1、畢 業(yè) 設(shè) 計設(shè)計題目：基于GSM短消息的路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計基于GSM短信息的路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計摘 要在我國，線代城市路燈照明系統(tǒng)的維護與管理水平不僅反映出城市的現(xiàn)代化建設(shè)水平，而且還體現(xiàn)城市的現(xiàn)代化發(fā)展程度。設(shè)計和實現(xiàn)安全性好、自動化程度高、高效節(jié)能的路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)，是當(dāng)代城市現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢。本文介紹基于GSM短消息的路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。該系統(tǒng)由監(jiān)控中心、分控點和通信三部分組成。監(jiān)控中心主要包括PC機，GSM模塊，監(jiān)控中心軟件采用VB編程，通過GSM模塊實現(xiàn)與分控點的通信，進行數(shù)據(jù)與信息的傳遞。分控點以單片機為核心，輔以外圍設(shè)備，連接GSM模塊、信息采集模塊等，并實現(xiàn)與

2、監(jiān)控中心信息交換，對中心命令響應(yīng)，完成數(shù)據(jù)采集等任務(wù)。設(shè)計了報警功能，使系統(tǒng)發(fā)生故障時能夠盡早排排除。經(jīng)調(diào)試表明，該系統(tǒng)適用性強、可靠性高，能夠節(jié)省人力，物力，減少電能損耗，提高市政路燈管理水平。本設(shè)計方案在理論上可行，實際產(chǎn)品也符合市場需求，系統(tǒng)可以方便地進行功能擴展，該系統(tǒng)有很廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：路燈GSM 短消息 監(jiān)控 可靠性Street lamp automatic monitoring system design based on GSM short messageAbstractIn our country, generation of city street lamp lig

3、hting system maintenance and management level not only reflects the city's modernization level, but also reflect the modernization level of a city. Design and implement the security is good, high degree of automation, high efficiency and energy saving lamp automatic monitoring system, is the ine

4、vitable developing trend of contemporary urban modernization.In this paper, based on GSM short message of the structure and function of street lamp automatic monitoring system. The system consists of the monitoring center, locus of control and communication of three parts. Monitoring center mainly i

5、ncludes PC, GSM module, the monitoring center software using VB programming, through GSM communication module implements and control point, for the transmission of data and information. Control points with the single chip processor as the core, supplemented by the peripheral equipment, connect the G

6、SM module, information collection module, etc., and implementation and the monitoring center information exchange, the central command response, finish the tasks such as data acquisition. Design the function of alarm, the system fails to row out as soon as possible. After the debugging shows that th

7、e system applicability, high reliability, can save manpower, material resources, reduce power losses and improve the level of city street lamp management. This design scheme is feasible in theory, the actual products are in line with market demand, the system can be easily function expansion, the sy

8、stem has a very broad application prospects.Keywords:street lamp GSM short message control reliability60 / 60目 錄1 引言62 總體方案與設(shè)計72.1 路燈智能監(jiān)控系統(tǒng)組成72.2城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)的功能83 路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計93.1通信模塊設(shè)計113.1.1 GSM模塊TC35i簡介113.1.2 GSM模塊外圍電路123.2 監(jiān)控模塊設(shè)計133.2.1上位機133.2.2 監(jiān)控中心143.3 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計143.3.1 STC89C52單片機153.3.2 A/D 轉(zhuǎn)換芯

9、片ADC0832173.3.3多路模擬開關(guān)CD4051193.4 液晶顯示模塊設(shè)計213.4.1 HSl2864-15簡介213.4.2 HSl2864-15顯示模塊電路213.5 鍵盤模塊設(shè)計223.6 模擬路燈開關(guān)模塊設(shè)計234 路燈系統(tǒng)軟件設(shè)計234.1 軟件設(shè)計概況244.2 AT指令244.2.1指令簡介244.2.2指令初始化244.2.3短消息的發(fā)送與接收254.3 單片機與TC35的通信254.4 GSM模塊初始化274.5 HS12864-15的初始化274.6 鍵盤模塊的初始化284.7 ADC0832初始化295 硬件調(diào)試315.1硬件電路的焊接315.2焊接調(diào)試315.

10、1 調(diào)試結(jié)果326 結(jié)論33辭33參考文獻34附錄35附錄 電路原理圖36附錄 源程序371 引言GSM模塊是繼GSM手機外另一種特別重要的GSM移動通信系統(tǒng)的終端設(shè)備。GSM模塊在短消息方面的應(yīng)用很具優(yōu)勢，具有實時在線、無需撥號、廉價便宜、覆蓋圍廣等特點，尤其適用于實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的雙向傳送、需頻繁傳輸小流量數(shù)據(jù)、無線遠程檢測和控制等。SMS(Short Message Service)短消息服務(wù)是GSM(Global System for Mobile Communication)系統(tǒng)提供的一種GSM終端之間，利用服務(wù)中心(Service Center)進行文本、信息收發(fā)的應(yīng)用服務(wù)，另外服務(wù)中

