基于GTM900C的节水灌溉终端系统设计—毕业设计论文.doc

此页摘 要利用gtm900c的无线数据传输功能，将灌溉现场单片机与上位控制管理计算机连接，实现灌溉参数的实时数据传输与控制管理。用户可以有参数设置的灌溉情况和统计。他们也能找到测量和控制终端的状态，然后将其存储和显示电脑中的数据和图形。系统以单片机at89c51和单片机为核心部件，下位机单片机系统完成对土壤湿度信号的采集、处理、显示以及对执行机构的控制并向上位机发送数据等功能;利用mcs51汇编语言编制下位机运行程序，上位机单片机通过串行通信方式接收下位机的检测信息并向其传输控制信息。论文深入介绍了gtm900c模块的使用，以及与文中所列举的单片机，显示器，无线传感器，报警器等连接与使用，实现通过gprs流量数据传输得到土壤湿度情况并将信息传送给系统，打开电磁阀，实现节水灌溉。关键词：gtm900c；无线传感器；gprs；节水灌溉 abstractgtm900c using the wireless data transmission function, will be the single chip irrigation and upper management control computer connections, realize the real-time data transmission irrigation parameters and control management. the user can have parameters settings and irrigation statistics. they can also find measurement and control terminal of the state, and then the store and display the data in computer and graphics.on the single chip computer at89c51 single chip microcomputer system and for the core parts of a machine under scm system on soil humidity complete signal collection, processing, display and to implement the program control and up a machine to send data function; use of mcs51 assembly language under a machine to run the program, pc microcontroller through serial communication way under the testing a machine receive information to the transmission and control information.paper in-depth introduction on the use of gtm900c module, and the listing the microcontroller, display, wireless sensor, alarm and etc connection and use, realize through the gprs flow data transmission soil humidity and get the information transmitted to the system, open the electromagnetic valve, realizing water-saving irrigation.keywords: gtm900c; wireless sensors; gprs; water-saving irrigation目 录第一章绪论11.1课题研究背景11.2研究目的和意义11.3任务和要求1第二章智能灌溉系统方案设计32.1灌溉系统的组成32.2主要器件的选择32.3.1单片机选型42.3.2无线通信模块选型方案52.3.3键盘模块设计方案72.3.4显示模块设计方案72.3.5数据模块设计方案82.3.6计时模块设计方案82.3.7a/d模块设计方案102.3.8传感器模块选型方案10第三章硬件电路设计123.1单片机at89c51硬件设计123.2无线通信模块选型与硬件接口电路153.3键盘模块硬件设计243.4显示单元硬件设计263.5存储单元硬件设计273.6 