基于GSM网络短消息的远程监控设计 大学毕业论文

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RS232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，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，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。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口分别接J5.1-J5.4，控制行输出P1.5-P1.7口分别接J5.5-J5.8，控制列输出。其电路图如图3.8所示：图3.8按键电路3.6报警电路设计本设计采用蜂鸣器越限报方式，采用报警设置一是当采集到的实时温度超过设定温度时，将P3.3口引脚置为低电平，使蜂鸣器警报，二是自动让GSM模块发送短消息通知远程。其电路原理图如图3.9所示。图3.9报警电路3.7单片机与GSM模块电路设计本设计直接采用GSM开发板，其集成GSM模块（TC35i）、GSM天线、+5V开关电源，自带RS232通讯接口,可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠地 实现系统方案中的短消息服务。GSM模块是传统调制解调器与GSM无线移动通信系统相结合的一种数据终端设备。其实物图如图3.10： 图3.10 GSM开发板单片机与GSM模块连接通过一个TTL转RS232电平电路,连接到串口,另一端直接连接到GSM模块串口。下面介绍本设计用到的AT指令，其中与短信相关的指令主要在GSM07.05中规定,主要包括:AT+CMGF：设置编码模式：有以下2种模式：AT+CMGF=1 设置为TEXT格；AT+CMGF=0 设置为PDU格式；AT+CSCA：设置短信中心号码；AT+CMGS：发送短信；AT+CMGL：列出短信；AT+CMGR：读短信；AT+CMGD：删除短信。3.7.1GSM系统介绍GSM的特点主要表现在以下几方面：1.GSM的移动台可以实现国际漫游，为了实现漫游功能，GSM为用户定义了三个识别码，它们分别是DN码、MSRN码和IMSI码。DN码是公用电话号码簿上可以查到的统一的电话的号码；MSRN码是由VLR（访问位置寄存器）临时指定，并根据此号码将呼叫接至漫游的移动台，在呼叫漫游用户时使用的号码；国际移动台识别码IMSI在无线信道上使用，用来寻呼和识别移动台。上述三个号码存在着相对应关系，使用它们的关系可以准确无误地识别出某个移动台。当公有用户要呼叫某漫游移动台时，该用户通过电话机拨打移动台DN码，DN码首先经由公用交换网接至最靠近的本地GSM移动业务交换中心（GSMC），GSMC利用DN码访问母局位置登记器，从中取得漫游台的MSRN码，GSMC根据此码将呼叫接至被访问的移动业务交换中心（VMSC），VMSC接到MSRN号码后，进一步访问来访者登记器，证实漫游台是否仍在本区工作，经确认后，VMSC把MSRN码转换成国际移动台识别码（IMSI），通过当地基站，在无线信道上向漫游移动台发出寻呼，从而建立通话。若某地方的移动台进入另一个地方时，只有经过位置登记后才能使用。自动检测该地基站的广播公共信道，以获得它的位置。当发现收到与自己原来地方不同时的区域识别码，漫游的移动台会向当地基站发出信号，通知VLR，并将此号码通过CCITT No.7信令，VLR即指定一个临时号码MSRN，通知移动台所在业务区备案。这样，一个漫游用户位置登记就完成了。2.GSM可以提供多种数据业务GSM可提供新业务包括3009600bps双工异步数据通信、12009600bps双工同步数据通信、异步3009600bps的PAD（分组打包拆包）接入电路、分组数据和话音数字信号、可视图文以及对ISDN（综合业务数据网）终端的支持等。3.GSM具有较好的保密功能。GSM可以向用户提供以下三种保密方式：(1)对移动台识别码的加密，可以让窃听者无法确定用户的移动台电话号码，从而起到对用户位置保密的作用；(2)将用户的识别码、信令数据和话音加密，使非法窃听者无法收到通信的具体内容；(3)利用“询问响应”过程启动“用户鉴别”单元来鉴别用户。在通信过程开始时，首先由网络向移动台发出一个信号，移动台收到这个号码后，连同内部的“电子密钥”，共同来启动“用户监别”单元，随之输出信息，返回网络的固定方，网络固定方在发出号码的同时，也启动自己的“用户鉴别”单元，产生相应的信息，与移动台返回的信息比较，若相同则确认为合法用户，否则确认为非法用户，从而确保了用户的使用权。4.越区切换功能在微蜂窝区运动着的移动台，高频度的越区切换是不可避免问题。