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1、基于GPRS的室内温度监测报警系统设计专业：电子信息工程 学生： 指导老师： 摘要温度是仓库存储系统、室内烤烟系统、室内酿酒系统、花卉温室培育系统的一个重要参数，温度过高、过低都会使系统各组成部分的性能下降,严重影响系统的正常工作。准确地测量温度并能及时向户主报警对排除系统潜在的故障有重要的意义。温度测量报警系统在生活中也有重要的意义。近年来，温度监测报警装置已悄然盛行，但是由于经济、技术等原因，目前温度监控报警系统设计不尽合理，存在漏误、误报、不动作等问题。针对市场上流行的普通监测装置的缺陷，本文利用较低的硬件配置环境设计了一种基于GPRS的室内温度监测报警系统设计，实现无线报警和室内实时信
2、息显示，提高了开发效率，也便于软件和硬件后期的维护与修改。该系统集成传统的监测报警和GPRS技术，通过STC89C52单片机系统设计原理，利用短消息的无线通信协议，通过多种方式进行报警和预警，并借助电话等现代化通讯手段进行信息传递。本系统相对于市面上的其它监测系统的不同之处在于，可以将部分已经安装在用户室内的普通电子式报警器改装成网络式温度监测报警系统，从而大大降低用户的费用投入，提升了产品的性价比。此外，市场上的大部分网络报警系统都是通过将高频嵌入式CPU与嵌入式WinCE或Linux操作系统相结合而构建的，而本系统则是利用STC89C52微控制器为中心，外扩GPRS模块，当室内温度超过我们
3、设定的温度值后，考虑有可能会有危险，在第一时间向户主手机进行远程无声报警，提示户主迅速采取措施。当温度在正常范围内，该系统能显示时间、显示日期、温度和闹钟等功能。这样既能够使室内安全得到保证，又能确保该系统在未来一段时间内的先进性，因此可以广泛应用于家庭、银行和仓库等重要场所。关键字：温度监测系统 STC89C52单片机 串口通信 远程监控 GPRS目 录1 绪论11.1 引言11.2 课题研究的背景11.3 课题主要研究内容51.4 课题研究意义52 系统总体设计方案62.1 系统方案设计62.2 系统硬件设计方案72.3 系统软件设计方案83 系统硬件设计93.1 微处理器的硬件设计93.
4、2 各模块硬件设计134 系统软件设计254.1 汇编语言和C语言的特点及选择254.2 系统软件开发环境254.3主程序设计274.4 各模块程序设计285 系统调试395.1 硬件调试395.2 软件调试405.3 系统联调406 结论与展望426.1 结论426.2 展望42参考文献44附录一45致谢481 绪论1.1 引言温度是仓库存储系统、室内烤烟系统、室内酿酒系统、温室培育系统的一个重要参数，温度过高、过低都会使系统各组成部分的性能下降,严重影响系统的正常工作。准确地测量温度并能及时向户主报警对排除系统潜在的故障有重要的意义1。近年来，温度监测报警装置已悄然盛行，但是由于经济、技术
5、等原因，目前温度监控报警系统设计不尽合理，存在漏误、误报、不动作等问题。针对市场上流行的普通监控产品的缺陷，本文利用较低的硬件配置环境设计了一种基于GPRS的室内温度监测报警系统设计，实现无线报警和室内实时信息显示，提高了开发效率，也便于软件和硬件后期的维护与修改。该系统集成传统的报警监测技术和GPRS技术，通过STC89C52单片机系统设计原理，利用短消息的无线通信协议，通过多种方式进行报警和预警，并借助电话等现代化通讯手段进行信息传递。1.2 课题研究的背景1.2.1 课题国内外现状随着微电子技术的不断发展，以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成了智能仪表。一般智能仪器
6、都配有RS232、RS485等标准的通信接口，可以很方便地与PC机和其他仪器一起完成更复杂的任务。在温度测量领域里，智能化测温仪2也越来越被广泛地得到应用，但RS232、RS485等通信手段具有传输距离短，抗干扰性差的缺点，在实际应用中，有时需要仪器能具有投资维护费用低、可靠性好的高性价比的通信方式。近年来，基于公共网络的通信手段得到初步应用，这些远程通信手段包括公共电话网、Internet网络等。这些远程通信方法具有投资少、免维护、成本低、可靠性高等特点，在一些对操作和监控的实时性要求不高的情况下具有很高的性价比，但在一些场合下，如无人值守场所，采用上述的有线通信方式是很不经济的。随着手机应
