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1、郑州航空工业管理学院毕业论文（设计） 2012 届 电气工程及其自动化 专业 72 班级题 目基于GSM远程温度监测系统设计姓 名 学号 指导教师 职称 讲师 2012 年 6 月 日内 容 提 要GSM移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈,使得新技术和新业务的开发和应用提到了一个十分重要的位置。短消息业务(SMS)作为GSM网络的一种基本业务,已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视,基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。随着工农业生产的发展，对温度环境要求越来越高，使得温度的测量与控制应用更加广泛。许多产业对温度环境提出了较高的要求，因此，对温度的监测成为工农业生产中非常重要的技术。
2、本文提出了一种基于GSM的远程温度监测系统,在给出系统的总体设计的基础上,给出系统的硬件设计。系统的硬件设计中,对主要硬件TC35i和AT89C51单片机及其外围电路进行了详细的讲述。系统分为两个部分进行设计监测中心站和远程监测分站:监测中心站硬件包括一台PC机,GSM通信模块TC35i,两者通过RS232C连接；远程监测分站硬件包括GSM通信模块TC35i,AT89C51单片机,显示单元和数字传感器。系统以GSM网络作为远程信号的传输平台，介绍了与本课题相关的短消息业务的通信原理。关键词GSM；远程监测；AT89C51单片机；DS18B20传感器Remote temperature moni
3、toring system design based on GSMAuthor: Tutor:AbstractAlong with rapid popularization and fierce competition of GSM network, research and application of new technology and new operation have been mentioned to a quite important position. SMS has been paid attention by more and more system operator a
4、nd developer as a basic service of GSM network, and kinds of applications based on this service have been rapid developed.With the development of industrial and agricultural production ,the requirement of temperature environment have become higher and higher, which makes the measurements of the temp
5、erature be come more widely.Many industries have proposed high demands to the environment of temperature ,therefore ,the monitoring and controlling of the temperature have become the very important technical reqirements in the productive process.This paper present a remote temperature monitoring sys
6、tem based on GSMSMS, this paper first presents the system design as a whole, then presents the hardware .It presents TC35i and microchip AT89C51 MCU and peripheral circuit during design of system hardware. Hardware of system includes two parts:the monitoring center and the remote monitoring station.
7、 It consists of a computer and a TC35i communication module of GSM in the monitoring center. Computer and TC35i are joined by RS232C.It includes a TC35i communication module of GSM, a AT89C51 MCU, a display part and a gathering data part. In this system, SMS network is a medium for transmitting the