为了解决这个问题，GSM采取主动参与越区切换的策略，其工作原理如下：移动台在通话期间，不断向所在工作区基站报告本区和相邻区无线环境的详细数据，当需要越区切换时，移动台主动向本区基站（BS）发出越区切换请求，固定方（MSC和BS）根据来自移动台的数据，查找是否存在替补信道，以接收越区切换，如果不存在，则选择第二替补信道，直到选中一个空闲信道，使移动台切换到该信道上继续通信。5.其他特点GSM系统容量大、通话音质好、便于数字传插、可与今后的ISDN兼容，还具有电子信箱、短消息业务等功能。GSM安全：GSM系统设计使用共享密钥用户认证。UMTS的发展提供了一个选择，就是USIM，用户与基站之间的通讯可以被加密。它使用更长鉴别密钥保证更好的安全以及网络和用户的双向验证。GSM为了安全使用多种加密算法。但是系统支持多个不同算法，这样运营商就可以换一个安全等级更强的。GSM系统结构主要由MS、NSS、BSS和OSS四部分组成,如图3.11所示：图3.11GSM系统结构基站子系统（BSS）在MS与NSS之间管理和提供传送通道，特别是包括了MS和GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。MS、BSS和NSS是GSM的实体部分，操作支持子系统（OSS）则为运营部门提供维护实体部分。NSS它负责所有和移动用户有关的呼叫移动性管理、接续处理、用户设备及保密性等等功能, 是整个GSM系统的控制和交换中心，并提供GSM系统与其他网络之间的连接。移动台(MS)包括移动台物理设备和智慧部件SIM卡两部分。移动台是GSM移动通信网中用户使用的设备，也是用户能够直接接触的GSM系统中的唯一设备。 移动终端(TE)：指终端设备本身，与用户个人无关，它多种编码信息加密、信息的调制和解调、信息的发射和接收等。 SIM卡：代表移动用户个人，存有认证用户的信息，并执行与用户安全信息有关的重要信息。 NSS主要完成用户数据与移动性、安全性的管理所需的数据库功能和交换功能。 NSS中各功能实体介绍如下： MSC：即移动交换中，是网络的核心，对在它所覆盖的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体。 VLR：即访问位置寄存器，是存储MSC处理来访移动用户的相关数据，呼叫对所需数据库信息的检索。 HLR：是管理的有关部门用于存储移动用户管理数据的数据库，其存储着进入该控制区内的所有移动用户的有关数据。 AUC：主要是用来确定用户的身份和产生对保密呼叫所需鉴权和加密的三中参数的功能实体。EIR：是来确保移动设备的安全性玉唯一性，存储设备的参数数据库。OMC：操作与维护中心(OMC)用于对GSM系统的集中操作与维护， 对网络进行管理与监控。 OMC对基站分系统和交换网络分系统分别进行操作和维护(如监视、 状态报告、 故障诊断等)。 无线基站分系统是在某个无线区域中由MSC控制，与移动台进行通信的系统设备，它主要负责完成无线收发和无线资源管理等功能。它的功能实体可分为基站收发信台(BTS)和基站控制器(BSC)。 BSC：具有对一个或多个BTS进行控制的功能。它的任务主要负责无线网络中的资源管理、小区数据配置管理、功率、定位和切换控制等，是一个很强的业务控制点。 BTS：是基站分系统的无线部分，由BSC控制。它主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道的加密、跳频等功能。3.7.2GSM短消息业务 短消息业务和语音传输以及传真同为第二代移动通信系统GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要的电信的业务，它通过信道传输，通过服务中心完成前转和存储功能。短消息业务包括两种：一种是广播短消息，即由广播短消息中心收集所需的信息给用户。另一种是点到点的短消息发送，即通过一个使用者发给另一个，内容包含少量的文字和数据的信息：这两种方式都可以在网络因某种错误暂时无法将短消息传给移动台的情况下，就将信息在网上保存记录，当发现移动台可达时，通知对应的实体重新传送短消息，故而，短消息就具有了较高的可靠性。在电路交换中点到点短消息业务中包含的网络实体间的协议在电路交换的公共陆地移动网中，通过移动交换中心,移动台就接入移动网中。移动用户被叫的点到点短消息业务中，首先，短消息服务中心发送短消息给SMSGMSC，通过询问HLR后获得目标MS所在的MSC号码，先将短消息先传给MSC。MSC之后就询问VLR中存储的与用户有关的信息，并对用户鉴权后，又再次将短消息传给目标MS。然后，MS返回报告给MSC；那么在移动用户主叫点到点的短消息业务中，用户请求接入通过鉴权后，将短消息传递给MSC。由以上介绍的SMS工作原理可看出，短消息作为GSM网络的一种主要的电信业务，其传递的可靠性很高以及保密性好。GSM网络在很大的范围内实现了联网和漫游，相对于传统在无线覆盖面上具有相当大的优势，更加突显了它在无线传输数据方面的优势，为基于它的各类数据传输业务的开发与应用打下了坚实而可靠的基础。