基于GSM的煤气表采集系统的设计毕业设计

1、基于gsm的煤气表采集系统的设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权

2、保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意

3、学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目 录摘 要1第一章 绪 论31.1 课题意义31.2 本系统完成的功能3第二章 各模块方案选择32.1电源模块32.2 单片机控制模块42.3 煤气流量传感器的选择42.4 键盘模块42.5 显示模块52.6 数字时钟电路52.7 串口解决方案62.8 gsm模块选择62.9 数据存储器6第三章 系统硬件设计7

4、3.1 硬件总体结构73.2 pic 18f458 单片机简介73.2.1 高性能risc cpu73.2.2 外围功能模块特性73.2.3 高级的模/数转换特性83.2.4 can总线模块特性83.2.5 特殊的单片机特性93.2.6 flash技术93.3.煤气流量传感器电路的设计93.4 漏气检测电路的设计103.5 开阀熄火检测电路的设计103.6 通风扇控制电路113.7 电磁气阀控制电路113.8 红外键盘模块设计123.9 电源电路的设计153.10 时钟电路的设计163.10.1 时钟芯片ds1302简介163.10.2 ds1302 硬件连接173.11 lcd液晶显示电路1

5、73.12 打印机模块183.13 通过串口收发短消息193.13.1 gsm短消息技术简介193.13.2 短消息特点203.13.3 收发短消息方式213.13.4 pdu编码213.13.5 at指令213.13.6发短消息223.13.7接收短消息24第四章 软件设计254.1 软件设计的主要步骤254.2 主函数流程图274.3 数据采集，存储，查询软件设计284.4 红外健盘软件设计304.5 gsm模块短信接收发送设计31第五章 实物效果335.1 本系统的控制按键说明335.2 各功能详细介绍34第六章 结束语40参考文献41附 录42附录一：总原理图42附录二：主程序清单43

6、致 谢116摘 要采用传统的人工抄取煤气表数据的方式，不可避免地存在耗费人工、效率低、误差大，时间长等缺点。无线抄表系统可以摆脱人工抄表的办法，利用gsm进行远程数据传输。具有计量准确、通信可靠、抄表方便、功耗低等优点，以及节省人力、远程监控、远程维护的功能。本系统设计的gsm抄表系统是由单片机控制模块、流量计数模块、电源模块、显示模块、gsm通信模块、时钟模块、红外线键盘模块、打印模块、漏气检测模块、开阀熄火检测模块和存储模块等组成。本系统实现了用量计数、计价、用量查询、gsm远程无线抄表、打印、存储、液晶显示、红外键盘控制、号码更改、价格更改、闹钟设置、时间设置、手动止闹、漏气检测、开阀熄

7、火检测、报警等功能。最终完成一个多功能家庭煤气表的设计。虽然现在只有部分城市采用了远程抄表，但全国全面建设的号角已经吹响，很多的大中型城市已经开始全面部署。相关的电子科技企业也都快速的跟进，加紧远程无线抄表的研发和生产步伐。相信在几年之内，原始的人工抄表系统将会被现代化的无线抄表系统所全面取代。关键词：gsm无线抄表 煤气表 单片机 abstractusing the traditional artificially reading data from the gas meter, inevitably exist consuming manual, inefficient and error

8、, time to long, and other shortcomings. the advantage of gsm wireless meter reading system is accurate metering , reliable communication, meter-reading convenience, low power consumption and the labour-saving, remote monitoring, remote maintenance functions.the wireless meter-reading system is consi

9、st of mcu module, flow number of modules, power module, displaying module, gsm communication module, clock module, infrared keyboard modules, print modules, leak detection module, extinguished the fire detection module and memory module. the system to achieve the amount of counting, pricing, the amo

10、unt of inquiries, gsm wireless remote meter-reading, printing, storage, liquid crystal display, infra-red keyboard control, the number changes, price changes, the alarm settings, time settings, manually stop the clock, leak detection , extinguished the fire detection，alarm and other functions. final