11、心完成信息的存儲與轉(zhuǎn)發(fā)功能。GSM模塊是GSM無線移動通信系統(tǒng)與傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器相結(jié)合的一類數(shù)據(jù)終端設(shè)備，因此也被稱無線調(diào)制解調(diào)器。GSM模塊的出現(xiàn)給GSM的發(fā)展注入了新的血液，凡是應(yīng)用調(diào)制解調(diào)器的場合大多可以采用GSM模塊代替。伴隨著GSM通信網(wǎng)絡(luò)的快速普與和日益激烈的競爭，GSM模塊作為一種主要的GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，現(xiàn)已得到越來越多的系統(tǒng)開發(fā)商和系統(tǒng)制造商的青睞，基于GSM模塊的應(yīng)用雨后春筍發(fā)展起來。所謂短消息就是通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠邢揲L度的文本信息。SMS(Short Message Service)短消息業(yè)務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，與語音傳輸與 一樣，同為GSM數(shù)字蜂窩移

12、動通信網(wǎng)絡(luò)提供的主要電信業(yè)務(wù)。它通過無線控制信道進行傳輸，不用建立撥號連接，把要發(fā)的信息加上目的地地址發(fā)送到短消息服務(wù)中心SMSC(Short Message Service Center)，經(jīng)SMSC完成存儲后再發(fā)送給最終的信宿。短消息服務(wù)本身具備數(shù)據(jù)傳送功能，利用SMS進行無線通信可以雙向傳輸數(shù)據(jù)，而且性能穩(wěn)定，為遠程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備通信提供了支持平臺。SMS短信息服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的基本業(yè)務(wù)，已得到越來越多的系統(tǒng)運營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視，基于SMS短消息的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來?？紤]到系統(tǒng)安裝成本、維護費用、傳輸時間、可靠性、安全性等一系列問題，我們以SMS短消息作為監(jiān)控中心和分控點間

13、數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，設(shè)計了基于GSM短消息的城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)。2 總體方案與設(shè)計2.1 路燈智能監(jiān)控系統(tǒng)組成路政部門對路燈系統(tǒng)控制的基本要:能自動控制路燈的開和關(guān)，實時采集路燈照明線路的電壓、電留等參數(shù)，統(tǒng)計亮燈率，檢查線路的狀態(tài)(短線或斷路等)，能分析故障原因 ，并為照明系統(tǒng)的正常運作與維護提供幫助和支持。隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，人們對路燈從數(shù)量到質(zhì)量的要求日益提高。傳統(tǒng)的監(jiān)控方式不僅花費大量的人力、物力和財力，還無法達到與時、準確、全面。發(fā)展路燈的自動化是物質(zhì)文明的提高，更是精神文明的進步，利用先進技術(shù)提高路燈自動化控制、管理水平，實現(xiàn)科學(xué)化的控制和管理水平?；ジ衅餍盘栒{(diào)理多路開關(guān)分站點的單

14、片機 單片機 EEPROM實時時鐘繼電器驅(qū)動電路鍵 盤GSM模塊1液晶顯示GSM網(wǎng)絡(luò)通信GSM模塊2監(jiān)控(中心)計算機 圖1-1路燈監(jiān)控系統(tǒng)組成城市路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心、分控點與通信部分組成。圖1-1為路燈監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成。監(jiān)控中心由監(jiān)控計算機與其外圍設(shè)備、GSM通信模塊等組成，用于對轄區(qū)各路燈節(jié)點進行監(jiān)控。各分控點均安裝在市區(qū)街道路燈變壓器或者配電箱處，裝有單片機測控裝置，包括電流采集電路、電壓采集電路、接觸器驅(qū)動電路與GSM通信模塊等，用于執(zhí)行監(jiān)控中心的遙測、遙控等命令，對節(jié)點各路燈支路的電流、電壓進行監(jiān)測和采集，響應(yīng)監(jiān)控中心命令對各支線路燈進行開關(guān)控制。2.2城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)的功

15、能監(jiān)控中心是監(jiān)督控制的方式，是整個城市路燈系統(tǒng)的指揮和數(shù)據(jù)處理中心，主要完成各類信息與數(shù)據(jù)的收發(fā)、整理，根據(jù)需要對各節(jié)點進行遙控、遙測。分控點單片機系統(tǒng)為實時在線控制系統(tǒng)，能不斷檢測線路的狀態(tài)、參量和查詢監(jiān)控中心的命令。(l)遙控監(jiān)控中心根據(jù)路燈開、關(guān)時間自動控制路燈開和關(guān)，以當(dāng)?shù)?65天日出日落時間作為基本條件，設(shè)定有效開/關(guān)時段，根據(jù)天氣變化等因素引起的照度不同，按具體情況執(zhí)行開/關(guān)操作，方便使用，節(jié)省電能。系統(tǒng)操作人員在監(jiān)控中心進行操作，實現(xiàn)群控開關(guān)燈，或部分開關(guān)燈。分控點根據(jù)預(yù)設(shè)時間獨立定時開關(guān)燈。(2)遙測監(jiān)控中心微機可以對分控點進行數(shù)據(jù)采集，包括該時刻的電壓、電流等運行參數(shù)。以短消