7、用资费的不断下调及其通信网络的不断完善，应用手机短消息来进行远程监控具有很广阔的应用前景，使用GPRS短消息来传递数据信息也是近年来遥测遥控发展领域中的热门技术。 某些测温设备位于环境恶劣仓库或是在无人值守的条件下，如果在数据的传输部分加装GPRS短消息模块，便可利用GPRS网组成的传输系统，使系统的可靠性、抗干扰性、稳定性、可维护性、功能扩展性等方面具有明显的优越性，并可降低运营成本和劳动强度。本课题研制的温度监测报警就是以GPRS短消息方式为通信手段的。在分布式温度监测系统中，上位机与下位机的通信手段有多种，距离从几米到几千千米几乎都可以实现，当前国内外报警系统使用最广的是有线报警或短距离
8、无线报警，如RS232, RS485、红外线等。但随着应用需求的日益复杂，如在一些测控系统中，由于各测控点分布范围广、数量多、距离远，还可能地处偏僻，因此铺设电缆难度大、不切合实际，向电信部门租用专用电话线又要申请很多电话线，而且有些测控点线路难以到达，况且采用电话线路时需要等待漫长的电话拨号过程，速度慢，运营成本较高，总之测控系统采用有线通信方式建设周期长、工作难度大、运行费用高，不便于大规模使用；与之相比，GPRS无线通信方式则显得非常灵活，它具有投资较少、建设周期短、运行维护简单、性价比高等优点。正是在这一环境下诞生了无线报警系统，无线报警系统是不需要人员到达现场，使用计算机技术、单片机
9、技术、通信技术、网络技术和微电子技术相结合，通过一定的网络设备建立通讯联系，具有高度集成性，集软件、硬件为一体，对各种范围内各种待监测设备自动正确采集、传输、统计及综合分析的系统。具有传输速度快，传输质量高、远距离、安全、可直接与营业计算机联网等突出的优点。采用无线报警系统可以降低人员的劳动强度、降低人为因素造成的不安全，并能迅速的统计实时线损。无线报警技术的出现，是计算机网络技术与监控技术相结合的必然结果。早期无线报警技术是非实时非在线监控方式，而现代无线报警技术是实时在线监控方式，借助于计算、互联网和通信技术，操作者可以依靠安装在现场的各种传感器及音视频设备，远隔千里便可随时了解现场生产与
10、设备情况，对生产现场进行监控、诊断与控制。无线报警技术的模式与通信技术的发展密不可分的，伴随着通信技术的发展，出现了三种无线报警模式3：人工无线报警、有线网络无线报警和无线网络无线报警。无线网络无线报警利用GPRS数据业务通过Internet进行通信。GPRS技术传输速度快，永远在线，实时性强，安全可靠，按流量计费，比短消息更经济、合理。利用GPRS进行无线报警，既避免了开发新的频率资源，又开辟了无线报警的新领域。随着GPRS网络技术的不断发展，构筑在GPRS网上的远程无线测控报警系统必然能与移动通信技术的发展同步，因而具有广阔的前景。1.2.2 研究主要成果随着信息技术的迅猛发展以及人们对移
11、动通信需求的急剧上升，GPRS技术一种迎合GSM移动通信市场和全球因特网迅猛发展和日益融合而兴起的技术，广泛受到人们关注。GPRS能把分组交换技术引入现有GSM系统，将移动通信和数据网络合二为一，以其“极速传送”、“永远在线”等特点4，倍受国内外电信业的青睐。GPRS被公认为将成为通往第三代移动通讯(3G)的一个重要里程碑。当今世界已进入了飞速发展的信息时代，信息产业己成为国民经济的主导产业，通信则成为信息产业中发展最为迅速，进步最快的行业。而在通信领域中，移动通信(GPRS)网则是这个领域中发展最积极最活跃最快的分支之一。在GPRS中，唯一不需建立端到端通信的业务就是短消息业务(SMS)，在
12、移动设备处于点与点通信状态下，还能同时实现短消息业务。GPRS模块在短信息方面的应用最具优势，短消息具有随时在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等特点，特别适合于需频繁传送小流量数据的应用，如工业遥感遥测遥控、信息反馈无人值守站机房监控和远程维护(如服务器，交换机等)，其他无人值守点(如仓库、办公楼等)监控、电力系统城市中压电网实时监控和自动补偿、集团车辆调度与安排计算机增值服务等领域。正是基于以上考虑，本系统提出并设计了一种基于GPRS网络无线报警系统、运用它最具优势的短信功能，将采集的数据以短信的方式发送到用户手机，实现对室内温度实时监控。系统采用了微电子技术、计算机接口技术、传感器技术、