8、remote signal, it emphasizes the communication principle which is important for the task. The main mode of transmitting data is SMS. Key wordsGSM；remote monitoring；DS18B20 Sensor；AT89C51 MCU目 录第一章 绪论11.1 温度监测技术概述11.2 远程监测系统发展现状2第二章 系统原理与总体结构52.1 系统原理52.2 系统总体结构6第三章 系统硬件设计83.1 监测中心站设计83.1.1 监测中心站服务器8
9、3.1.2 GSM无线通信模块TC35i83.2 远程监测分站设计103.2.1 数字传感器DS18B20103.2.2 AT89C51结构概述133.2.3键盘功能173.2.4 LED显示213.2.5串行通信24第四章 结论28致 谢30参考文献31基于GSM远程温度监测系统设计第一章 绪论1.1 温度监测技术概述温度监测在日常生活及工农业生产中应用非常广泛，温度监测系统在应用形式上有的采用单点测温，有的需要对某个空间内的多个点测温，如烟叶烘烤、温室大棚、粮仓等，以便获得更准确的数据。温度测量的方法有多重，目前典型的温度测量系统是由模拟式温度传感器、A/D转换电路和单片机组成。但是，由于
10、模拟式温度传感器输出的为模拟信号，必须经过A/D转换得到数字信号量，单片机等微处理器才能采集并处理，并且每个测温点都要占用单片机一个I/O口，在远距离温度数据采集与传输的应用系统中非常复杂，成本较高。此外，模拟传感器的信号在传输中易受干扰，降低了系统检测的精度和稳定性。随着电子技术和自动化技术的发展，新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成向智能化、网络化的方向飞速发展。这种传感器是将温度传感器和数字电路集成在一起，内部包含了温度传感器、A/D转换电路、信号处理器和接口电路等，有的还和单片机的中央处理器、随机存储器和只读存储器集成在一起，成功的实现了温度传感器的数字化结构。数字式温度传感器的采
11、集精度高，测试的可靠性高，有很强的抗干扰能力，这些都是模拟式温度传感器不能达到的。特定场合下由于监测地点比较分散、偏远、环境对工作人员身体健康有害等,采用传统的温度测量方式周期长、成本高,而且工作人员必须到现场进行测量,因此工作效率非常低,且不便于管理。基于GSM的远程温度监测系统,通过现有的GSM网络将监测结果以短信方式发送至相应的监控终端(如手机、PC机)，通过控制中心分析处理，进行远程控制。系统具有结构简单、可靠性高、成本低等特点。监测分站和监控中心之间通过短消息方式传送数据。这种方式采用GSM模块就能实现短消息的传送,实现简单,控制方便。1.2 远程监测系统发展现状目前远程监测主要有以
12、下几种方式：短距离长线监测；通过市话网；通过internet网络；通过自组网络(CDPD网)；通过数传电台方式。短距离长线监测和通过自组网络(CDPD网)首先要自行建设通信网络，建网初期投资巨大，运营期间自主维护耗费人力物力较大，信号质量得以保证，效果好，相对运营费用高；通过市话网和internet方式以现有的网络为依托，无需自行建设通信网络，但是由于市话网和internet难以达到工业现场覆盖面，接入网络受到限制，局限性很大，网络运行效果取决于网络运营商，线路安全不能得到保证，但其通信效果好，信号量大，运营费用相对低廉；数传电台出现较早，应用很广泛，是一种不错的无线数传方式，但是建网初期投资
13、巨大，数传电台的传输范围有限，而且容易受到空间无线信号的干扰，信号不能得到保障，但是数传电台信号传输实时性好，运行费用低。远程监测系统应用广泛，遍及国民经济的很多领域，典型应用概括为以下几个方面。(1)煤气天然气，石油，电力等能源系统设备以及网络的远程监测：发电机组，变电站，供电所的远程监测；煤气天然气管线压力，温度，流量等远程监测；石油开采中抽油井各种参数的远程监测等。(2)车辆状态远程监测：如车辆位置时间，运动方向，速度监测，远程控制车辆中的设备，车辆丢失的查找和监测等。(3)自动化工厂，生产过程，机器和设备的远程监测：在自动化生产线上，一般由可编程逻辑控制器控制，可对其进行远程监测；关键
14、的机器和设备关系到产品的质量和生产线的安全，对此类设备工作参数可实现远程监测，超限报警。(4)对人体有害的环境下的远程监测：化工厂周围的空气质量的远程监测，噪声严重区域的噪声远程监测和噪声抑制；地震测试点的资料上传，气象监测点的资料上传。(5)通风设备，制冷设备等的远程监测：冷库仓库的远程监测，矿井通风设备，探矿设备的远程监测。(6)水库大坝、水闸、供水系统的远程监测：河流、湖泊、海潮的水位变化，水流量状态等关系到灾害的发生和人民生命财产安全，水质的变化对供水系统和人们的生活影响很大，远程实时监测这些状态数据意义重大。(7)各种信息查询系统：交通信息、天气预报、银行系统等很多领域的信息查询。而
15、目前这些监测系统无论从成本、可靠性、稳定性、使用方便性、还是维护的难易程度等方面都不能最大限度的使人满意。因此本文把GSM网络引入到远程监测系统中，提出了基于GSM短消息的远程监测系统，以综合上诉无线通信方式的优点，克服它们的一些缺点，从而得到一种令人满意的远程监测系统。GSM网络是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟完善、覆盖面最广、功能最强、用户最多的移动通信网络，GSM短消息业务不需要建立拨号连接，只需把待发的消息加上目的地址发送至短消息中心，再由短消息中心转发到最终目标。运用GSM短消息实现远程监测可靠性高、信号传播距离远、覆盖面积广，并且可以节省建网初期的巨额投资，运营期间无需