a/d转换单元硬件设计29第四章系统软件设计324.1 主程序设计324.2 键盘扫描子程序设计334.3 实时时钟中断与控制功能的完成344.4 时间灌溉控制功能的实现354.5 其它控制功能的实现354.5.1 定时设定功能的实现354.5.2 湿度范围设定功能的实现364.6 gtm900c软件设计364.6.1 gprs系统简介364.6.2 at命令简介374.6.3 at命令类型374.6.4 at 命令语法384.6.5 at命令说明384.6.6 灌溉信息发送软件设计45第五章技术经济分析48第六章结论50参考文献51谢 辞52附录一附录二毕业设计（论文）基于gtm900c的节水灌溉终端系统设计第一章 绪论1.1 课题研究背景中国是一个领衔的农业国，它地域辽阔，水资源的供给极为重要，而农业灌溉的用水需求量也在不断提高，为了降低用水量，实现节水节能，节省更多的人力物力，论文研究基于gtm900c的节水灌溉终端系统。系统采用at89s51的单片机计算机，传感器节点作为主机控制器。它连接的温度和湿度传感器循环通过台单片机系列和gprs模块gtm900c数字传感器收集的数据2。通过使用at命令，我们可以设置模块的udp数据服务器，并利用gprs模块，无线通信和互联网访问功能来传输数据1。在这些中心的计算机交易，在每个节点收集的数据，然后灌溉控制命令发送到每一个节点。1.2 研究目的和意义灌溉管理自动化是世界先进国家发展高效农业的重要手段，而我国目前仍局限于灌溉单项技术的推广和应用，技术的集成和自动化水平较低，这也是制约我国高效农业发展的主要原因。以色列、日、英、美等国家己采用先进的节水灌溉制度，由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实行动态管理，采用遥感技术，监土壤墒情和作物生长，开发和制造了一系列用途广泛、功能强大的数字式灌溉控制器，得到广泛应用2。1.3 任务和要求本课题采用at89c51单片机为灌溉控制器的核心，通过传感器自动检测土壤水分，按照设置的程序根据土壤含水量要求的上、下限确定供水时间、供水量，采用预编定时程序的时间控制和根据水分信息决定灌溉指标的闭环控制两种工作方式，并能实现故障报警功能。使单片机灌溉向适时、适量、按需灌溉发展，达到节约用水、省工省时、增产增收的目的。本自动灌溉控制器的总体研制方案如下：自动控制器采用atmel公司的at89c51系列单片机；土壤水分测量时采用先进的tw-02型水分传感器，可同时接八路传感器；系统控制多路输出；系统可完成:传感器自动闭环控制，时间控制等多种灌溉控制方式；具有灌溉水分超出设定范围通过gtm900c无线模块的自动报警功能；根据以上性能要求本控制器采用4位led显示和4个按键来完成多种功能操作。总体功能确定后，开始着手整个系统的硬件设计和软件编制工作3。第二章 智能灌溉系统方案设计2.1 灌溉系统的组成自动化单片机灌溉系统是指利用微机技术对单片机灌溉工程的主要设备进行监视、控制以及各种信息处理，及时地对设备运行情况进行全面地分析和准确的判断，确保灌溉工程安全、合理和经济地运行。它包括传感器系统，控制器系统和水源控制系统三大部分组成。报警器单片机电磁阀及显示器传感器信号gtm900-c用户手机或用户个人pc图2-1 灌溉系统结构框图2.2 主要器件的选择影响灌溉的环境因素主要有降雨量、风力风速、植物蒸腾量及土壤湿度等。降雨量与土壤含水量成正比，一旦降雨量超过一定范围，则根据情况停止灌溉流程直至土壤含水量低于下限；风速对作物需水量的影响是通过加快水汽扩散、减少水汽扩散阻力来实现的。水汽扩散与风速成反比，风速越大，水汽扩散阻力越小，从而促进蒸腾3；太阳辐射是作物蒸发蒸腾所需能量的唯一来源，太阳辐射能越高，作物蒸腾速率越快，作物需水量与太阳辐射量的大小成一定的比例关系；土壤湿度直接反映了土壤的含水量，通过传感器采集的数据得知含水量的多少，然后确定灌溉与否。2.3.1 单片机选型at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能cmos8位微处理器，也叫单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容4。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，at89c2051是它的一种精简版本。