。</p><p> 鑒于以上的三種解決方法,本系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況和需要,選擇了第三種解決方法。因?yàn)槭褂肈B9的話(huà),便于和PC連接,方便以后電路的測(cè)試和調(diào)制,而該方法的硬件電路也不是那么復(fù)雜,易于實(shí)現(xiàn)。</p><p> 如圖4-6是利用MAX232芯片連接的串口電路圖</p><p> 圖4-6 串口電路</
89、p><p> MAX232芯片是美信公司專(zhuān)門(mén)為電腦RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)電路,使用+5V單電源供電。其主要作用是用來(lái)將+5V的TTL電平轉(zhuǎn)化為10V串口通信電平。</p><p> 如圖4-6可知,MAX232基本可分為三部分:</p><p> 第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12V和-12V兩個(gè)電源電路,供給
90、RS-232串口電平的需要。</p><p> 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化通道。由7,8,9,10,11,12,13,14腳構(gòu)成2個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳(R1IN),12腳(R1OUT),11腳(T1IN)、14腳(T1OUT)為數(shù)據(jù)的第一通道。8腳(R2IN),9腳(R2OUT),10腳(T2IN),7腳(T2OUT)為數(shù)據(jù)的第二通道.TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN,T2IN輸入轉(zhuǎn)化成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T
91、2OUT送到電腦DB9,DB9的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)化成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。</p><p> 第三部分是供電:15腳DNG、16腳VCC(+5v)。</p><p> 使用MAX232要有一定規(guī)則。如使用11,12,13,14引腳,意味著采用數(shù)據(jù)通道1,所以數(shù)據(jù)的輸入輸出都應(yīng)在第一通道,配合使用。</p><p
92、> 如圖4-6所示,本系統(tǒng)使用第一通道的引腳,MAX232的13,14引腳分別接的是DB9的3引腳DTXD,2引腳DRXD。</p><p> 如圖4-7是DB9的9針的串口引腳圖</p><p> 圖4-7 DB9引腳結(jié)構(gòu)圖 </p><p> 如圖4-8是DB9引腳的接法</p><p> 圖4-8 DB9引腳接
93、法圖</p><p> 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的TC35i通信模塊和單片機(jī)系統(tǒng)是要利用串口通信,這里采用DB9,一個(gè)公頭和一個(gè)母頭連接。</p><p> DB9的引腳接法十分簡(jiǎn)單。只用到了2,3,5三個(gè)引腳,分別是接收線(xiàn)、發(fā)送線(xiàn)盒地線(xiàn)。值得注意的是,2,3引腳是交叉互聯(lián)的。因?yàn)門(mén)C35i的發(fā)送線(xiàn)必須接到單片機(jī)系統(tǒng)的接受線(xiàn)上,反之亦然。5引腳共同接地。</p><p>
94、4.4.3 晶振電路</p><p> 如圖4-9 是單片機(jī)系統(tǒng)的晶振電路</p><p> 晶振電路時(shí)單片機(jī)最簡(jiǎn)單最基本的必要電路。單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振,在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大,全程叫晶體振蕩器,他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率,單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高,那么單片機(jī)運(yùn)行速度就</p><p> 圖4-9 單片機(jī)系統(tǒng)的晶振電路<
95、/p><p> 越快,單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率,即可以系統(tǒng)提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。</p><p> 在我們平時(shí)學(xué)習(xí)單片機(jī)的過(guò)程中,一般要求我們的晶振要在6M—12M范圍之內(nèi),才是最好的工作范圍。對(duì)于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì),采用12M晶振就可以實(shí)現(xiàn)功能。</p><p> 晶振電路上還有2個(gè)負(fù)載電容,分別接在晶振的兩個(gè)腳上和對(duì)地的電容,一般在幾十皮