16、息的形式形成報表，上傳上位機（監(jiān)控中心計算機），通過對這些數(shù)據(jù)分析可得到線路狀態(tài)（短路或開路等）、亮燈率、故障原因等數(shù)據(jù)資料。假若采集到分控點數(shù)據(jù)不正常(譬如關(guān)燈時線路電流不為零)或遠程終端故障等，則必須能夠自動報警，做到異常、故障早發(fā)現(xiàn)早處理。(3)遙信分控點向監(jiān)控中心上報工作狀態(tài)與故障信息，遇故障時能夠與時自動報警。3 路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1通信模塊設(shè)計3.1.1 GSM模塊TC35i簡介 西門子的TC35系列模塊性價比很高，并且己經(jīng)有國的無線電設(shè)備入網(wǎng)證，所以本設(shè)計選用的是西門子TC35i。TC35i是西門子為適應(yīng)各個專業(yè)領(lǐng)域?qū)o線數(shù)據(jù)傳輸、語音傳輸與可開發(fā)性的需求推出的基于GS

17、M900移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的OEM模塊，功能上與TC35兼容，設(shè)計緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。TC35i與GSM2/2+兼容、雙頻(GSM900/GSM1800)、RS232數(shù)據(jù)口、符合ETSI標準GSM07.07和GSMO7.05且易于升級為GPRS模塊;該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的AT命令接口，為數(shù)據(jù)，語音、短消息和 提供快速、可靠、安全的傳輸，接口協(xié)議公開，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)與設(shè)計。 圖3-3 TC35i模塊示意圖TC35i模塊如圖3-3所示，從功能上看主要由4部分組成:GSM基帶處理器、GSM射頻部分、電源A-SIC(Application Specific Int

18、egrated circuit)、Flash。GSM基帶處理器是整個模塊的核心，它由一個C166CPU和一個DSP處理器核控制著模塊各種信號的傳輸、轉(zhuǎn)換、放大等處理過程。GSM射頻部分是一個單片收發(fā)器SMARTi，它由一個外差式接收器、上變頻調(diào)制環(huán)路發(fā)送器(upconversion modulation loop transmitter)、一個射頻鎖相環(huán)路和一個全集成中頻合成器4個功能塊組成，共同完成對射頻信號的接收和發(fā)送等處理。GSM模塊電流變化非常大，空閑時電流小于3mA，而在通話期間電流最大可達2.3A，這就對供電電路提出了較高的要求。GSM模塊電源ASIC部分使用線性電壓調(diào)節(jié)器把外部輸

19、入的電源電壓Vbatt+進行穩(wěn)壓處理后供GSM基帶處理器和GSM射頻部分使用，此外它還輸出一個2V/70mA的電壓供模塊外的其他電路使用。GSM射頻部分的功率放大器對電源電壓要求不高，所以直接使用外部的輸入電壓Vbatt+。Flash用來存儲一些用戶配置信息、本和其他信息.。3.1.2 GSM模塊外圍電路TC35i外圍電路圖如圖3-4所示圖3-4 TC35i外圍電路接線圖。TC35i是西門子最新推出的無線通信模塊，功能與TC35兼容，設(shè)計緊湊。TC35i與GSM 2/2+兼容，雙頻(GSM900/GSMl800)工作，帶有RS232數(shù)據(jù)口。符合ETSI標準GSM0707和GSM070

20、5，且易于升級為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音和短消息提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)與設(shè)計4,5。TC35i有40個引腳，通過ZIF連接器引出。這些引腳可劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制3，4，5。114引腳為電源部分，其中l(wèi)5引腳為電源電壓輸入端VBATT+610引腳為電源地GND，ll12引腳為充電端，13引腳為對外輸出電壓(供外部電路使用)，14引腳ACCU/TEMP接負溫度系數(shù)的熱敏電阻；2429引腳為SIM卡連接端；3340引腳為語音接口用來接手柄。15、30、31和32引腳為控制部分

21、，15引腳為啟動線IGT(Ignition)。當(dāng)TC35i通電后必須給IGT一個大于100 mV的低電平，模塊才能啟動。30引腳為RTC BACK up；31引腳為掉電控制；32引腳為SYNC，1623引腳為數(shù)據(jù)輸入輸出端6。電源電路分為充電電池和穩(wěn)壓電源模塊兩部分。充電電池為整個系統(tǒng)提供3.6 V 工作電壓同時產(chǎn)生MAX232所需要的高電平：三端電源模塊LM7806將外部12 V直流電源轉(zhuǎn)換為6 v連接至ZIF連接器的11、12引腳。在充電模式下可為TC35i提供6V500。mA的充電電源。 本設(shè)計中，啟動電路是由漏極開路