13、GPRS通信等多项技术。设计要点是采用单片机技术进行数据采集和处理，对装置进行控制，主机监控系统软件设计，单片机与GPRS模块的通信与控制，短消息编码等设计内容。系统主要分为两部分：报警模块与数据采集模块；然后再进行模块划分为主控模块、GPRS模块、显示模块、温度传感器模块5、时钟模块。引入模块化设计思想，从而使系统整体更简洁、完善。1.2.3 发展趋势目前远程数据传输方式主要有6：基于无线的远程数据传输和基于有线的远程数据传输。有线的远程数据传输又主要包括：基于公用电话网络的远程数据传输、基于Internet网络的远程数据传输、基于电力线载波的远程数据传输、基于专用线路的远程数据传输和基于现
14、场总线技术的远程数据传输。基于无线的远程数据传输方式主要有：蓝牙监控7、利用GSM的SMS短消息业务实现远程监控、以及利用GPRS网络的无线远程监控。蓝牙协议是一种较流行的短距离无线通信协议。它主要应用在短距离无线应用的场合，例如无线终端，医疗设备等。对于远距离的数据传输是不适用的。GSM全名为：Global System for Mobile Communications8，中文为全球移动通讯系统，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。SMS是短信息服务的简称，它通过GSM模块发送和接
15、收有限长度的文本信息。SMS属于GSM第一阶段(Phase 1)的标准。目前SMS已经被集成到了很多网络标准中，不仅仅是在GSM网络标准中，在其它移动网络如CDMA、TDMA、PHS等移动网络都支持SMS，这使得SMS成为一项非常普及的移动数据业务。利用SMS短消息业务实现远程监控有以下几个优点9-10：（1）收费低廉,不管是长途短途，每发送一条短信息仅0.1元，而且接收免费。（2）随时随地，而短信息用户可以随时随地发送短信息，不用担心对方是不是在服务区，只要设置了对方的号码，就可以给对方发送短消息。（3）能够承载多种数据，短信息有3种模式:块模式、PDU模式和Text模式。（4）能够保障传输
16、中的安全；短信息在发送之前，可以通过STK卡将信息加密后进行传输。在到达目的地后由接收者将信息解密，实现了点到点的信息安全保障。但同时GSM短信息业务也有较大的缺点：存在延迟，没有达到真正的“实时”；传输的数据量有限，SMS的消息长度只有160个字节，对数据量较大的系统，只能分成几条短信息进行传输，进一步增加了延迟时间。只是对于数据量较小、实时要求不高的监控系统，SMS的延迟才能够在系统延迟允许的范围内。随着internet技术的推广，IP技术在通信网络中正占据着越来越重要的地位，己经成为未来的发展方向。GPRS在GSM的系统上解决了移动通信技术与IP技术的结合11。由于GPRS采用分组交换方
17、式，它大大地提高了无线信道和核心网络的使用效率。GPRS理论上可提供高达171.2kbps的传输速率，这意味着通过便携式电脑，GPRS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。GPRS是GSM Phase+2阶段引入的内容。随着通信技术的发展，GSM/GPRS网络通信以其更加低廉的价格和永远在线的性能有着不可估量的发展前景。无论是2.5G还是3G，发展目标都是在更好的语音通信之外，向用户提供丰富多彩的高速无线数据应用。由于GSM发展还不太成熟，覆盖面不广，利用GSM进行远程数据传输还没有发展起来，在这个阶段最常用的远程数据传输方法是利用单片机的
18、串行接口，通过专门布设的通讯电缆线加以实现，或者是利用现场总线技术实现数据传输，但是这些方法传输距离有限，成本也比较高。随着GSM网络不断的发展，开始出现了利用GSM网络的SMS短消息业务进行远程数据传输，并且出现了利用Internet网络进行更广范围内的远程数据传输12。由于GPRS网络的不断发展和完善，特别是随着嵌入式Internet的不断发展，一些像Vxwork，Psos，Neculeus，Window CE，Linux等嵌入式操作系统的应用。像ARM，PowerPC，X86，C51、IP2022等等功能强大的CPU、网络单片机和西门子公司S系列GPRS模块的出现和推广，使得利用GPRS