16、维护网络，运行费用低廉。随着移动通信技术的迅猛发展，基于GSM短消息的远程监测系统也将广泛应用于国民经济的其它领域，为物联网时代的到来打好坚实的基础。第二章 系统原理与总体结构2.1 系统原理系统通过数字传感器采集信号，信号被传输到单片机，经单片机的分析处理后，与GSM通信模块通讯。通信模块通过GSM网络将单片机处理后的信号传输到与控制中心相互通讯的通信接受模块，控制中心接受到信息后，做出相应的反应，并通过GSM网络将控制命令传输到单片机，实现远程监测控制的目的；单片机也可通过GSM网络与手机终端进行通信，通过手机发送AT指令，达到远程控制的目的。整个远程传输过程中，通信模块TC35i进行信号
17、的收发。短消息业务为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务之一，它通过无线控制信道进行传输，经短消息服务中心完成存储和前转功能。短消息业务包括两类：一类是点到点的短消息，即由一个用户发给另一个用户少量的文字和数据信息：另一类是广播短消息，即由短消息广播中心收集用户所需的信息给用户。两种方式均可在网络暂时无法将短消息传给移动台的情况下，将信息在网上记录，当发现移动台可达时，通知相应实体重新传送短消息，也正因为如此，短消息具有很高的可靠性。基于电路交换的点到点短消息业务中所涉及的网络实体之间的协议：在电路交换公共陆地移动网中，移动台接入公共陆地移动网是通过移动交换中心进行的。在移动被叫点到点
18、短消息业务中，首先，短消息服务中心发送短消息给短消息业务交换中心，短消息业务交换中心通过询问归属位置寄存器获得目标移动台所在的移动台号码，将短消息先转给移动台。移动台询问拜访位置寄存器中存放的用户相关信息，对用户进行鉴权后，将短消息传递给目标移动台。然后，移动台返回报告给中心；在移动主叫点到点的短消息业务中，用户请求接入通过鉴权后，将短消息传递给移动台。2.2 系统总体结构本系统集GSM无线通信技术、单片机控制技术、数据采集技术，搭建了一种基于GSM短消息的远程监测系统平台。系统分为监测中心站和远程监测分站两个部分：监测中心站主要由监测中心站服务器，GSM调制解调器(TC35i)组成；远程监测
19、分站主要由AT89C51单片机及外围电路(LED显示、RS232C通讯、温度采集、超上下限报警)和GSM调制解调器(TC35i)组成。监测中心站与远程监测分站之间通过GSM网络实现无线远程通信，实现了基于GSM网络的远程温度监测。系统总体结构图如图21所示。温度采集LED显示AT89C51单片机GSM通信模块GSM网络GSM通信模块监测中心服务站手机图2.1 系统总体结构其中监控终端既可以是监控中心服务站，也可以是手机，通过手机发送AT指令，与监测分站进行通信，实现远程监测控制的目的。第三章 系统硬件设计3.1 监测中心站设计监测中心站包括的主要硬件设备为：一台作为监测中心站服务器的工业计算机
20、、GSM无线通信模块TC35i和两者相连的串口线；除了利用PC机通过GSM模块对系统终端实施监控外，还可通过GSM手机，直接利用短消息来监控。操作时，直接发送相关命令，来对监控目标实施监控。下面分别介绍这几部分。3.1.1 监测中心站服务器随着计算机技术的不断发展，计算机的配置不断提高，现在的个人PC机的配置即可作为监测中心服务器，并配备打印机。监测中心站服务器基本功能：(1)实时接收远程监测分站采集的数据并分类保存；(2)对远程监测分站进行监控，对各分站的紧急报警进行处理，对各分站进行各项设置；(3)管理数据库，并能够实时显示各监测分站的情况，打印备份的数据库。此外，也可通过GSM手机，直接
21、利用短消息进行监控。3.1.2 GSM无线通信模块TC35i在监测中心站，数据的接收和发送采用GSM无线通信模块TC35i，它具有语音、数据呼叫、短消息等许多功能，本系统主要采用GSM模块TC35i的短消息接收和发送功能，下面对TC35i模块的功能及使用方法作简要介绍。3.1.2.1 TC35i的特点及功能TC35i是SIEMENS公司推出的GSM专用调制解调器，它可在GSM网中完成语音、数据呼叫、短消息以及传真的传送。TC35i具有标准的工业接口和完整的SIM卡阅读器，因此使用非常简单。(1)TC35i的主要特点如下：可以工作于双频段EGSM900GSMl800；具有语音、数据呼叫、短消息和
22、传真传送功能；具有模拟语音接口；可以读写SlM卡；带一个RS一232接口；工作电压范围达8-30V，在仅传输数据时，电压范围为5630V；支持GSM phase22+；支持AT命令。(2)TC35i的主要接口及功能：TC35i共有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入输出、SIM卡、音频接口和控制。第114脚为电源部分，其中15为电源电压输入端VBATT+，610为地GND，11、12为充电引脚，13对外输出电压(供外电路使用)，14为ACCUTEMP接负温度系数的热敏电阻；第15、30、3l和32脚为控制
23、部分，15为启动线IGT(Ignition)，30为RTC backup，31为Power down，32为SYNC；第1623引脚为数据输入输出分别为DSR0、RING0、RXD0、TXD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。第2429引脚为SIM卡引脚，分别为CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND；第3340引脚为语音接口用来接电话手柄；启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。模块上电10移动台后(电池电压必须大于3V)，为使之正常工作，必须在15脚加时长至少为100移动台的低电平信号，且该信号下降沿时间小于1移动台。启动后，15脚的信号应保持高电平。T