22、三極管與上電復(fù)位電路組成。模塊被上電10ms后(電池電壓比須大于3 V)，為保證其正常工作，必須在15引腳(IGT)施加低電平信號，應(yīng)保持100 ms以上且該信號下降沿時間低于1ms，啟動后15引腳（IGT）應(yīng)一直保持高電平。 本設(shè)計中數(shù)據(jù)通信電路主要實現(xiàn)短消息收發(fā)、軟件控制、與監(jiān)控計算機機通信等功能。TC35i的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，滿足RS-232接口電路標準。工作在CMOS電平(即2.65 V)。數(shù)據(jù)通信電路以MAX232為核心實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換和串口通信。TC35i串口通過MAX232與單片機串口的連接圖如圖3.5所示。圖3-5 TC35i串口與單片機串口的

23、連接圖3.2 監(jiān)控模塊設(shè)計3.2.1 上位機 上位機是指可以直接可以直接發(fā)送監(jiān)控命令的計算機。一般是PC/host computer master/master computer/upper computer,屏幕上顯示各種信號變化(液壓、水位、溫度等）。下位機直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計算機。一般是PLC/單片機 single chip microcomputer/slave computer/lower computer 之類的。上位機發(fā)出的命令手下給下位機，下位機再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時序信號直接控制相應(yīng)設(shè)備。下位機不時讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)(一般為模擬量），轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號反饋給計算機。3.2

24、.2 監(jiān)控中心監(jiān)控中心由監(jiān)控計算機和GSM通信模塊等組成，用于對轄區(qū)各路燈節(jié)點進行監(jiān)控。各分控點均安裝在市區(qū)街道路燈變壓器或者配電箱處，裝有單片機測控裝置，包括電流采集電路、電壓采集電路、接觸器驅(qū)動電路與GSM通信模塊等，用于執(zhí)行監(jiān)控中心的遙測、遙控等命令，對節(jié)點各路燈支路的電流、電壓進行監(jiān)測和采集，響應(yīng)監(jiān)控中心命令對各支線路燈進行開關(guān)控制。監(jiān)控中心為監(jiān)督控制方式，是整個路燈系統(tǒng)的指揮和數(shù)據(jù)處理中心，主要完成各種信息和數(shù)據(jù)的收發(fā)、整理，根據(jù)需要對各節(jié)點進行遙測、遙控，亦可脫機進行，完成管理、辦公自動化方面的工作。分控點單片機系統(tǒng)為實時在線控制系統(tǒng)，不斷檢測線路狀態(tài)、參量與查詢監(jiān)控中心的命令。3

25、.3控制模塊設(shè)計3.3.1 STC89C52單片機簡介STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 單片機是一種集成的電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、4個I/O并行串口和中斷系統(tǒng)

26、、定時器/計數(shù)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)13。由于它具有體積小、功能強和價格便宜等優(yōu)點，因而被廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品智能化和工業(yè)控制自動化上。現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。功能強大的STC89C52單片機可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 STC89C52單片機的原理框圖如圖3-8所示。頻率基準源計數(shù)器串行輸出振蕩器與定時電路STC89C528K字節(jié)ROM256x8bitRAM3個16位定時器/計數(shù)器64K總線擴展控制可編程I/O可編程串行口中斷控制并行I/O口串行輸入圖3-8 原理框圖STC89C52主要工作特性：片程序存

27、儲器含4KB的Flash程序存儲器，可擦寫壽命為1000次，片數(shù)據(jù)存儲器含128字節(jié)的RAM、有21個特殊功能寄存器。具有32根可編程并行I/O口線、3個16位可編程定時/計數(shù)器、可編程的3級程序鎖定位，中斷系統(tǒng)是具有5個中斷源、2個級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)，具有一個全雙工的可編程串行通信口，此單片機片外可擴展64KB ROM和64KB RAM。STC89C52工作電源電壓為5V、最高工作頻率為24MHz。STC89C52各引腳功能如圖3-9所示。圖3-9 STC89C52引腳圖STC89C52為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC部寄存器、

28、數(shù)據(jù)RAM與外部接口等功能部件的初始化，檢測信號的接收與處理和輸出控制信號等。單片機的主要管腳有：XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）為晶振電路的兩個引出口，外接11.0592MHz 的晶振和兩個30pF的電容。RST（9腳）為復(fù)位電路的端口，外接電阻、電容、開關(guān)組成的復(fù)位電路。VCC（40腳）和GND（20腳）為供電電源的端口，用于連接+5V直流電源的正負端。P0-P3 均為串行口，其中P0P2為可編程通用I/O端口，P3口有特殊的定義，應(yīng)用的是其什么功能可由軟件去控制。對于/Vpp(31腳)，當(dāng)接高電平時，單片機在復(fù)位后從部ROM的0000H開始執(zhí)行，當(dāng)接低電平時，復(fù)位后直接從外部R