19、进行远程数据传输已经得到越来越广泛的应用13。1.2.4 存在问题DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。在使用GPRS模块14时，要注意如下问题：（1）通信协议较为复杂，入门有一定难度，不如无线专用简单易用。（2）受公网业务开通状况及信号覆盖范围的影响较大，能否在某处使用，完
20、全取决于运行商的系统建设情况。（3）运行费用较高，GPRS是按流量计费，那样通过网络侵入的无用信息也会被计费。（4）实时性差，尤其是节假日系统的负荷会达到高峰（如短信、彩信成倍增长），系统及网络堵塞严重，信息不畅，不能及时发送或收到有用信息。（5）系统安全性较差，由于GPRS是通过互联网发送数据，而目前的网络安全性不高，越来越容易受到攻击，造成瘫痪。1.3 课题主要研究内容本课题根据温度监测报警系统的发展现状，在GPRS网络技术的不断发展的基础上，研究并设计了基于GPRS的室内温度监测报警系统，报警系统引入模块化设计思想，从而使系统整体更简洁、完善。本课题需要研究的内容主要有以下几个方面：（1
21、）根据系统功能要求并且考虑产品的性价比，进行系统的整体方案设计。该方案采用模块化设计方法，以方便系统的调试和用户的使用。（2）系统硬件设计。包括芯片的选型、所选芯片的功能、芯片外围电路的合理设计。主要内容有单片机的应用、GPRS模块的选择、显示模块的设计、温度传感器模块的设计、时钟模块的设计、键盘电路的设计和系统电源电路的设计。（3）系统软件设计。主要包括系统主程序、中断子程序、短信息发送程序、温度采集程序、时钟程序、显示程序等。（4）系统整体电路调试、系统整体软件调试、最后进行联机调试。1.4 课题研究意义本课题研究的意义在于：（1）在温度监测报警器领域，引入了网络监测系统理念，提出一种新的
22、全方位室内安全解决方案，通过设计具有远程监控功能的通讯平台，为室内监测报警系统的无线网络化发展提供了良好的应用基础。（2）当室内处于常温下，这个网络报警系统能够显示室内实时温度，当前的时间，日期和闹钟功能等。（3）利用较低的硬件环境完成较高的系统功能，为网络式室内监测报警系统市场探索出一条新路，为今后网络式报警系统在国内的普及奠定了基础。2 系统总体设计方案2.1 系统方案设计2.1.1 系统需求分析系统要设计成集数据采集、报警、用户接收手机于一身的无线报警系统。该报警系统应具备如下特点： 报警模块能够通过按键设置采集模块的参数、能够接收采集模块发送的采集数据； 报警模块能够通过短消息将报警数
23、据发给用户接收手机； LCD液晶能显示报警内容、报警时间以及室内采集到的温度； 采集模块能够采集待采集点的数据； 用户接收手机能够随时获得采集模块的当前采集数据； 断电保护。断电后，由备用电池给系统供电，保证系统能够正常工作。通过上述来说本系统实现如下功能： 一般情况下系统实时显示当时室内温度； 当室内温度超过我们设定的温度值后，考虑有可能会产生危险，在第一时间向户主手机进行远程报警，提示户主迅速采取措施或向警方报警，有效防止火灾发生； 利用按键可设置温度报警线和各种实时时间； 与上位机实时通信。2.1.2 系统工作原理本系统由硬件和软件两部分组成。硬件主要由主控模块、电源模块、温度采集模块、
24、时钟模块、显示模块及按键模块，外扩GPRS模块等组成；系统具体功能由软件实现。单元模块功能如下：本系统以STC89C52单片机为控制核心，通过主控模块控制其他模块进行工作。数据采集模块负责采集相关数据；报警模块和GPRS模块能够接收采集模块所采集到的数据；接收模块是带有移动通信装置的手机。显示模块能实时显示当前室内采集到的温度和时间；按键模块可设置温度报警线和各种实时时间；时钟模块是保证断电后可保存时间数据。系统结构图如图2-1所示：单片机STC89C52显示模块报警模块按键模块温度采集模块电源模块串口通信GPRS模块实时时钟模块图 2-1 系统结构图其中数据采集模块负责实时采集温度数据，采集