96、法。它會(huì)影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度。這兩個(gè)電容并聯(lián)在電路上,且值相同等于30pF,則其反饋系數(shù)是 0.5,滿(mǎn)足振蕩條件。</p><p> 晶振電路的2端分別接在單片機(jī)的X1,X2口,用于提供給單片機(jī)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。</p><p> 4.4.4 LED顯示</p><p> 如圖4-10是單片機(jī)系統(tǒng)的LED顯示電路</p><p>
97、; 本系統(tǒng)是單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)路燈的開(kāi)關(guān)模式。對(duì)于整體硬件電路的考慮,還有相關(guān)的工藝和經(jīng)濟(jì)考慮,本系統(tǒng)采用LED顯示。模擬用6個(gè)LED燈輸出顯示亮滅模式。</p><p> 采用LED顯示,有以下優(yōu)勢(shì):</p><p> 1.對(duì)于電路方面,大大降低了硬件電路部分的設(shè)計(jì),而且易于實(shí)現(xiàn)。如這里避免了光電隔離電路設(shè)計(jì),也不用繼電器控制等等。</p><p> 2.LE
98、D顯示比較經(jīng)濟(jì),操作簡(jiǎn)單。</p><p> 系統(tǒng)采用NPN三極管驅(qū)動(dòng)并采用上拉電阻進(jìn)行對(duì)LED燈的顯示。單片機(jī)的6個(gè)IO(P00,P01,P02,P03,P04,P05)口輸出接三極管。</p><p> 圖4-10 單片機(jī)系統(tǒng)的LED顯示電路</p><p> 4.4.5 其他電路</p><p><b> 1.復(fù)位電
99、路</b></p><p> 圖4-10 復(fù)位電路</p><p> 當(dāng)S2開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),該電路未通,則復(fù)位引腳RESET端是低電平,復(fù)位引腳RESET未工作;當(dāng)S2閉合時(shí),電路接通,復(fù)位引腳RESET是高電平,則復(fù)位引腳RESET有效,單片機(jī)復(fù)位。</p><p> 4.5 斷線(xiàn)報(bào)警 </p><p> 如圖3-11是
100、報(bào)警部分電路</p><p> 圖4-11是報(bào)警部分電路</p><p> 如圖4-11所示,本系統(tǒng)的報(bào)警部分采用斷線(xiàn)報(bào)警,報(bào)警部分元件采用蜂鳴器報(bào)警。由于本系統(tǒng)是采用6個(gè)LED燈照明顯示,所以根據(jù)照明電路的斷線(xiàn)報(bào)警原理,采用6個(gè)蜂鳴器和LED等相連,若LED鏈路斷線(xiàn),則相應(yīng)的蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警工作。見(jiàn)下面圖4-12有更詳細(xì)的電路原理圖。</p><p> 如圖4
101、-12是單一路燈顯示報(bào)警電路</p><p> 如圖4-12是考慮一個(gè)LED燈時(shí)的斷線(xiàn)報(bào)警電路,此圖是對(duì)圖4-11電路原理圖的一個(gè)詳細(xì)的解釋說(shuō)明。此電路原理圖由NPN三極管,電源,地線(xiàn),蜂鳴器,LED管,電阻和74136芯片組成。</p><p> 對(duì)于74136芯片,是由四個(gè)2輸入1輸出異或門(mén)組成的芯片。</p><p> 如圖4-12所示,首先由單片機(jī)的任
102、意一個(gè)IO口(這里指定P00口輸出),利用三極管驅(qū)動(dòng)LED顯示。2者通過(guò)一個(gè)74136芯片(實(shí)際上是一個(gè)異或門(mén)),當(dāng)LED照明電路完好時(shí),2者均為高電平,再通過(guò)74136芯片輸出低電平,此時(shí)與蜂鳴器相連的三極管不工作,蜂鳴器不響;若LED鏈路斷線(xiàn),則2者一高一低,通過(guò)74136芯片輸出一個(gè)高電平,驅(qū)動(dòng)與蜂鳴器相連的三極管工作,此時(shí)蜂鳴器響,報(bào)警成功。</p><p> 圖4-12 單一路燈顯示報(bào)警電路</