11、 completion of a multi-purpose household gas meter design. although only a handful of cities using the wireless meter reading system, but the comprehensive building of the national bugle call is sounded. many of the large and medium-sized cities have started full deployment. 相关的电子科技企业也都快速的跟进，加紧的智能路灯

12、系统地研发。elec-tronic technology related enterprises are quick follow-up. 相信在几年之内，原始的路灯系统将会被现代化的照明系统所全面取代。believe that within afew years, the traditional artificially reading data from the gas meter will be replaced by the wireless meter reading system.key words：gsm wireless meter reading system; gas me

13、ter; mcu第一章 绪 论1.1 课题意义目前市场上销售的煤气表一般来说有机械式和数字式两大类。机械式历史悠久,技术成熟,价格低廉,但功能单一,目前占有较大的市场份额;数字式显示直观,功能多,价格高。机械式只能由人工抄表,这种落后的抄表方式,消耗大量的人力、物力,而且采集数据的时间跨度大、采集数据的准确度低。抄煤气表一向是燃气部门一项复杂而重要的工作，而市民交费同样是件繁琐的事情，给居民带来很多的不便。因此,国家有关部门规定以后将逐步以计算机为基础的自动抄表系统取代传统的人工抄表。自动抄表系统目前主要采用有线通信技术和无线通信技术。要能实现自动抄表,则要求煤气表必须为数字式的,且需具备一定

14、的通信功能。目前大部分数字式煤气表一般只有记录用气量和一定通信的功能,随着人们生活水平的逐步提高,对煤气表功能的要求也越来越高,自动抄表系统的逐步普及要求煤气表具备一定的通信功能外,对安全方面的要求更为重要。为了适应自动抄表系统的需要和用户对煤气表功能的需求,本设计特开发了一多功能数字式煤气表。采用gsm无线传输，具有安全检测，无线通信，数字计量，计价等功能。与现有的众多智能抄表系统相比，本设计方案具有如下独到的优点：免去在住户单元楼内和室内布置数据采集专用通信线路的麻烦，降低了成本，而且无线传输中干扰也比有线传输要少，即在一定程度上提高了前端数据采集、传输的可靠性；有效利用了丰富的现有电力线

15、网络资源，符合创建节约型社会的要求，具有很重要的现实意义。1.2本系统完成的功能本设计完成了 用量计数、计价、用量查询、gsm短信接收、gsm短信发送、打印、存储、晶液显示、红外键盘控制、号码更改、价格更改、闹钟设置、时间设置、手动止闹、漏气检测、开阀熄火检测、报警等功能。最终完成一个多功能家庭煤气表的成品。第二章 各模块方案选择2.1电源模块方案一：采用200w/5v直流稳压电源供电。功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，但是，煤气表要求不能断电，以保证数据的正常存储和用户的正常使用，这一点此方案不能满足要求。方案二：采用太阳能电池板和蓄电池供电，蓄电池采用2a型号，满足系统的要求，并且不

16、会断电，既方便用户，又可以节能，并且安装使用都非常便利。分析比较后，我选择方案二。2.2 单片机控制模块方案一：采用at89s51。51单片机是8位单片机中应用范围比较广的一类单片机。它采用冯诺依曼结构结构，指令、数据总线复用，并且采用集中指令集（cisc）；程序指令比较多。执行速度较慢且搞干扰能力不强。方案二：采用pic16f877。pic是数据总线和指令总线分离的哈佛总线（harvard）结构,并且使用精简指令集（risc），它具有寻址方式简单和代码压宿率高，功耗低，驱动能力强，应用平台界面友好、开发方便，程序存储器版本齐全等优点并且内部自带有256字节的eeprom1。但它只有8k的程序