25、到的温度数据传输到单片机，由单片机处理后的数据送显示部分显示。设置模块可设置预定温度，当检测到的温度高于设定温度时，单片机控制GPRS电路启动发送短信到用户手机，并发出报警声；当检测温度低于设定温度时，实时显示当前室内温度并作为室内电子钟使用。2.2 系统硬件设计方案2.2.1系统主要模块设计本系统要实现基于GPRS的室内温度监测报警系统。根据设计要求，综合本系统的特点及应用范围提出以下几方面的问题重点考虑。（1）主控模块采用技术较为成熟的STC89C52单片机15，该芯片为宏晶公司生产的一种低功耗，高性能的微处理器。内含8K字/计数器等资源，全双工串行口，并具有低功耗空闲状态以及掉电状态。S
26、TC89C52单片机与工业80C5l产品指令和引脚完全兼容，能为众多控制系统提供灵活、高效的解决方案。（2）GPRS无线通信模块系统中采用SIMCOM公司的SIM300 GPRS 模块。该模块是SIMCOM公司为嵌入式设备设计的GSM双频通信核心模块SIM300 GPRS 模块内含SIM300SIM卡座电源天线RS232接口，是可独立使用的通讯终端。SIM300支持标准的AT指令集，上位机通过RS232接口，使用AT指令集，即可实现数据拨号、收发短信等功能。该模块需要一张己开通服务的电信运营商提供的SIM卡，以通过GPRS网络实现远程报警、定位。它内置了TCP/IP协议，这样更容易进行数据传输
27、的应用16。（3）温度采集模块通过数据温度传感器DS18B20进行温度采集和数据转换，主控板能获取室内当前状态，如当前室内的温度，时间等，判断当前温度是否超过我们所设置的温度值，如果超过系统能实施相应的控制，并远程无线报警。室内温度的状态信息可直接连入主控板CPU的I/O口，通过读CPU对应的I/O口，获取室内温度的状态。2.2.2 系统其它方案设计（1）按键方案方案一：采用独立式键盘。独立式键盘的优点是连接电路简单，编程容易。缺点是每一个按键均需要一根I/O口线，当键盘按键数量比较多时，需要的I/O口线也较多。方案二：采用矩阵式行列键盘。矩阵式键盘的优点是：当键盘按键数量比较多时，需要的I/
28、O口线比较少。本设计，只需4个按键，所需键盘按键较少，不需用到键盘，繁复又浪费，故选用方案一。（2）电源方案方案一：采用家庭交流电源把交流220v降压为单片机所需要的5V电源。将220v交流电经变压器转换成9-15v的交流电，再经7805电路整流成5v电源。本方案比较适合家庭用户使用,也比较方便。方案二：用LM317将24V直流电转换成5V直流电源。因直流稳压电源应用广泛，在我的设想里，经变压器后得到9-15V的电压，容易得到，较为常见，基于实际考虑，本设计选用方案一。（3）显示方案方案一：LED的亮度好，编程易实现。采用并行I/O接口端来驱动。方案二：LCD有明显的优点：微功耗、尺寸小，超薄
29、轻巧、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒适。采用LCD1602液晶显示，它是工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。本设计采用要实现室内温度的实时显示，并且显示各种按键状态变化下的参数，故采用LCD1602液晶显示，可以显示2行字符，每行16个字符，以达到设计要求，所以选择方案二。2.3 系统软件设计方案基于系统确定的硬件方案，软件采用模块化设计，应实现如下几部分功能：（1）室内温度状态的检测；（2）实时数据显示；（3）短信的发送功能；（4）温度数据的采集。由于系统控制较复杂，为了增强系统性能和简化软件开发，程序在Keil C软件编译下完成。3 系统硬件设计3.1 微处理器的硬件
30、设计GPRS无线报警的主机采用单片机为核心，实现系统所要求的各种功能设计。单片机就是将中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、定时/计数器及输入输出接口电路等计算机主要部件集成在一块芯片上的微型控制器。现在世界上已经有很多大公司生产单片机，并且随着超大规模集成电路的迅猛发展，单片机的功能也日渐强大，运算速度日益提高，但是根据报警系统实现的功能以及性价比，系统选用STC89C52单片机来构成系统的核心主机。3.1.1 STC89C52芯片介绍STC89C52单片机是一个低电压，高性能，低功耗的CMOS 8位单片机芯片，内含8K字节的可反复擦写的Flash只读程序存储器和