103、p><p><b> 5 軟件設(shè)計(jì) </b></p><p> 5.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容 </p><p> 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括主程序、中斷子程序、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送子程序等。</p><p> 程序的主體主要由兩部分:</p><p> ?。?)無(wú)線(xiàn)通信接收模塊程序的編寫(xiě):該部分的程序主要是實(shí)現(xiàn)
104、SIM卡數(shù)據(jù)的接收和校對(duì),并且還要和MCU進(jìn)行通信。其中包含的C語(yǔ)言同時(shí)要掌握AT短信收發(fā)指令。 </p><p> ?。?)核心控制系統(tǒng)程序的編寫(xiě) :該部分的程序包括實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與終端用戶(hù)(本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中為燈泡)之間的聯(lián)系并且包括和無(wú)線(xiàn)通信接收模塊的通信。終端用戶(hù)可以由多個(gè)組成,該部分的程序要保證可以擴(kuò)展多個(gè)通信而保證互不干擾,同時(shí)還要擴(kuò)展可以和終端的雙向通信即接受終端的信息反饋。</p><p
105、><b> 程序的設(shè)計(jì)步驟:</b></p><p> ?、?選擇芯片的工作方式,計(jì)算初始位;</p><p> ?、?采用AT指令使接受模塊可以接受信息,并且在芯片內(nèi)利用C語(yǔ)言進(jìn)行簡(jiǎn)單的信息校對(duì);</p><p> ?、?主程序允許中斷并對(duì)其進(jìn)行初始化使其能調(diào)用中斷子程序達(dá)到實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能;</p><p>
106、?、?中斷服務(wù)子程序最大限度滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求。</p><p> 5.2總體程序流程圖</p><p> 整個(gè)程序主體部分是由一個(gè)Main()組成,在Main()函數(shù)中通過(guò)對(duì)多個(gè)子程序的調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收發(fā)送、數(shù)據(jù)的校對(duì)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警等功能。其主程序流程圖如圖5-1所示。</p><p> 如圖5-1是軟件設(shè)計(jì)部分總體程序流程圖</p>&l
107、t;p> 圖5-1 軟件設(shè)計(jì)部分總體程序流程圖 </p><p> 主程序主要完成C8051F005單片機(jī)系統(tǒng)的初始化、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化接收發(fā)送、信號(hào)的反饋報(bào)警。根據(jù)不同的情況調(diào)用不同的子程序來(lái)完成功能。</p><p> 系統(tǒng)初始化:I/O口初始化,接收模塊、中斷、轉(zhuǎn)化模塊初始化。</p><p> 判斷信號(hào)是否來(lái)源與綁定源,如果是則進(jìn)入下面,不是則繼續(xù)
108、等待信號(hào)。</p><p><b> 5.3 中斷子程序</b></p><p> 5.3.1 接收終端中的中斷子程序</p><p> 當(dāng)接收終端接收到數(shù)據(jù)時(shí)首先進(jìn)入中斷子程序,進(jìn)行判斷,是否屬于綁定的信號(hào),如果接收信號(hào)屬于綁定信號(hào)則條出中斷,進(jìn)行接下去的程序,如果接收到的信號(hào)不屬于綁定的信號(hào),則跳出中斷回到程序抬頭進(jìn)行初始化,繼續(xù)等待
109、信號(hào)。其中斷子程序的流程圖如圖5-2所示。</p><p> 如圖5-2是接收終端的中斷子程序</p><p><b> 開(kāi)始 </b></p><p> 如圖5-2 接收終端的中斷子程序</p><p> 5.3.2控制終端中斷子程序</p><p> 當(dāng)單片機(jī)接收到接收終端發(fā)送的標(biāo)志
110、信號(hào)后,單片機(jī)進(jìn)行響應(yīng)。對(duì)路燈進(jìn)行控制。判斷路燈現(xiàn)在的狀況,如果路燈此時(shí)關(guān)閉則控制其打開(kāi),如果路燈此時(shí)打開(kāi)則控制其關(guān)閉,如圖5-3所示。</p><p> 5.4 發(fā)送接收相關(guān)的AT指令</p><p> 對(duì)于數(shù)據(jù)的發(fā)送接收,大致需要這以下幾條AT指令[4]:</p><p> ?。?) AT+CMGF=0 /* 0:PDU;1:TEXT */</p&g
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