3.8特殊器件的介绍本系统中主要使用了如下一些功能器件： DS18B20、GSM模块TC35i。下面就这些器件的功能特点、主要参数和使用方法作相应说明。3.8.1DS18B20器件介绍技术性能描述：测温范围为-55+125(-67+257)独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。在-10+85范围内精确度为0.5温度计分辨率可以被使用者选择为912位最多在750ms内将温度转换为12位数字简单的多点分布式测温应用用户可定义的非易失性温度报警设置报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件可通过数据线供电。供电范围为3.0V到5.5V。与DS1822兼容的软件独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯每个器件有唯一的64位的序列号存储在内部存储器中无需外部器件应用范围：1该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域；2轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制；3汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等；4供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制。引脚说明：1引脚GND接地引脚2引脚DQ数据输入/输出引脚。3引脚VDD电源引脚DS18B20实物图如图3.12所示： 图3.12DS18B20实物图3.8.2GSM模块TC35i介绍TC35i新版西门子工业GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块,工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为直流3.34.8V ,休眠电流消耗为3.5mA，空闲电流消耗为25mA，发射电路消耗平均为300mA；可以传输语音和数据, 功率消耗分别在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)为2W和1W ,通过使用接口和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线，完成组件的安装。SIM的电压为3V/1.8V，TC35i的数据接口(CMOS电平)通过AT命令可实现双向传输指令和数据,可选波特率的范围为300b/s115kb/s , 自动波特率的范围为1.2kb/s115kb/s。它支持Text文本和PDU格式的短消息,可通过AT命令来打开或者关断信号来实现重启和故障恢复，实物图如图3.13图3.13TC35i实物图TC35i由天线接口、闪存、供电模块(ASIC)、ZIF连接器等6部分组成。TC35i硬件设计：通过一个零阻力插座连接器，引出TC35i模块共有40个引脚。这40个引脚可以划分为5类，即数据输入/输出、电源、音频接口和控制、SIM卡。电源的引脚：TC35i的15引脚是的电源输入为4.2V，610引脚是接地引脚。11、12引脚是外接的充电引脚，可外接的锂电池，13引脚为对外输出电压，14引脚用于控制充电保护。15脚是启动脚IGT，上电后为了让TC35i进入工作状态,必须给IGT外加如一个不小于100ms脉冲,电平下降不可超过1ms。数据输入/输出引脚：1623引脚，数据输入/输出接口实际上是串行异步收发器，符合ITU-T RS232接口标准。其中的16引脚为DSR0、17引脚为RING0、18引脚为RxD0、19引脚为TxD0、20引脚为CTS0、21引脚为RTS0、22引脚为DTR0 和23引脚为DCD0。它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率的范围300bps115kbps之间，默认的是9600bps。硬件的握手信号为RTS0/CTS0，软件的流量监控使用XON/XOFF，支持AT命令集。其中的18引脚RXD、19引脚TXD是TTL的串口通讯脚，需要和单片机或者PC通讯。SIM卡引脚：2429引脚，通过SIM卡阅读器控制SIM上的CCVCC、CCGND、CCCL、CCRST和CCIO与TC35i的同名端直接相连， CCIN引脚是来检查SIM卡是否插好了，如果连接正确，则CCIN引脚输出“1”，否则为“0”。音频接口：3538为语音接口，35引脚和36引脚分别接扬声器来放音。37引脚接话筒的正端，39引脚接话筒的负端。控制引脚：30、31、32脚为控制脚，其中30引脚是RTC backup，31引脚是Power down，32 引脚是SYNC。