24、C35i接口电路如图所示：图3.1 TC35i接口电路3.1.2.2. DB-9接口考虑到此次设计中单片机与GSM通信模块TCi35之间通信为近距离通信，采用了RS-232C接口。因TC35i模块中内置RS-232C接口，故可以直接与PC机（监控中心）进行通信而不需电平转换。DB9接口电路如图3.2所示。图3.2 DB9接口电路3.2 远程监测分站设计远程监测分站主要硬件包括单片机及其外围电路和GSM无线通信模块TC35i。GSM无线通信模块TC35i在上一节已经做过详细讲述，在此不再赘述。单片机采用美国ATMEL公司生产的AT89C51系列，根据系统需要设计了温度采集、液晶显示、键盘功能、R
25、S232C通讯等几个功能单元。3.2.1 数字传感器DS18B20DS18B20数字温度传感器芯片是DALLAS公司生产的单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。用它来实现一个测温系统，占用主控制器端口资源少，主控制器只需要一个I/O口通过单总线就可以连接多个DS18B20数字传感器，便于组建多结点的测温系统。1.DS18B20 的主要特性（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V（2）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（3）DS18B20 支持多点组网功能，多个DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网
26、多点测温（4）DS18B20 内部有温度上、下限警告设置（5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5（6）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现精度测温（7）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2.DS18B20工作原理DS18B20测温原理如图3.3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉
27、冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。预置低温振荡器高温振荡器累加器计数器1比较器计数器1=0温度寄存器INC计数器2计数器2=0停止图3.3 DS18B20的内部框图3.DS18B20外部电源供电方式外部电源供电方式是DS18B20 最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发
28、出稳定可靠的多点温度监控系统。电路图如图3.4所示：图3.4 DS18B20外部电源供电3.2.2 AT89C51单片机AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，由于将多功能CPU和闪速存储器组合在一个芯片中，使其具有方便易用，性价比高的显著特点，因此成为C51兼容单片机中最受欢迎的品种。主要性能参数：与MCS-5
29、1产品指令系统完全兼容4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz24MHz三级加密程序存储器1288字节内部RAM32个可编程IO口线2个16位定时计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式AT89C51引脚如图3.5所示：图3.5 AT89C51单片机引脚引脚功能说明Vcc：电源电压GND：地P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向IO 口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，
30、在访问期间激活内部上拉电阻。在FIash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL）。FIash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高
31、电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向IO 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻
32、拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的IO口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3.1所示：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外中断0）P3.3INT1（外中断1）P3.4T0（定时计数器0外部输入）P3.5T1（定时计数器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）表3.1 P3口第二功能P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。AL