at89c单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图2-2所示图2-2 at89c2051单片机主要特性： 与mcs-51 兼容 4k字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0hz-24mhz 三级程序存储器锁定 1288位内部ram 32可编程i/o线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路2.3.2 无线通信模块选型方案gsm模块，是一个类似于手机的通讯模块，集成了手机的若干功能于一块小电路板上，它可以发送短消息，通话等等，模块虽小，但它具备了很多手机的功能，它在很多应用领域中都有着广泛的应用，gsm模块通过使用at指令控制，模块可以与电脑rs232串口相连，也可以用单片机来进行控制。常见的gsm模块有：西门子的tc35i，benq的m22，华为的gtm900-a/b/c，wavecom 的gsm（mo3、mo2）,爱立信的dm10/dm20, gm22/gm25,gm47/48，中兴的zxgm18,zxgm28，motorola 的d10、d15等等。工业及车载的高可靠性应用西门子是第一选择，一般工业及车载应用的话，可以用wavecom的。普通环境，建议用benq的。综合考虑性能及通用性，本课程设计选用了华为公司生产的gtmm900c为gsm模块，它不仅拥有完整的模块功能，良好的质量，而且价格便宜，通用性强，推广到工业生产，可直接替换成tc35i，符合本设计的要求。 图 2-3 gtm900-c实物图华为gtm900c无线模块如图2-3所示，是一款双频段gsm/gprs无线模块。它支持标准的at命令及增强at命令，提供丰富的语音和数据业务等功能，是高速数据传输等各种应用的理想解决方案。gtm900-c 在terminal 型固定台、phone 型固定台、车载台、公用电话、电力无线抄表业务、远程信息服务台等方面被广泛的应用。gtm900c工作在egsm900/gsm1800双频段，最大发射功率为2w，模块接收灵敏度-106dbm，工作电压为3.4v4.7v，平均待机电流为3.5ma。通过uart接口与外部cpu通信，主要实现无线发送和接收、基带处理、音频处理等功能。键盘、lcd等外部设备由外部cpu进行处理。外接cpu主要完成对slic芯片的配置以及电源管理、串口通信等功能，其余的功能均由gtm900c来完成。gprs模块与计算机之间的通信协议是一些at指令集。at指令集是一些与at开始和结束字符的字符串。是否成功执行指令的响应数据包，或不能在每个指令都有相应的回报。对于其他意想不到的信息，如某人通话或电路没有信号和等，模块会提示一些相应的信息和接收器可以与它相应的处理。gprs模块与计算机之间的通信协议是一些at指令集。 at指令集是一些与at开始和结束字符的字符串。是否成功执行指令的响应数据包，或不能在每个指令都有相应的回报。对于其他意想不到的信息，如某人通话或电路没有信号和等，模块会提示一些相应的信息和接收器可以与它相应的处理。 gtm900c模块电路图原理图所示2-4。正如图2-4显示，gtm900c模块采用4.5v电源，sim卡是sim卡插槽。 rse1是复位开关。 uart1的是ttl电平。 at命令与单片机的uart通信。对氧磷是一种功率/断电控制信号。 led d1是gprs网络的迹象。图2-4 串口通信模块电路上位机和单片机的接口：传感器节点本身和gprs模块之间实现数据交换主控单片机（崔等人，2004年）的控制下。 max232芯片的系统将实现串行通信程序。该芯片提供ttl电平与rs-232电平之间的转换。提高电容产生正/负电压rs-232需要。图6显示了串口通信模块电路制成最大232和db/9m的成立。max232芯片是美信（maxim）公司专为rs-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电，额定电流为300a，采用半双工通讯方式。它完成将ttl电平转换为rs-232电平的功能7。（1）符合所有的rs-232c技术标准（2）只需要单一 +5v电源供电（3）片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生10v电压v+、v-（4）功耗低，典型供电电流5ma（5）内部集成2个rs-232c驱动器（6）高集成度，片外最低只需4个电容即可工作。2.3.3 键盘模块设计方案键盘是人向机器输入数据和对系统进行干预的基本设备，它实质上是一组按键开关的集合，按接口方式通常分为两种：编码式按键和独立式按键。