TC35i的第32脚是SYNC引脚，当LED指示灯亮75 ms 然后3s熄时，表明TC35i已登录进网络，处于待机状态；当LED指示灯亮600 ms 然后600ms后熄时，表明TC35i正在进行网络登录或SIM卡没有插入；当LED熄灭时,表明TC35i模块处于关闭或者睡眠状态。TC35i的开发技巧：首先要保证正常的工作的电压，如果该模块电源的电压如果小于3.3V会自动关机。其次是保证稳定的电流输出，模块在发射的时候，电流的峰值可高达2A。并在峰值时，进入模块的电压不能超过0.4V的降压。故而该模块对电源电压值要求很高。单片机通过I/O来控制TC35的复位、开关机等，主要通过串口通信来实现与TC35i联机，进行数据通信，通信速率为9600bps，串口的标准采用8位异步通讯方式，8个数据位，1个停止位， 1个起始位。TC35i模块必要时可以加端口保护来保护硬件输入输出的TTL正电平逻辑是+2.9V。下面主要介绍短消息AT指令：AT指令用于由终端或数据终端，发送到终端适配器或数据电路终接设备。设备通过发送AT命令来控制移动台，通过AT命令来控制短信编写、数据业务、呼叫等方面的。本文中由单片机发送AT指令来控制GSM模块给手机发送短消息。收发短消息的模式：目前常用的模式主要包括两种模式：PDU(Protocol Data Unit)模式和Text(文本)模式。1Text模式：即文本模式，在该模式下的信息收发编码比较简单, 通过编码转换就可以该模式下完成收发中文短信息。2PDU模式：按照标准的协议规定，手机中短信息的汉字编码采用Unicode编码，来实现短消息内容的编写。PDU模式下可采用3种编码方式，分别是7位、8位和UCS2编码，分别用于发送的ASCII码字符、数据和Unicode码字符。所以所有手机都支持该编码，可以编写中英文短信并发送。4软件设计4.1软件设计原理及设计所用工具4.1.1设计原理以单片机STC89C52RC为主控芯片，利用DS18B20采集外部温度，并将温度值存入一个4位数组，按键模块先判断是否有按键按下，若有，则实现对应的功能，来分别控制LCD的显示界面，共设定六个显示界面，分别是开始界面、菜单界面、修改报警温度界面、修改手机号界面、发送短消息界面、显示温度界面，当监控温度超过报警温度时，触发报警电路，并控制GSM模块发送短消息，通知远程。4.1.2KeilC软件介绍Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列单片机使用C语言软件开发的系统，支持8051微控制器体系结构的Keil开发工具，适合每个阶段的开发人员，不管是专业级别的工程师，还是刚刚学习单片机或者是嵌入式软件开发的学生。C语言使用方便，在结构性、功能上、可读性、可维护性上有明显的优势，容易学会学懂。通过学习与不断提高使用技术，体会更加深刻，会感觉开发容易。Keil C51 软件提供了丰富的标准库函数和功能比较强大的开发工具，界面简单，使用方便。重要的一点，当编写完程序后，只要看编译一下成功无错误后就可以生成的代码，并且生产的Hex文件可以通过串口直接把程序烧入给单片机，生成的目标代码精简，并且效率非常之高，只要我们懂得怎么使用C语句，编译语句简单而快捷，同时，对于我们常用的汇编编码，都可以在软件看到，于此同时我们也可以通过汇编编码来检查编写的C语句的错误，而且语句生成的汇编编码容易理解，很紧凑，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。而且方便我们检查错误。4.2系统软件设计结构图及其功能图4.1系统软件设计结构图系统软件设计控制硬件执行指令，完成相应的功能。系统初始化包括DS18B20、串口设定工作方式和波特率、LCD显示初始化，之后调用温度采集程序，按键电路控制LCD显示，当按下发送键或者超过报警温度时，把采集到的温度以短信的方式发送，通知远程。4.3主要软件设计流程框图及说明4.3.1串口GSM模块流程框图单片机通过串口发送AT命令控制GSM模块，完成短消息的发送具体流程如图4.2：图4.2串口GSM模块的运行框图串口初始化完成定时器波特率的设定，同过发送的数据AT指令来控制GSM模块完成短消息的发送。4.3.2DS18B20初始化通过单线总线端口访问DS18B20的协议如下：步骤1.初始化步骤2.ROM操作指令步骤3.DS18B20功能指令每一次DS18B20的操作都必须满足以上步骤，若是缺少步骤或是顺序混乱，器件将不会返回值。并且DS18B20的使用要按照严格的通信协议，严格按照时序来进行编程，才能保证各位数据传输的正确性和完整性。该通信协议定义了3种信号的时序：分别是初始化的时序、读时序和写时序。