33、EPROG：对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的DO位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号不出现。EAVPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HF
34、FFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。时钟振荡器：AT89C5l 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图3
35、.6。图3.6 振荡电路外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，推荐电容使用30pF10pF。单片机最小应用系统如图3.7所示：图3.7 单片机最小应用系统3.2.3键盘及其接口键盘在单片机系统中是一个很重要的部分。输入数据、查询和控制系统的工作状态，都要用到键盘。键盘是单片机最简单的输入设各，是人工干预计算机的主要手段，与显示器同属人机通信部分。微机键盘可分为编码和非编码两种：编码键盘采用硬件线路来
36、实现键盘编码，每按下一个键，键盘能自动生成按键代码，键数较多，而且还能由硬件实现去抖动和采取一些保护措施。这种键盘使用方便，可以节省中央处理器相当多的时间，但电路结构复杂；非编码键盘仅提供按键开关的工作状态，其它工作由软件完成，这种键盘键数较少，硬件简单，但占用中央处理器较多时间，一般在单片机应用系统中广泛使用。非编码式键盘可分独立式键盘和行列式键盘两种：独立式键盘中，每个键占用一根I0口线，每根IO口线上的按键工作状态不会影响其它IO口线上的状态。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根IO口线，在按键数量较多时，IO口线浪费较大，且电路结构显得繁杂。故这种形式适用于按键
37、数量较少的场合；行列式键盘又称矩阵式键盘，设计4行4列16个键，只占用8根IO口线，所以键数目较多时，可节省UO口线。这种结构的软件较繁琐。在本次设计中，根据具体应用情况，选择了矩阵式键盘。下面对矩阵式键盘作详细描述。3.2.3.1键盘设计基础包括键盘工作方式、键盘扫描技术、键盘抖动消除几个部分。（1)键盘工作方式在单片机应用系统中，扫描键盘只是中央处理器的工作任务之一。在实际应用中要想做到既能及时响应键操作，又不过多地占用处理器的工作时间，就要根据应用系统中处理器的忙闲情况，选择适当的键盘工作方式。键盘的工作方式分为编程扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式3种。编程扫描方式：利用处理器在完成
38、其它工作的空余时间，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求。在执行键功能程序时，处理器不再响应键输入要求。编程扫描程序应具备以下功能：判断键盘上有无键按下；去除键的抖动影响；扫描键盘，得到按下键的键号。定时扫描方式：每隔一定的时间对键盘扫描一次。在这种扫描方式中，通常利用单片机内的定时器，产生10移动台的定时中断，处理器响应定时器溢出中断请求，对键盘进行扫描，以响应键盘输入请求。中断扫描方式：对键盘定时扫描控制方式的主要优点，是能及时响应键入的命令或数据，便于用户对正在执行的程序进行干预。这种控制方式，不管键盘上有无键闭合，处理器总是定时地关心键盘状态，因为人工键入动作极慢，有时操作员对正在运行
39、的系统很少甚至不会干预，所以在大多数情况下，处理器对键盘进行空扫描。为了进一步提高效率，可以采用中断方式，当键盘上有键闭合时产生中断请求，处理器响应中断，执行中断服务程序，判断键盘上闭合键的键号，并作相应处理；当无键按下时，CPU执行自己的工作。为了提高单片机的效率，本设计采用编程扫描方式。(2)键盘扫描技术检测到有键闭合时，或因有闭合键而申请中断并得到响应后，应进行键扫描，以判断是哪个键被按下。通常的键盘扫描方式有：行扫描法、线反转法和中断法。行扫描法：是在确认有键闭合之后，逐行(或逐列)置低电平，并读入列(或行)状态，如果出现非全1状态，那么该状态的行列交叉点就是被按下键。线反转法：首先，
40、将列线作为输出线，行线作为输入线。置输出线全部为0，此时行线中呈低电平0的为按键所在行，如果全部都不是0，则没有按键按下；其次，将第一步反过来，即将行线作为输出线，列线作为输入线。置输出线全部为0，此时列线呈低电平的为按键所在的列。这样，就可以确定按键的位置。中断法：一般用于较为复杂的单片机系统中，且需要外围的硬件芯片，成本较高，在此不再赘述。本系统采用线反转法，比之行扫描法其扫描速度较快，而中断法需添加额外的硬件芯片，成本增大，故采用线反转法。 (3)按键抖动消除键触点在闭合或断开瞬问，由于机械触点的弹性作用，会产生短暂的抖动现象。抖动时问长短与机械特性有关，一般为5移动台10移动台，抖动过
41、程引起电平信号的波动，有可能令处理器误解为多次按键操作，而引起误处理。消除键抖动影响的方法通过软硬件均可实现。使用硬件方法时，可通过RS触发器消除，但一般只适用于键数目较少的情况；若键数目较多，通常采用软件延时的方法：当检测到有键按下时，调用一个延时(一般为5移动台20移动台)子程序，然后再次检测到该键电平仍为闭合状态，才确认该键已按下，并进行相应处理工作。3.2.3.2系统键盘设计系统键盘设计选用非编码键盘系统中的编程扫描方式，设计的矩阵键盘电路如图3.8所示。图3.8 矩阵键盘电路3.2.4 LED显示1.LED的结构与原理LED显示是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的一