相对于编码式按键来说，独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但在按键数量多时占用较多i/o线。由于本控制器按键数量较少，故采用独立式按键。本控制器的键盘接口电路如图2-5所示：图2-5 键盘、报警接口电路按键输入采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时i/o口线有确定的高电平。当i/0口内部有上拉电阻时，外电路可以不配置上拉电阻。2.3.4 显示模块设计方案led显示屏硬件实现对led灯的驱动并提供控制接口。驱动芯片也称led driver ，不同的driver有不同的控制方式。driver之间有并行或串行连接。你所说的与单片机的串行连接，应该查看led显示屏的用户手册。单色led显示屏有的是通过rs232通讯，rgb三基色的彩色led显示屏通讯控制线有多根，可以包括时钟、数据线、输出使能、锁存以及数据输出等信号。综上所述，led显示屏适合本设计选材。 如图2-6；图 2-6 led显示器模块2.3.5 数据模块设计方案at89c51单片机将程序存储器和数据存储器分为不同的存储空间，程序存储器只可读不可写，用于存放编好的程序和表格常数。at89系列单片机可寻址的外部程序总空间为64kb，引脚接高电平时，执行内部rom中的命令，ea引脚接低电平时，单片机就从外部程序存储器中取指令。数据存储器在物理上和逻辑上分为两个地址空间4，一个为内部数据存储器空间，一个为外部数据存储器空间，外部数据存储器的寻址空间可达64kb。2.3.6 计时模块设计方案pcf8563 是低功耗的cmos 实时时钟/日历芯片，选择它满足了系统低功耗的前提且其他基本功能都具备，提供了一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过i2c 总线接口串行传递，最大总线速度为400kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。pcf8563 具有如下特性：（1）低工作电流：典型值为0.25ua（vdd=3.0v）；（2）大工作电压范围：1.05.5v；（3）低休眠电流：典型值为0.25ua；（4）400khz 的i2c 总线接口；（5）可编程时钟输出频率为：32.768khz，1024khz 等；（6）报警和定时器；（7）掉电检测器；（8）内部集成的振荡器电容；（9）片内电源复位功能；（10）i2c 总线从地址：读，0a3h；写，0a2h；（11）开漏中断引脚；实时时钟主要功能即是实时反映当前时间，采用 pcf8563 芯片，如图2-7所示，图 2-7 pcf8563计时模块引脚功能如表2-1所示；表2-1时钟芯片管脚功能表符号管脚号描述osci1振荡器输入osco2振荡器输出/int3中断输出（开漏；低电平有效）vss4地sda5串行数据i/oscl6串行时钟输入clkout7时钟输出（开漏）vdd8正电源该芯片有 16 个可寻址的八位并行寄存器，但不是所有位都有用。前两个寄存器（内存地址00h，01h）用于控制寄存器和状态寄存器，内存地址02h08h 用于时钟计数器（秒到年计数器），地址09h0ch 用于报警寄存器（定义报警条件），地址0dh 控制clkout管脚的输出频率，地址0eh 和0fh 分别用于定时器控制寄存器和定时器寄存器。秒、分钟、小时、日、月、年、分钟报警、小时报警、日报警寄存器编码格式为bcd，星期和星期报警寄存器不以bcd 格式编码。2.3.7 a/d模块设计方案系统硬件设计系统硬件采用单片机at89s51的和gtm900c 无线通信为核心模块的。a/d转换电路是数据采集系统的核心电路，它对采样获得的连续电压(被测量信号从时间上离散化)转换成数字量(数值上离散化)。任何a/d转换器的最基本的特性都是转换位数和转换时间，转换时间是指完成一次完整的a/d转换所占有时间。在同样模拟输入电压下，a/d转换器的位数越高，标志着它的量化精度越高，但这会带来转换速度减慢和转换器价格上升的问题。 a/d转换器芯片种类繁多，但大量投放市场的单片集成或模块a/d按其变换原理主要分为逐次比较式、双积分式、量化反馈式和并行式a/d转换器。双积分式a/d转换器转换精度高，抗干扰能力强、价格低，但转换速度较慢；并行式转换器速度快，但价格高；逐次逼近式a/d转换器，转换精度较高、速度快，但抗干扰能力弱。2.3.8 传感器模块选型方案影响灌溉的环境因素主要有降雨量、风力风速、植物蒸腾量及土壤湿度等5。控制器配备的四路传感器接口可以输出标准的模拟信号，05v 的方波或420ma可选，根据这个条件用户从实际情况出发来选择传感器的种类，本控制系统以上面的四种传感器为例。