31、512字节的随机存取数据存储器(RAM)。使用宏晶科技高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，8个中断源、一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单
32、片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。（1）STC89C52的主要特点如下： 增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期 8051 CPU 工作电压：5.5v-3.4v(5v单片机) 工作频率范围：0-80MHZ 实际工作频率可达48MHZ 用户应用程序空间：8K、100000次擦写周期 片上集成512字节 RAM 通用I/O口（32/36个）、复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口，弱上拉P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻 ISP(在系统可编程)/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下
33、载用户程序，8K程序3秒即可完成 EEPROM功能 看门狗 共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用 外部中断4路、8个中断源，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART 低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、双数据指针、掉电标识符（2）STC89C52的管脚排列（如图3-1）图3-1 管脚图3.1.2 单片机最小系统设计单片机最小系统是能满足STC89C52单片机工作的最简单电路，它由电源、晶体振荡器、时钟电路和复位电路等构成。它是本系统的处理单元也是控制单
34、元，负责信号处理、外设的接口与控制，同时它也是所有软件的载体。本系统终端所采用的实时操作系统和所有的应用程序在调试成功后用Keil C开发环境编译成指定的可执行的文件格式，通过串口下载到STC89C52芯片的内部或者外部RAM存储器中运行，进行硬件仿真；或者通过Keil C开发环境把程序烧写到STC89C52内的FLAsH存储器中以实现脱离系统独立运行。单片机控制系统要工作就必须先达到单片机最小系统，单片机的最小系统是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对STC89C52单片机来说，晶振电路和复位电路便组成了一个最小系统。最小系统电路如图3-2所示。单片机的31（EA/VP）引脚为外部访
35、问控制引脚，当其为高电平时程序从内部地址开始读取，串接一个460的电阻主要起限流作用。图3-2 单片机最小系统电路图（1）时钟电路单片机工作的时间基准是由晶振电路提供的。在单片机的18（XTAL1）和19（XTAL2）两个引脚间，接一只晶振及两只电容就构成了单片机的晶振电路。时钟电路如图3-3所示。电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数。电路中，电容C8和C9对晶振频率有微调作用，通常的取值范围为3010pF；石英晶体选择12MHz。 图3-3 时钟电路（2）复位电路 复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运行时，都需要先复位，它的作用是使CPU和系统中的其他部件