29、OM的0000H開始執(zhí)行。本設(shè)計使用的部ROM，所以直接將此引腳接+5V電源。STC89C52單片機正常工作時，都需要有一個時鐘電路和一個復(fù)位電路。本設(shè)計中選擇了部時鐘方式和按鍵電平復(fù)位電路，來構(gòu)成單片機的最小系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)，是指可以使單片機正常工作的應(yīng)用最少的元件組成的系統(tǒng)。對51系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機芯片、晶振電路、復(fù)位電路等。其中晶振電路的主要功能是：產(chǎn)生時鐘信號，供單片機與外圍電路使用。復(fù)位電路的主要功能是：把單片機的PC值初始化為0000H，這樣單片機即可從0000H單元開始執(zhí)行相應(yīng)的程序。復(fù)位電路：復(fù)位通常有2種基本形式：上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求

30、接通電路后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。開關(guān)復(fù)位則要求接通電源后，在單片機運行期間，假如發(fā)生死機，需要用按鈕實現(xiàn)單片機的手動開關(guān)復(fù)位，典型的51單片機當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就可以完成復(fù)位。復(fù)位電路由電阻、電容和開關(guān)三個器件連接而成。上電后，電容即會被充電，會給單片機一個高電平信號，按鍵按下時，單片機的復(fù)位端口又會被給予低電平信號。因此無論單片機發(fā)生死機還是正在運行中，都可使單片機的RST端口持續(xù)一定時間段的高電平信號完成上電復(fù)位。本次設(shè)計中應(yīng)用的是上電且開關(guān)復(fù)位。晶振電路：晶振的經(jīng)常取值為11.0592MHz，原因是此頻率的晶振可以得到精確地波特率9600/19200，本次設(shè)計需得到的是

31、9600的波特率，此波特率可廣泛應(yīng)用與串口通訊。12MHz也是常用的單片機的頻率，這個頻率會為定時操作產(chǎn)生很大的便利。本設(shè)計所使用的是11.0592MHz的晶振。晶振的振蕩頻率的選取很重要，會直接影響單片機的處理速度，振蕩頻率越大單片機的處理速度越快。激起震蕩的電路中，電容C2、C3一般采用15-33pF，并且電容與晶振的距離以與晶振與單片機的距離都是越近越好。3.3.2繼電器 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。

32、當(dāng)輸入量(如電壓、電流)達到規(guī)定值時，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器。具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常

33、開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。 3.4 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖圖3-6所示。主要包括多路模擬開關(guān)、信號調(diào)理器和A/D轉(zhuǎn)換器這三大部分。 A B C A/D 轉(zhuǎn)換器數(shù)字信號輸出模擬信號輸入量化器編碼器采樣/保持器信號調(diào)理器圖3-6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成信號調(diào)理器一般是通過可編程增益放大器（PGA）、自動補償或校準電路對模擬信號進行調(diào)理，使之能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入電壓的要求。新型A/D轉(zhuǎn)換器一般都包含采樣/保持器（部分A/D轉(zhuǎn)換器中無采樣/保持器）、量化器和編碼器。圖3-6中A

34、點為模擬信號，B點為幅度連續(xù)但在時間上離散的信號（亦稱離散時間信號或序列），C點為幅度和時間均被離散化的信號，經(jīng)過編碼器即可輸出數(shù)字信號。多路模擬開關(guān)亦稱多路轉(zhuǎn)換器（Multiplexer，MUX），其作用是按規(guī)定順序依次從多路模擬輸入信號中選擇其中一路送至A/D轉(zhuǎn)換器進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器件的主要作用是實現(xiàn)量化和編碼。量化就是模擬信號先經(jīng)過在時間軸上抽樣后獲得取樣電平值，再用一個預(yù)定精度的數(shù)值來近似表示的過程。目前，A/D轉(zhuǎn)換器集成電路的開發(fā)應(yīng)用技術(shù)受到了人們的普遍關(guān)注，國外許多半導(dǎo)體公司相繼推出一批各具特色的A/D轉(zhuǎn)換芯片。其設(shè)計目標是通過單片IC將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成脈沖形式的數(shù)字輸

35、出信號。從電路結(jié)構(gòu)上看，目前實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的主要類型有閃爍式、積分式、逐次逼近式、-式和流水線式。本設(shè)計的數(shù)據(jù)采集部分主要由單片機STC89C52與芯片ADC0832和CD4051組成，以采集一路信號為例，其硬件連接圖如圖3-7所示. 圖3-7 數(shù)據(jù)采集部分硬件連接圖3.3.2 A/D 轉(zhuǎn)換芯片ADC0832 ADC0832是美國半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0-5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能

36、強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變得更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。ADC0832 具有以下特點： （1） 8位分辨率； （2）雙通道A/D轉(zhuǎn)換； （3） 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； （4） 5V電源供電時輸入電壓在0-5V之間； （5）工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32S； （6）一般功耗僅為15mW；（7）8P、14PDIP（雙列直插）、PICC多種封裝； （8） 商用級芯片溫寬為0°C到+70°C，工業(yè)級芯片溫寬為40°C到+85°C；芯片接口說明： CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 C