由于本课题为虚拟课题，所以在这里着重研究土壤湿度传感器。（1） 雨量传感器选择ph100rs01/02 型号的翻斗式雨量传感器，如图2-8所示：图2-8雨量传感器它是一个机械双稳态结构，当一个斗室接水时，另一个斗室处于等待状态。当所接雨水容积达到预定值时，由于重力作用使自己翻倒，处于等待状态另一个斗室处于接水工作状态。当其接水量达到预定值时，又自己翻倒，处于等待状态。（2） 风速传感器选择型号为ph100sx 系列的风速传感器，如图2-10所示：感应元件是三杯风组件，由三个碳纤维风杯和杯架组成。转换器为多齿转杯和狭缝光耦。当风杯受水平风力作用而旋转时，通过活轴转杯在狭缝光耦中的转动，输出频率的信号。图2-9风速传感器（3） 快速、准确地测定农田土壤水分，对于探明作物生长发育期内土壤水分的盈亏，以便适时做出灌溉决策具有重要意义。土壤湿度传感器采用北京农业信息技术研究中心研制的可以进行在线实时测量且具有05v 通用模拟信号接口的电阻式土壤含水量传感器6，如图2-10所示，可与测控系统直接相连，具有1%的测量分辨率和3%的测量精度7。其特点是，尺寸小，浸水无影响，高可靠性与长时间稳定性。如图2-10所示。图2-10 土壤湿度传感器72第三章 硬件电路设计3.1 单片机at89c51硬件设计at89c51引脚定义如图3-1图3-1 at89c51引脚排列电源引脚：vcc：供电电压。gnd：接地。p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。 p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断0） p3.3 /int1（外部中断1） p3.4 t0（记时器0外部输入） p3.5 t1（记时器1外部输入） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。/ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。时钟引脚xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。at89c51内部有一个用于构成片内荡振器的高增益反相放大器，引脚xtal 1和xtal2分别是此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可构成一个自激振荡器，振荡电路的连接方法如图3-3所示：图3-3 振荡电路图中外接石英晶体(或陶瓷谐振器)以及电容c1或c2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。虽然对电容的大小没有严格的要求，但多少会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度稳定性。外接石英晶体时，cl和c2一般取(30pf士10pf)，外接陶瓷谐振器时，c1和c2一般取(40pf土10pf)，在此选用的是石英晶体，c1， c2均为30pf。at89系列与其它微处理器一样，在启动时都需要复位，使cpu及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。at89c51的上电复位电路如图3-4所示。图3-4复位电路在rst复位输入引脚上接一电容至vcc端，下接一个电阻到地。上电复位的过程是在加电时，复位电路通过电容加给rst端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着vcc对电容的充电过程而逐渐回落。为保证能可靠地复位，rst端的高电平信号必须维持足够长的时间。在复位期间端口引脚处于随机状态，复位后系统将端口置为全”1”态，除了端口寄存器的复位值为ffh，堆栈指针sp为07h， sbuf内为不定值外，其余的寄存器全部清0。内部ram的状态不受复位的影响8，在系统上电时ram的内容是不定的。若系统在上电时得不到有效的复位，则在程序计数器pc中将得不到一个合适的初值，cpu可能会从一个未被定义的位置开始执行程序9。3.2 无线通信模块选型与硬件接口电路gtm900c是一款双频900/1800mhz高度集成的gsm/gprs模块，是gtm900b的升级模块。内嵌tcp/ip协议模块，使用简单，易于集成，它可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新的产品。