指令约定代码操作说明： 温度转换 44H 启动DS18B20进行温度转换； 读暂存器 BEH 读暂存器9个字节内容； 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的TH、TL字节；复制暂存器 48H 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中； 重新调E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节 读电源供电方式 B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU DS18B20的初始化：1将DS18B20数据线先拉高置为高电平“1”；2延时1560微妙；3然后将DS18B20数据线拉低置为低电平“0”；3延时750微秒；4 DS18B20数据线再拉高置为高电平“1”。5延时等待6将数据线再次置为高电平“1”。DS18B20的写操作：1 DS18B20数据线首先设置为低电平“0”。2延时15微秒。3每次发送一位按照从低位到高位的顺序。4延时45微秒。5将DS18B20数据线置为高电平。6重复上1到6的操作直到所有的字节共八位全部发送完后将数据线拉高。DS18B20的读操作1将DS18B20数据线拉高“1”。2延时2微秒。3将DS18B20数据线拉低“0”。4延时15微秒。5将DS18B20数据线拉高“1”。6延时15微秒。7读DS18B20数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。8延时30微秒。DS18B20完成温度采集流程如图4.3：图4.3 温度采集流程图4.3.3LCD模块的软件设计LCD完成显示功能，首先对其初始化，设置LCD屏幕显示位置，最后完成显示数字、汉字、英文。流程图如图4.4： 图4.4 LCD模块显示流程图4.3.4按键设定电路设计本设计矩阵键盘采用“线反接法”， 只要通过以下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。按键电路按键设定流程图如图4.5：图4.5 按键设定流程图5系统调试程序主要包括按键扫描，温度采集，LCD显示，报警子程序，串口与GSM发送短消息子程序。在程序设计初期遇到很多设计错误上的问题，通过反复整理思路，修改程序流程图，更正这些错误。在设计按键电路时，由于LCD显示界面问题，在程序调试的过程中，经过仔细地研究、反复地推敲和不断地尝试，逐一解决了这些问题，使整个系统更加稳定可靠。下面介绍使用Proteus软件仿真，程序部分包括按键扫描，温度采集，LCD显示电路。下面关于LCD显示的界面共设定六个人机操作显示界面，分别是开始界面、显示温度界面、菜单界面、修改报警温度界面、修改手机号界面、发送短消息界面。下面分别介绍各个界面的功能：开始界面主要介绍设计题目，上电初始化后直接显示。如图5.1： 图5.1开始界面图5.2显示界面当开始界面显示后，通过延时，之后进入显示界面，如图5.2，主要显示监控到的温度，以及设定的报警温度。当按下菜单键，进入菜单界面5.3，菜单界面主要让操作人员选择不同的选项，通过不同的选择进入各自的界面，进行不同的操作，其中1显示温度；2修改报警温度；3修改发送手机号；4发送短消息。图5.3菜单界面 当按下2修改报警温度进入界面主要重新设定报警温度，如图5.4。 图5.4修改报警温度界面通过数字键设定温度确定后，界面上显示修改成功如图5.5。并回到温度显示界面。图5.5报警温度修改成功界面 在菜单界面，按下数字键3进入修改手机号界面，如图5.6。该界面主要进行操作修改手机号。图5.6修改手机号码界面通过数字按键来修改修改手机号，确定发送对方手机号，当确定键按下，界面上显示修改成功，如图5.7图5.7修改手机号码成功界面在菜单界面按下数字键4后，进入发送短消息界面，如图5.8。图5.8发送短消息界面当按下发送键后，短消息发送成功后，会显示发送成功。如图5.9， 图5.9发送成功界面6系统功能、指标参数6.1系统能实现的功能温度采集模块会实时地采集当前温度，按键模块判断是否有按键按下，并实现对应的功能，显示模块能显示监控实时温度和设定状态下的报警温度，显示修改手机号码、报警温度，报警模块实现报警功能，当按下发送键或者监控温度超过报警温度，使串口通信发送模块将采集到的实时温度值以短消息发送到对方手机上。6.2系统指标参数测试及分析本系统主要是对温度的实时监测，然后控制GSM模块发送短消息。所以测试系统指标参数时主要是对温度值的测试以及短消息是否发送成功。由于本次设计旨在理论的分析，使用Proteus仿真软件的。系统指标参数测试无法显示。基于理论的分析，对于实物系统比较完善的系统功能实现则还有比较大的差距。对此做出以下分析：1温度采集的频率，温度不可能一直维持不变，多久采集一次温度并在上显示。2按下发送键，使采集的温度以短消息发送到对方手机上，通知对方此时的温度。3当监控温度超过报警温度时，报警电路发出报警声，通知管理员采取措施，并发送短消息告知有关人员。7结论本设计系统结构简单，主要在于理论的设计，在Proteus仿真软件中，基本实现本设计的功能，实现人机控制，监控温度通过DS18B20采集，按键设定报警温度，以及设定发送手机号，当实时温度超出设定的门限范围，则将P3.3口置为低电平，蜂鸣器报警，并发送指令使GSM模块发送短消息。