37、H0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。 CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。 GND 芯片參考0電位（地） 。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK 芯片時鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入與參考電壓輸入（復(fù)用） 。單片機對ADC0832的控制原理：正常情況下ADC0832與單片機的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平

38、可任意。當(dāng)要進行 A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項見表1。MUX ADDRESSCHANNEL #SGL/DIFODD/SIGN0110+11+00+01+表1 ADC0832功能表如表1所示，當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對CH0進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉(zhuǎn)換。

39、當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端 IN-進行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端 IN-，CH1 作為正輸入端 IN+進行輸入。 到第3個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。3.3.3多路模擬開關(guān)CD4051對多個多個變化較為緩慢的模

40、擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換時，利用多路開關(guān)將各路模擬信號輪流與A/D轉(zhuǎn)換器接通，使一個A/D轉(zhuǎn)換器能完成多個模擬信號的轉(zhuǎn)換，節(jié)省硬件開銷。對A/D通道，需要用多路輸入、一路輸出的模擬開關(guān)，使輸入的多路模擬信號輪流與與A/D轉(zhuǎn)換器接通對D/A通道，要在D/A轉(zhuǎn)換器之后加一個一路輸入、多路輸出的模擬開關(guān)，使輸出的模擬信號輪流分配到各模擬通路。 CD4051為雙向切換芯片，它既可作多路輸入、一路輸出的模擬開關(guān)，也可作一路輸入、多路輸出的模擬開關(guān)。CD4051的引腳圖如圖3-10所示。圖3-10 CD4051引腳圖引腳S為選通端。當(dāng)S為低電平時，選中某一通道，使開關(guān)接通。A2A0是開關(guān)通道號輸入端。當(dāng)A2A

41、0輸入000111時，分別對應(yīng)07通道上的開關(guān)處于閉合狀態(tài)。通常S和A2A0信號由接在CPU數(shù)據(jù)總線上的一個鎖存器提供，這樣就可以用輸出指令實現(xiàn)通道選擇。I/O 7I/O 0為8路模擬輸入。O/I為1路模擬輸出。AD4051的真值表如表2所示。表2 AD4051真值表SA2A1A0選通0000I/O00001I/O10010I/O20011I/O30100I/O40101I/O50110I/O60111I/O71*3.4 液晶顯示模塊設(shè)計3.4.1HSl2864-15簡介HSl2864-15是一種圖形點陣液晶顯示器，它主要由其控制器ST7920決定，ST7920同時作為控制器和驅(qū)動器，它可提供

42、33路com輸出和64路seg輸出。在驅(qū)動器ST7921的配合下，最多可以驅(qū)動256×32點陣液晶。其可完成圖形顯示，也可以顯示8×4個(16×l6點陣)漢字。那么它是如何工作的呢，下面是其顯示原理：顯示漢字需要有其對應(yīng)的字模，所謂漢字字模就是用O、l表示漢字的字形，將漢字放入n行×n列的正方形，該正方形共有n×n個小方格，每個小方格可用一位二進制表示，凡是筆劃經(jīng)過的方格值為1，未經(jīng)過的值為0。漢字點陣字模有16x16點、24×24點、32×32點，48×48點幾種，每個漢字字模分別需要32、72、128、288個

43、字節(jié)存放，點數(shù)愈多，輸出的漢字愈美觀。HS12864-15為64行×128列的點陣液晶模塊，分為上半屏和下半屏，可以顯示16×l6點的漢字4×8二32個。而顯示字符或數(shù)字僅需要占用16×8點。如果顯示圖片，也要和顯示字符、漢字一樣取模。圖片最好不要超過128×64，否則會顯示不完全。HS12864-15其控制器ST7920有建GB碼簡體中文字型庫，控制器ST792O的字型產(chǎn)生RAM也可提供用戶自定義字符生成(造字)功能，用戶可以將CGROM中沒有的字符定義到CGROM中。3.4.2 HSl2864-15顯示模塊電路HSl2864-15與單片機串

44、口連接圖如圖3-11所示。圖3-11 HSl2864-15與單片機串口連接圖本設(shè)計中，HSl2864-15主要功能有，顯示日期、時間，路燈不同季節(jié)的開關(guān)燈的時段等。當(dāng)路燈線路發(fā)生故障時，顯示模塊會顯示報警信息，并以短消息的形式通過GSM網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心接到報警信息后，會與時做出處理。3.5 鍵盤模塊設(shè)計 鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中是一個關(guān)鍵的部件，它能實現(xiàn)向計算機輸入數(shù)據(jù)、傳送指令等功能，是人工干預(yù)的主要手段。鍵盤輸入信息的主要過程如下：(1)CPU判斷是否有鍵按下。(2)確定按下的是哪一個鍵。(3)把此鍵代表的信息翻譯成計算機所能識別的代碼，如ASCII或其他特征碼。如果步驟(2)，