在远程监控和无线公话以及无线pos终端等领域都有gtm900c无线模块在发挥作用，gtm900c软件、硬件兼容gtm900b、tc35i、mc39i，使用tc35i或mc39i的用户不用作任何更改就可以使用，以降低产品成本。引脚说明如图3-4所示；图3-4 gtm900c引脚图主要支持的功能及参数：（1） gsm/gprs phase 2/2+（2） gsm 03.40短信业务（3） gprs class 10数据业务（4） 支持group3, class2传真业务（5） 电路交换业务(9.6kbps, 14.4kbps)（6） 分组交换数据业务(85.6kbps)（7） fr/hr/efr/amr 语音编码（8） 呼叫转移、等待、保持、呼叫前转（9） 多方通话、来电显示、可选铃声（10） 40pin zip连接器（11） 红外串口接口（12） sim 3.0v和1.8v接口（13） 2路模拟音频输入输出接口（14） 电源输入接口和充电管理（15） adc输入（16） 全双工串行接口，ttl电平（17） 支持gsm07.05，gsm07.07（18） tcp/ip扩展at指令集工作频段：egsm900/gsm1800双频（19） 发射功率：egsm900 class4(2w)；gsm1800 class1(1w)（20） 工作温度：-30c+75c（21） 存储温度： -50c+85c（22） 工作电压：3.34.7v（23） 功耗电流： 关机：40ua； 待机：4ma； 语音：240ma； gprs class 10(平均)：400m agtm900c采用模块化设计，集成度高，采用40pin zif连接器，使用简单，方便9。gtm900-c 的接口包括：uart 接口；usb接口；sim卡接口；rtc backup接口；audio接口；lpg接口。本设计仅使用uart 接口、sim卡接口、天线接口。信号连接器gtm900-c的信号连接器是一个40 pin 的zif 连接器，引脚间距为0.5mm，线距0.5mm，结构为单排弯式表贴型，带电缆锁紧机构，型号是hirose 的fh12-40s-0.5sh。连接器外形如图3-5 所示。图 3-5连接器信号接口功能如表3-1所示；表3-1信号连接器接口功能表序号信号名称i/o接口电平功能备注1vbati3.44.7v电源建议典型值：3.8v2vbati3vbati4vbati5vbati6gnd-地7gnd-8gnd-9gnd-10gnd-11usb_d+i/o仅用于模块调测,设计时悬空12usb_d-i/o仅用于模块调测,设计时悬空13vbusi仅用于模块调测, 设计时悬空。注意：此管脚与gtm900-a/b 存在差异，不能兼容，gtm900-a/b为vdd 信号，用于模块正常启动指示信号。14adci01.75v模拟数字采样最高输入电压15pwoni-开/关机控制信号低电平有效16uart_dsr0o2.85v(0.1)数据准备就绪-17uart_ri0o2.85(0.1)振铃指示-18uart_rxd0o2.85v(0.1)gtm900 模块at 命令串口发送信号（对端设备接收）19uart_txd0i2.85v(0.1)gtm900 模块at 命令串行接收信号（对端设备发送）用于gtm900-c 模块的at 命令，ttl 电平20uart_cts0o2.85v(0.1)清除发送gtm900-c上pin 脚定义为输出信号21uart_rts0i2.85v(0.1)请求发送gtm900-c上pin 脚定义为输入信号22uart_dtr0i2.85v(0.1)数据设备准备就绪-23uart_dcd0o2.85v(0.1)载波检测-24sim_cdi2.85v(0.1)sim 卡在位信号目前软件尚不支持, 设计时悬空25sim_rsto2.85v(0.1)sim 卡复位信号-26sim_datai/o2.85v(0.1)sim 卡数据传输接口-27sim_clko2.85v(0.1)sim 卡时钟信号-28sim_vcco2.85v(0.1)sim 卡电源-29sim_gnd-sim 卡地与通常的工作地：gnd信号连接同时要求与sim卡的gnd信号连接30vbackupi/o3.0v备用电池电源信号参考后面章节的推荐设计31rsti2.85v(0.1)复位信号低电平有效，对模块复位32lpgo2.85v(0.1)指示灯状态控制信号-33auxo+o-第二路音频输出信号-34auxo-o-第二路音频输出信号-35ear+o-第一路音频输出信号-36ear-o-第一路音频输出信号-37mic+-第一路音频输入信号第一路音频单端输入正，内部已经带直流偏置38mic-第一路音频输入信号第一路音频单端输入负，内部已经带直流偏置39auxi+-第二路音频输入信号第二路音频单端输入正，内部已经带直流偏置40auxi-第二路音频输入信号第二路音频单端输入负，内部已经带直流偏置天线接口gtm900-c 提供的天线接口为gsc 射频连接器，外接天线通过电缆连接到该连接器上。