42、个点或一段发光，控制不同组合的二极管导通，就能显示出不同的字符。在单片机应用系统中，经常使用的是7段LED。通常的7段LED显示器有8个发光二级管，其中7个发光二级管构成7段字形“8”，一个发光二极管构成小数点，如图3.9所示。这种显示器有共阴和共阳两种。共阴极LED显示器的发光二极管阴极共地，当某个发光二级管的阳极为高电平时，发光二级管导通。共阳极LED显示器的发光二极管阳极共+5V，当某个发光二极管的阴极为低电平时，发光二极管导通点亮。图3.9 7段LED2.显示方式LED显示有两种显示方式，即静态显示和动态显示。 （1）静态显示原理 静态显示是当显示某一字符时，相应的发光二级管恒定的导通
43、或截止。这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定的接地（共阴极）或接正电源（共阳极）。每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O口相连，I/O口只要有段码输出，即显示出相应的字符。并保持不变，直到I/O口输出新的段码。采用静态显示方式，较小的电流即可获得较高的亮度，且占用CPU时间少，编程简单，显示便于检测和控制，但是占用的接口线较多，硬件电流复杂，成本高，只适合于显示位数较少的场合。（2） 动态显示原理 当显示位数较多时，因静态显示所需的额I/O口线较多，一般采用动态显示方法。动态显示是一位一位的轮流点亮各位数码管，对于每一个数码管来说，每隔一段时间点亮一次，这种逐位点亮数码管的方式成为位
44、扫描。通常，各位数码管的段选线相应连在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的位选线（公共阴极或阳极）由另外的I/O口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示，必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一数码管，并送出相应的段码。依此规律循环，即可使各位数码管显示将要现实的字符。虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼睛的生理结构的原因，存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短，就可以给人以同时显示的感觉。采用静态显示方式，占用I/O口较多，硬件电路复杂，成本高；采用动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路也较为简单，但其亮度不如静
45、态显示方式，而且CPU要一次扫描，占用CPU较多的时间。综合考虑，采用动态显示方式，动态显示接口电路如图3.10所示：图3.10 动态显示接口电路3.2.5串行通信1.RS-232C串行接口标准RS-232C标准是美国EIA（电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在020kbit/s范围内的通信，目前已在微机通信接口中广泛采用。RS-232C是数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口标准，是在计算机接口应用中常用的一种串行通信总线标准。RS-232C标准的信号线共25根，其中只定义了22根。这22根信号线又分为主辅两个信道，大多
46、数计算机串行通信系统中都只使用主信道的信号线。在通信中，即便是只使用主信道，也并非主信道的所有信号都要连接，一般情况下只需使用其中的9根信号线。RS-232C接口标准如下表3.2所示：1CD载波检测2RXD接收数据3TXD发送数据4DTR数据端备准备好5GND接地6DSR数据装置准备好7RTS请求发送8CTS允许发送9RI响铃指示表3.2 RS-232C接口标准2.RS-232C串行通信标准接口的电气特性RS-232C标准对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都做了规定。对于数据，逻辑“0”的电平高于-3V，逻辑“1”的电平低于+3V；对于控制信号，接通状态即信号有效地电平高于+3V，断开状态即
47、信号无效的电平低于-3V。也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效的检查出来，介于-3V+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为是无意义，因此，实际工作时，应保证电平在（315）V之间。3.串行通信功能实现单片机输入输出电平为TTL电平，而TC35i是RS-232C标准串行接口，二者的电气规范不一致，完成单片机与通信模块的数据通信，必须经过电平转换。本系统采用MAXIM公司生产的MAX232芯片，MAX3222能实现TTL与RS.232C电平转换。MAX232芯片的引脚定义如图3.11所示：图3.11 MAX232芯片芯片引脚功能：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+