45、(3)主要由硬件完成，稱為編碼鍵盤:如果主要由軟件完成，則稱為非編碼鍵盤。單片機應(yīng)用系統(tǒng)常采用的是非編碼鍵盤，常用的為行列式鍵盤。行列式鍵盤按鍵設(shè)置在行線和列線交點處，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。列線通過上拉電阻接到+5V上，平時沒有鍵按下時列線處于高電平狀態(tài).而當(dāng)有鍵按下時，列線電平狀態(tài)將由與列線相連的行線電平?jīng)Q定。行線電平如果為低，則列線電平為低;行線電平如果為高，則列線電平亦為高。必須將行線和列線配合并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。鍵盤的原理圖如圖3-12所示。圖3.12 鍵盤的原理圖3.6 模擬路燈開關(guān)模塊設(shè)計系統(tǒng)的路燈開關(guān)部分主要應(yīng)用了光電耦合器件。光電偶合器件（簡稱光耦

46、）是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極體）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，通過光線實現(xiàn)耦合構(gòu)成電光和光電的轉(zhuǎn)換器件。路燈的開關(guān)電路如圖3-13所示.圖3.13 路燈的開關(guān)電路圖4 路燈系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 軟件設(shè)計概況硬件作為整個系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)，起到的是骨架作用，要想使整個系統(tǒng)順利運轉(zhuǎn)起來，還需要通過軟件來為整個設(shè)計的正常運行提供重要的支撐作用。在硬件系統(tǒng)的強大支撐作用下，本設(shè)計還采用了較多的軟件與之相互搭配協(xié)調(diào)，在保證系統(tǒng)功能的完善的同時，又保證了系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，最重要的是通過軟件恰到好處的控制，系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)能夠恰到好處的完成定位工作。通過對系統(tǒng)軟硬件的調(diào)整，使得人機界面更加簡單明了，從

47、而使得人機對話更加和諧友好，更加人性化。下面通過對各個軟件功能模塊的設(shè)計，并結(jié)合硬件系統(tǒng)的工作原理以與系統(tǒng)的設(shè)計對該系統(tǒng)中的軟件以與程序流程進行較為詳細的闡述。4.2 AT指令4.2.1指令簡介 GSM模塊與計算機間的通信協(xié)議是AT賀氏指令。AT指令集是由諾基亞、西門子、WAVECOM、愛立信、摩托羅拉和HP等公司共同為GSM系統(tǒng)研制，由ETSI(European Telecommunication Standards Institute，歐洲通信技術(shù)委員會)發(fā)布，包含了對SMS的控制。AT指令在此基礎(chǔ)上演化并被加入GSM07.05標準以與之后的GSM07.07標準。因此，MCU可通過UART

48、串行接口直接向GSM模塊發(fā)送指令，實現(xiàn)GSM短消息的收發(fā)、查詢等操作。收發(fā)短信與相關(guān)操作AT 命令見附錄A。 一共有三種方式來發(fā)送和接收SMS信息：Block Mode, Text Mode和PDU Mode。Block Mode已是昔日黃花，目前很少用了。Text Mode是純文本方式，可使用不同的字符集，從技術(shù)上說也可用于發(fā)送中文短消息，但國手機基本上不支持，主要用于歐美地區(qū)。PDU Mode被所有手機支持，可以使用任何字符集，這也是手機默認的編碼方式。AT指令(除重復(fù)操作指令A(yù)/外)均以“AT”開頭，除了發(fā)送短消息最后是以<Ctrl>+<Z>結(jié)束外，其余都以回車符

49、<CR>結(jié)束，指令執(zhí)行成功與否均有相應(yīng)的返回，響應(yīng)形式為<CR><LF><response><CR><LF>，<LF>是換行符號。其它非預(yù)期信息，模塊有信息提示，接收端可作相應(yīng)處理。在AT指令中還包括控制符:結(jié)束符(用<CR>表示，16進制的ox0D)和發(fā)送符(用<Ctrl/Z>表示，16進制的oxlA)。下面通過 AT 指令對單片機與 TC35 的通信進行說明。4.2.2指令初始化( 1) 設(shè)置短消息發(fā)送格式AT控制指令: AT+CMGF=1<CR>, 設(shè)置1代表Text模

50、式, <CR>表示回車符號,轉(zhuǎn)換成十六進制為0x0d。若指令正確執(zhí)行,則會返回<CRLF>0K<CRLF>。( 2) 設(shè)置短消息中心AT控制指令:AT+CSCA=“+00”(地區(qū)短消息服務(wù)中心的) <CR>, 設(shè)置正確則模塊返回數(shù)據(jù)<CRLF>0K<CRLF>。( 3) 設(shè)置TC35的波特率AT控制指令:AT+IPR=9600,9600為需要設(shè)置的波特率, 若將波特率改為2400,則執(zhí)行AT+IPR=2400即可。該指令改變的是TC35模塊的RS-232波特率,在改變波特率后,還需要執(zhí)行保存指令,使TC35模塊將剛才的設(shè)置