该连接器是由hrs 公司提供的，器件编码是u.fl-r-smt-1(10)，具体的图形和尺寸如图3-6所示。图 3-6天线连接器gtm900c输入电流及工作电流要求如下表：表 3-2电源需求表项目最小值典型值最大值单位vbat3.43.84.7v空闲状态-3.8ma通话状态-250-magprs数据传输状态-350-ma关机状态-50-uauart 接口：uart 接口与外界进行串行通信，支持3.00v 电平输入和输出。uart 接口的信号除了rxd0、txd0 是高电平有效之外，其余所有信号均为低电平有效。uart 接口有512 byte 的发送fifo（first in first out）和接收fifo，支持可编程的数据宽度、可编程的数据停止位、可编程的奇/偶校验或者没有校验。uart 接口工作的最大速率为115.2kbit/s，默认支持9600bit/s 的速率，支持波特率掉电保存。uart 接口信号定义如表3-3所示；表3-3 uart 接口信号定义序号信号名描述特性方向23uart_dcd0载波检测数据链路已连接dce-dte17uart_ri0振铃指示通知dte 有远程呼叫dce-dte21uart_rts0请求发送dte通知dce 请求发送dte-dce19uart_txd0发送数据dte 发送数据dte-dce16uart_dsr0数据设备就绪dce 准备就绪dce-dte22uart_dtr0数据终端就绪dte 准备就绪dte-dce20uart_cts0清除发送ce 已切换到接收模式dce-dte18uart_rxd0接收数据dte 接收串行数据dce-dte6gnd地-dce-dte 的连接关系如图3-7所示。图3-7 dce-dte 的连接关系uart_r10 引脚波形说明：来电振铃时，1秒低电平4秒高电平，周期变化。传真振铃时，始终低电平。来短信时，150毫秒低电平。如下图所示；图3-8 uart_r10 引脚波形示意图sim卡接口：sim卡读卡器是一种读取sim卡内部信息的硬件接口电路，和平常见到的各种储存卡的读卡器相似。能够读出sim卡中的电话薄、短信、以及其他信息，并能完成电话薄的修改，从而备份电话薄。gtm900c可外接1.8v或3.0v的sim卡。接口电路下如图。图 3-9 sim卡接口电路表3-6 sim卡 接口信号定义序号信号名描述27sim_clksim卡时钟信号25sim_rstsim卡复位信号26sim_datasim卡数据线28sim_vccsim卡电源29sim_gndsim卡接地24sim_cdsim卡在位监测上位机和单片机的接口：传感器节点本身和gprs模块之间实现数据交换主控单片机的控制下。 max232芯片的系统将实现串行通信程序。该芯片提供ttl电平与rs-232电平之间的转换。提高电容产生正/负电压rs-232需要。图中显示了串口通信模块电路制成最大232和db/9m的成立。系统软件设计可分为以下几节。收集传感器节点温度数据和湿度数据的。驱动器的无线传输。单片机通信和界面显示。gtm900 c模块内置协议栈用户的发展带来极大的方便。图3-10串行通信模块图传感器节点模块编程：传感器节点模块的功能主要是询问笔记，绘图可用性的ip地址和端口票据使用tcp协议连接gprs网络连接的服务器和端口，询问是否收到数据包或不和绘制控制信息上位监控;较低的计算机数据信息检查，停车后，他们通过gprs网络发送上位机软件设计：如今，有丝束熟悉监控系统的软件工程方法。它采用面向对象的程序设计语言，如vb和vc开发。另一种它采用的配置软件来完成。硬件驱动配置软件提供的功能可以直接访问硬件沟通，并利用其成像工具，以实现监控界面。3.3 键盘模块硬件设计键盘在单片机应用系统中是一个很关键的部件，它能实现向单片机系统输入数据、发送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。考虑到本设计实际需要的按键较少，故采用独立式键盘接口电路。下图中，s2s5便是控制显示用的按键。其作用就是通过按动它们实现对高低警戒液位的设置。具体来说，s3、s4分别实现数字的增一与减一，s2、s5则作为高低警戒液位的模式选择和确认键。图3-11系统按键电路3.4 显示单元硬件设计图3-12显示接口电路4位led动态显示需要一个8位i/o口和另外4位i/o口，其中一个控制段选码，另外一个控制位选码。