对于GSM模块的AT指令操作，单片机通过串口发送AT命令来设置发送手机号，短消息内容，以及发送短消息到对方的手机上。8总结与体会8.1设计小结在本次设计中，采用模块化设计思想，分模块设计与介绍。进行了软件设计，通过对系统主程序的流程进行分析，编写了系统程序，同时说明了各模块的功能，利用软件仿真、调试和硬件调试，基本实现了其要求。 8.2设计体会通过本次毕业设计，不论是理论方面，还是实践方面，我都获益匪浅，归纳起来，有以下几个方面的收获:1学习与掌握了STC89C52单片机的基本原理及其应用，对它的各种硬件接口与软件设计方法有更加深入的认识和理解，以及其外围电路的设计。2学会了基本的C语言编程，掌握了用C语言编程控制单片机的方法以及它的具体程序实现步骤，按键电路的编程；3对于设计中用到的器件，例如DS18B20、LCD液晶显示屏等，也让我掌握了其使用方法和编程流程。4掌握了Proteus仿真软件的使用，以及实现电路的仿真。5加深对GSM系统的理解。8.3设计改进及建议本设计直接采用GSM模块开发板，虽省去TC35i模块及其外围电路的设计，但是成本偏高。本设计主要实现监控温度通过短消息的发送，虽实现远程监控，但是监控的数据不能实时保存。9谢辞在本次毕业设计期间，无论是在学习中还是在生活中都得到了老师和同学的大力帮助。尤其是在毕业设计的制作过程中，导师赵梅老师对我自始自终悉心教导、不断鼓励、一直督促我学习和制作，使我能够顺利完成毕业设计，也教给了我很多新的知识，令我获益匪浅。她严谨的治学态度深深的影响着我，让我受益一生，不论是工作还是生活中，在此对赵梅老师以及给我提供帮助的同学致以诚挚的谢意。祝你们工作顺利，身体健康！10参考文献1 余永权,汪明慧,黄英编著.单片机在控制系统中的应用M.北京：电子工业出版社20092 刘涛，张春页编著著.基于手机模块TC35的单片机短消息收发系统.北京：北京国防工业出版社，20033 胡永健编著.如何使用TC351TC35T AT命令收发短信息.西安：西安电子科技大学出版社，20054 蒋同泽编著.现代移动通信系统M.北京：电子工业出版社M,19985 钱勤编著.手机短消息SMS的程序开发.北京：北京国防工业出版社,20046 张云编著.基于GSM的短消息业务协议分析J无线通信技术.北京：电子工业出版社，20017 童瑞华编著.利用手机模块实现短消息.北京：北京国防工业出版社,20048 张迎新著.单片微型计算机原理、应用及接口技术M.国防工业出版社.2007.19 石东海著.单片机数据通信技术从入门到精通M.西安电子科技大学出版社.2007.210 童瑞华编著.利用手机模块实现短消息.北京：北京国防工业出版社,2004附录1：电路原理图附录2：设计程序#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define nop() _nop_()#define RxBuf_N25/定义接收缓冲区大小为25bytes#define DATA P0 /LCD12864数据线char RxBufRxBuf_N=0;/定义串口接收数据缓冲区uchar RxPoint;/Rx缓冲区指针bit flag=0;/用来等待发送信息结束后，接收TC35响应的标志uchar PhoneNum15=+8613981761452;/手机号码const uchar *MsContent;/短信内容 uchar key=255; /无按键按键时的值sbit RS=P22; / 数据指令 选择sbit RW=P21; / 读写 选择sbit EN=P20; / 读写使能sbit cs1=P24; / 片选1sbit cs2=P23; / 片选2sbit DQ=P37;/自已定义IO口uchar a1,a2,a3,a4;uint temper;uchar code zhi32=0x10,0x10,0x10,0xFF,0x90,0x50,0x00,0xBF,0xA4,0xA4,0xA2,0xA2,0xA2,0xB8,0x00,0x00,0x02,0x42,0x81,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x7F,0x44,0x44,0x44,0x44,0x44,0x7F,0x00,0x00;/*指,0*/uchar code dao32=0x00,0x00,0x00,0x3E,0x4A,0x4A,0x4A,0x4A,0x4A,0x4A,0xCA,0x4E,0x40,0x70,0x00,0x00,0x02,0x02,0x02,0x02,0x06,0x3A,0x12,0x02,0x42,0x82,0x7F,0x02,0x02,0x02,0x02,0x00;/*导,1*/uchar code