36、都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。STC89C52单片机的9（RST）引脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间应为2个机器周期以上。复位以后，单片机内各部件恢复到初始状态，单片机从ROM的0000H开始执行程序。单片机的整个复位电路包括芯片内、外两部分，外部电路产生的复位信号通过复位引脚RST进入片内与片内的复位电路相连。单片机的外部复位电路有上电自动复位和按键复位两种。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。按键手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。本设计采用手工复位，系统所用复位电路如图3-4
37、所示。当单片机己在运行之中时，按下复位键使RST引脚上出现高电平信号，从而实现上电且开关复位的操作。 图3-4复位电路根据系统设计的需要，系统硬件部分的设计还包括以下几部分：（1）按键电路：输入电路由按键与CPU的P1.0P1.3构成； （2）实时时钟电路：由DSl302与CPU的P3.3P3.5组成；（3）温度采集电路：由DSl8B20与CPU的P0.7组成；（4）RS232通讯控制电路：由MAX232芯片与CPU的P3.0、P3.1组成：（5）GPRS无线通信模块电路：通过RS232串口通信与单片机串口进行通信 ；（6）液晶显示电路：输出电路由LCD1602液晶屏与CPU的P2数据口构成，
38、LCD1602的RS、RW、EN分别与CPU的P0.0、P0.1、P0.2相连。系统硬件原理如图3-5所示：图3-5 系统硬件原理图3.2 各模块硬件设计3.2.1 系统电源模块设计本系统STC89C52微处理器所需的正常工作电压时+5V，外围电路的工作电压为+5V；而系统最终的电源供给来自220V的交流电。综合考虑，该系统采用LM7805稳压芯片将220V交流电转化为+5V的直流电。图3-6 直流稳压电源电路如图3-6，整个电源是通过变压器把220V交流电转换成9V交流电，通过整流桥把交流变成直流，最后通过稳压片7805把直流9V稳压到直流5V，来为系统各个模块供电。C1、C2 、C3、C4
39、、分别为输出端和输入端滤波电容，R1为负载电阻。当输出电流较大时，7805应配上散热板。7805是一款单芯片集成电路的电压转换器，它有以下特点： 输出电流超过1.5安培； 不需要外围元件； 内部有过热保护； 内部有短路限流电路； 输出晶体管安全范围补偿； 输出电压允许2的误差。通过框图分析，该电路由四个部分组成，它们的功能分述如下：（1）电源变压器它的任务是将电网电压转变成整流滤波电路所需要的交流压，用来保证供电的稳定性，防止电源系统的过压与欠压，有利于提高整个系统的可靠性。后级所接的集成三端稳压器LM7805的输出电压为+5V，如果变压器输出的电压值太大，会造成LM7805的功耗太大，温度升
40、高且浪费电能。而且如果大小超过它的输入范围，三端稳压器不能正常工作，失去稳压作用。（2）整流电路它的任务是将交流电压变换成直流电压。这里采用桥式整流电路来实现，即用四个二极管来组成。（3）滤波电路它的任务是将全波整流后的电压通过电容滤波电路变成更平坦的直流电压，其原理是利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑，减小脉动，提高整流的效果。（4）稳压电路它的任务是输出满足要求的恒定直流电压，采用集成稳压电路三端固定输出集成稳压LM7805，C4用来抵消输入端接线较长时的电感效应，防止产生自激震荡；C1是为了瞬时增减负载时，不致于引起输出有较大的波动。3.2.2 液晶显示模块设计本系统采用LCD1
41、602液晶显示，它是工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。该显示模块体积小、功耗低、指令功能强、接口简单方便适合本系统使用。1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写和常用的符号等，每一个字符都有一个固定的代码。（1）LCD1602 主要技术参数： 显示容量：162 个字符 芯片工作电压：4.55.5V 工作电流：2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压：5.0V 字符尺寸：2.954.35(WH)mm（2）引脚功能说明：1602LCD 采用标准的16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3-1所示。表3-1