由于所有位的段选码皆由一个i/0控制，因此每个瞬间，只能显示相同的字符，可采用扫描显示方式使在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间，用上拉电阻控制i/0输出相应字符段选码，位选控制i/0在显示位送入选通电平(在此为共阴极，选通电平为低电平)以保证该位显示相应字符，如此轮流、使每位显示该位应显示字符并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果，看起来不会有闪动的感觉。3.5 存储单元硬件设计为了实现数据的大容量存储，达到能够存六万组数据的要求，存储芯片选择at45db081。at45db081 是atreel 公司推出的工作电压为2736 v 的存储芯片，可在系统可重复擦写并兼容spi 的flash 数据存储器，内部有4 096 页、每页264 个字节，共计8 mb 的主存储器容量以及2 个264 字节的sram 数据缓存器支持在系统重复编程，不需要较高的编程电压，只需要芯片的工作电压2736 v 就可以完成对flash 的读写操作at45db081 通过一个三线接口(包含串行输入si、串行输出so、串行时钟sck)在片选信号的配合下进行访问这种串行接口flash 存储器十分适用于要求存储量大而引脚资源较少、电源电压低和低功耗的应用领域。图3-13 at45db081存储器的接口电路时间单元硬件设计：图 3-14 实时时钟采用3.3v 供电，i2c 总线用两条线（串行数据线sda 和串行时钟线scl）在芯片和模块间传递信息，两条线必须用一个上拉电阻与正电源相连，其数据只有在总线不忙时才可传送。芯片电压的输入端通过一个三极管连接3.2v 的纽扣电池，保证突发掉电情况下系统正常工作，从而不会造成数据的丢失；当vdd 电压低于vlow 时，寄存器的控制位被置1，用于知名可能产生不准确的时钟/日历信息，该标志位只可以用软件清除。当vdd 慢慢降低（例如以电池供电）达到vlow 时，相应寄存器标志位被设置，此时可能产生中断。图 3-15 pcf8563与89c51的接口电路3.6 a/d转换单元硬件设计adc0809是一种逐次逼近式8路模拟输入，8位数字量输出的a/d转换器。为了实现8路模拟信号的分时采集，片内设置了8路模拟选通开关以及相应的通道地址锁存及译码电路，转换后的数据送入三态输出数据锁存器，其转换时间约为100ms。a/d转换过程主要包括：采样量化及编码，采样是使模拟信号在时间上离散化，量化及编码是把采样后的值按比例变换成相应的二进制数码。如8位a/d转换器采集到ov电压则变成00h数字信号，采集到5v电压则变换成ffh数字信号，其他在05v之间的模拟量都可转换成00hffh之间的数字量。通过数字量运算比较的结果，实现对模拟量的测量及控制。adc0809的引脚及模拟通道的地址码如图3-16所示图3-16 adc0809引脚图inoin7是8路模拟信号输入端； d0d7是8位数字量输出端； a b c和ale控制8路模拟通道的切换，a, b, c分别与三根数据线相连，三者编码对应8个通道地址口。cba =000111分别对应inoin7通道地址； oe start clk为控制信号端。oe为输出允许端，start为启动信号输入端，clk为时钟信号输入端。vr(+)和vr(-)，为参考电压输入端。电源电压vcc由vcc和gnd引入，参考电压vr，由外部参考电压源提供(典型值为5v)。eoc是a/d转换结束的标志信号，可作为微机处理机中断或查询信号，eoc端出现高电平时表示a/d转换结束。oe为数据输出允许控制端，当给oe端输入高电平时，控制三态数据输出锁存器向外部输出转换结果数据。 电路连接主要涉及两个问题，一是8路模拟信号通道选择，二是a/d转换完成后转换数据的传送。图中adc0809的数据线d0d7接于at89c51的数据总线p0.0 p0.7端，a/d转换后的数据信号由p0口送入cpu。地址编码端a, b, c直接与at89c51的地址总线p2. 1, p2. 2, p2. 3相接，这三位的状态决定选择的通道。8路模拟通道共用一个a/d转换器，8路模拟信号分时转换，每个瞬间只能转换1路，各路之间的切换由软件变换通道地址实现。 at89c51的/wr、/rd与p2. 0通过两个逻辑门控制adc0809的启动、锁存和输出。当p2. 0= 0 ,/wr=0时，启动0809； 当p2. 0=0,/rd=0时，读转换的结果，这些信号状态由指令时序形成。从图中可以看出把adc0809的ale信号与start信号连