lao32=0x40,0x44,0x44,0x44,0x44,0x44,0x7F,0xC4,0xC4,0x44,0x64,0x54,0x4E,0x44,0x40,0x00,0x08,0x08,0x04,0x04,0x02,0x3E,0x49,0x48,0x44,0x44,0x42,0x42,0x40,0x70,0x00,0x00;/*老,2*/uchar code shi132=0x00,0xFC,0x00,0x00,0xFF,0x00,0xF2,0x12,0x12,0x12,0xFE,0x12,0x12,0x12,0xF2,0x00,0x40,0x27,0x10,0x0E,0x01,0x00,0x0F,0x00,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x04,0x08,0x07,0x00;/*师,3*/uchar code zhao32=0x40,0x48,0x48,0x48,0xFF,0x48,0x48,0x40,0x08,0x10,0x20,0xC0,0x30,0x0C,0x00,0x00,0x40,0x30,0x0F,0x10,0x3F,0x42,0x42,0x42,0x48,0x44,0x43,0x40,0x43,0x4C,0x40,0x00;/*赵,0*/uchar code mei32=0x10,0x10,0xD0,0xFF,0x50,0xA0,0x18,0xF7,0x14,0x54,0x94,0x14,0xF4,0x04,0x04,0x00,0x04,0x03,0x00,0xFF,0x00,0x01,0x01,0x1F,0x11,0x13,0x55,0x91,0x7F,0x11,0x11,0x00;/*梅,1*/uchar code ti32=0x80,0x80,0xBE,0xAA,0xAA,0xBE,0x80,0x02,0xF2,0x1A,0xD6,0x12,0x12,0xF2,0x02,0x00,0x40,0x30,0x0E,0x10,0x3F,0x24,0x44,0x40,0x53,0x48,0x47,0x44,0x48,0x53,0x40,0x00;/*题,0*/uchar code mu32=0x00,0x00,0x00,0xFE,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0xFE,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x7F,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x7F,0x00,0x00,0x00;/*目,0*/uchar code mhao32=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x36,0x36,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;/*：,0*/uchar code ji32=0x00,0x04,0x04,0x04,0xFF,0x54,0x54,0x54,0x54,0x54,0xFF,0x04,0x04,0x04,0x00,0x00,0x11,0x51,0x49,0x4D,0x4B,0x49,0x49,0x7D,0x49,0x49,0x4B,0x45,0x4D,0x59,0x09,0x00;/*基,0*/uchar code yu32=0x40,0x40,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0xFE,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x40,0x80,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;/*于,0*/uchar code g32=0x00,0xF8,0x04,0x02,0x02,0x02,0x02,0x02,0x02,0x02,0x84,0x8E,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0x04,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x07,0x00,0x00,0x00,0x00;/*,0*/uchar code s32=0x00,0x00,0x18,0x24,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x84,0x0E,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0E,0x04,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x04,0x03,0x00,0x00,0x00;/*,0*/uchar co