51、進行保存。4.2.3短消息的發(fā)送與接收單片機控制T35進行短消息發(fā)送時，首發(fā)呢我們需要做的發(fā)送短息的數(shù)據(jù)長度，AT+CMGS=<LENGTH>,LENGTH為短消息的數(shù)據(jù)長度, 在等待模塊返回ASCII 字符“>”后, 將數(shù)據(jù)輸入,數(shù)據(jù)必須以<Z>(也就是0x1a)作為結(jié)束符。短消息發(fā)送成功, 模塊會返回數(shù)據(jù)<CRLF>OK<CRLF>, 表示數(shù)據(jù)發(fā)送成功。TC35模塊可以將數(shù)據(jù)返回給單片機,當(dāng)TC35接收到短消息后, 會自動向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)<CRLF>+CMT:“SM”,INDEX<CRLF>,INDEX為信息存儲

52、的位置。當(dāng)單片機收到該信息后,主動發(fā)出命令讀出收到的短消息的指令A(yù)T+CMGR=INDEX<CRLF>,IN-DEX表示需要讀取短消息的存儲的位置,TC35收到該指令后,會將剛剛收到的短消息發(fā)送出來。4.3 單片機與TC35的通信單片機與TC35的通信系統(tǒng)在收到短消息后,立即進行數(shù)據(jù)的讀出并進行數(shù)據(jù)的分析和處理, 然后主動刪除該短消息,保持SIM卡有足夠的空間接收下一條短消息,當(dāng)SIM的存儲空間不夠時,將不再接收短消息。刪除短消息的指令為:AT+CMGD=INDEX<CR>,INDEX表示需要刪除的短消息的位置。若TC35模塊返回<CRLF>OK <C

53、RLF>,表示正確執(zhí)行了該指令, 刪除了該位置的短消息。若沒有返回該數(shù)據(jù),則刪除沒有成功。為了避免SIM卡中的短消息過多而造成短消息接收的失敗, 所以在TC35上電后, 立即進行SIM卡中短消息查詢。如果存在有新的短消息,則立即讀出并執(zhí)行操作或處理,然后刪除。主程序流程圖如圖4.1所示。 開 始判斷是否有新信息？系統(tǒng)初始化（12864，相關(guān)變量，定時器0）依短信內(nèi)容，設(shè)定相應(yīng)路燈工作串口初始化，設(shè)窗口 中斷為最高優(yōu)先級串口初始化液晶顯示電壓電流值A(chǔ)D采樣GSM模塊初始化 有故障否？按鍵掃描，設(shè)定正常 工作電壓值關(guān)該路燈，發(fā)故障信號 定時時間到 結(jié) 束 發(fā)正常信號圖4.1 主程序流程圖單片

54、機與TC35i通信的主程序見附錄II。4.4 GSM模塊初始化GSM模塊TC35i初始化流程圖如圖4.2所示:定時器1設(shè)為自動 重裝方式定時器1設(shè)為自動 重裝方式 設(shè)串口為工作 方式1 關(guān)回顯“ATE” 設(shè)單片機波特 率為9600設(shè)置服務(wù)中心密碼 開中斷與定時器圖4.2 TC35i初始化流程圖4.5 HS12864-15的初始化HS12864-15的初始化流程圖如圖4.3所示。 功能設(shè)定字30H 延 時 延 時請DDRAM字01H 點設(shè)定04H 延 時 延 時 地址歸零02H 顯示設(shè)定字0dH圖4.3 HS12864-15初始化流程圖4.6 鍵盤模塊的初始化通常情況下，鍵盤的工作方式有三種:即

55、編程掃描、中斷掃描和定時掃描。編程掃描是最為常用的識別方法。掃描程序查詢?nèi)萑缦?(1)查詢有鍵是否按下。(2)查詢按鍵所在的行、列位置。(3)對行號和列號進行譯碼，得到鍵值。(4)按鍵的去抖動處理。其初始化流程圖如圖4-4所示。開始否有鍵閉合嗎?否軟件延時10ms有鍵閉合嗎?確定按鍵位置否閉合鍵釋放?返回按鍵值圖4.4 鍵盤模塊的初始化流程圖4.7 ADC0832初始化本設(shè)計中，單片機對ADC0832的控制原理是：在正常情況下單片機與ADC0832的接口為4條數(shù)據(jù)線，它們分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在工作時并沒同時有效，并與單片機的接口是雙向，所以本電路設(shè)計時可以將DO

56、和DI并聯(lián)在同一根數(shù)據(jù)線上使用。(見圖3.9) 當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進行 A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，ADC0832 數(shù)據(jù)讀取程序流程圖如圖4.5所示： 開 始 讀取數(shù)據(jù) 使 能 ADC0832 數(shù)據(jù)校驗 結(jié) 束 輸入通道 控制字 產(chǎn)生時鐘 信