42、 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端（H/L）12D5Data I/O5R/W读/写选择端（H/L）13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负级（3）硬件显示电路：接口方面:模块有8条数据线，与微处理器的P2口相连，三条控制线与微处理器的P0.0、P0.1、P0.2相连，并通过其送入数据和指令，就可使模块正常工作。LCD1602模块电路如图3
43、-7所示： 图3-7 LCD1602显示模块电路3.2.3 串口通信模块设计串行通信使用RS-232C标准，它本是美国电子工业协会的推荐标准，现在已在全世界范围广泛采用。它实际上是串行通信的总线标准。RS-232C标准(协议)的全称是EIA-RS-232C标准，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会，RS(recommend standard)代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改(1969)。串行通信可以分为同步及异步两种模式。同步通信的两端使用同步信号作为通信的依据，而异步则使用起始位及停止位作为通信的判断。目
44、前采用异步传输模式较为普遍，异步传输只要9支引脚就足够了。如果要采用同步传输，则需要25支引脚。引脚：（1）CD载波检测：（2）RXD接收字符；（3）TXD发送字符；（4）DTR数据端备妥；（5）GND接地：（6）DSR数据备妥；（7）RTS要求发送：（8）CTS清除以接收；（9）RI响铃检测。RS-232的每支引脚都有其功能和信号流动的方向。最初的RS-232设计是用来连接调制解调器的，正因如此，它的引脚意义通常和调制解调器的传输有关。以下是9支引脚的相关说明。RS-232引脚如图3-8所示。图3-8 RS-232管脚图课题中采用的芯片是MAXIM公司的MAX232芯片来完成TTL与EIA双
45、向电平的转换。STC89C52单片机只提供了一个串口，串口通信接口如图3-9所示。该电路采用了符合RS-232标准的驱动芯片MAX232，进行串行通信。MAX232芯片功耗低、集成度高，+5V供电，具有两个接收和发送通道。由于STC89C52采用+5V供电，所以在MAX232与STC89C52之间加了TI公司提供的典型电平匹配电路。图3-9 STC89C52与MAX232接口电路其中MAX232的主要性能参数如下：（1）单5V电源工作。（2）TM工艺技术。（3）两个驱动器及两个接收器。（4）30V输入电平。（5）低电源电流，典型值是8mA。（6）可与Maxim公司的MAX232互换。3.2.4
46、 温度采集模块设计3.2.4.1 DS18B20单总线数字式温度传感器概述DS18B20是美国DALLAS公司生产的单线数字式温度计芯片，它具有结构简单，不需外接元件，采用一根I/O数据线既可供电又可传输数据、并可由用户设置温度报警界限等特点。能在现场采集温度数据，并将温度数据直接转换成数字量输出。DS18B20是DS1820的改进型产品，该产品具有比DS1820更好的性能，目前，该产品已成为DS1820的替代品而在温控系统中得到广泛的应用。它采用单根信号线既传输时钟又传输数据，而且数据的传输是双向的。它具有节省I/O口线资源，结构简单，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点，适用于单个主机系统，能够控制一个或多个测控点。3.2.4.2 DS18B20的性能特点DS18B20主要具有以下的性能特点17： DS18B20提供912位的温度测量精度（包括一位符号位），并可由编程决定具体位数； DS18B20具有较宽的温度测量范围，为-55+125，在-10+85范围内，DS18B20具有0.5的精度，增量值最小为0.0625； DS18B20响应迅速，信号转换时间短，抗干扰能力强，使用时无需标定或