17、存储空间。方案三：采用pic 18f458。它具有方案二中介绍的pic系列单片机的所有优点，并且具有32k的程序存储空间和1536的ram。总上，因为本设计功能复杂。需要的flash和ram资源相对较多。因此采用方案三。2.3 煤气流量传感器的选择 方案一：干簧管传感型。干簧管由于不需要供电，它对一般的电磁干扰不敏感,，虽然干簧管的机械触点有疲劳寿命的问题，但质量较好的高性能触点干簧管寿命可达108次。方案二：霍尔传感型。霍尔元件虽然灵敏度高而又无触点，但都需要供电，这使得整个系统供电问题变得较为突出，不仅要考虑用交流电，还要考虑后备电源，所以在安装后的运行成本比较高。方案三：光电转换型。这种

18、传感形式一般是在在基表旋转部件上加装一面反射镜面，在与反射镜面相对应的部位安装一个光电传感器，当旋转部件上的镜面转至传感器位置时，传感器就产生光电感应，发出一次脉冲信号。但这种传感形式有下面一些缺点：传感器本身要耗电，不利于后备电池的微耗供电。反射面污染褪色后反射失灵在反射面边沿上颤动产生误信号。需要4 根引线。通过比较以上三种方法，我们不难看出，采用干簧管传感型是比较理想的传感器。2.4 键盘模块方案一：采用矩阵式键盘。采用矩阵式键盘可以减少对i/o口的占用，一个4*4的矩阵键盘只占用8个i/o口。但编程较复杂且需要实时扫描并且反应较慢。而且应用在厨房。操用不方便。方案二：采用独立式键盘。独

19、立式键盘适用于键盘数目不多的情况，电路连接简单，软件编程也不复杂。但占用i/o口较多。方案三：采用红外键盘。红外键盘只用一跟外部触发引脚。而且键值判断在中断中进行。不需实时扫描且反应迅速。另外安装在厨房用无线红外键盘操作会比较方便。总上，本设计采用方案三的红外键盘。另外做了一个独立按键作为开关阀键。2.5显示模块 显示模块是本设计中比较重要的的部分。方案一：共阴数码管的发光二极管阴极共地，当某个发光二极管加高电平，对应的字段发光。而共阳极数码管与共阴极相反，则阳极接在一起接高电平，通常的七段led显示器有8个发光二极管，其中七个用于构成七笔字形的7个字段a、b、c、d、e、f、g，余下一个小构

20、成小数点h。最常用的显示器是由发光二极管led构成的七段数码显示器。这种显示器有共阴和共阳极两种。这种显示方式功能比较单一且显示的内容较少。方案二：采用lcd显示电路。液晶的基本结构是由两片玻璃组成的很薄的盒子。这种结构使使用上方便、便于大规模生产。并且具有功耗低，寿命长，显示信息量大等优点。基于上述原因, 我采用方案二。2.6数字时钟电路数字时钟是本设计的重要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。方案一：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，

21、则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电，程序将不执行。且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高，且程序代码非常复杂，占用太多的系统资源。方案二：本方案采用dallas公司的专用时钟芯片ds1302。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统

22、。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。基于时钟芯片的上述优点，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。2.7 串口解决方案pic18f458单片机只有一个全双工的串行通讯口，本设计gsm和打印机分别各需要一个串口。因此需要i/o口和定时器去模拟一个串口。关于串口的分配：方案一：gsm用自带串口，打印机用i/0模拟串口。方案二：打印机用自带串口，gsm用i/o模拟串口。因为gsm对串行数据传输的稳定性要求更高。因此采用方案一。 另外进行串行通讯时要满足一定的条件，gsm模块和打印机模块的串口是rs232电平的，而单片机的串行口采用的是ttl电平，因

23、此必须的有电平转换电路，可以选择1488，1489，max232a。方案一：采用专用串口和i/0采用1488或1489芯片实现电平转换，但在使用中发现这两种芯片可靠性不高，且需要正负12v电源，使用麻烦。方案二：采用单电源电平转换芯片max232可以使电路变得简单，可靠。基于以上分析，本设计采用方案二，选用芯片max232。2.8 gsm模块选择 鉴于本系统可能工作在用户端，距离控制中心比较远，采用普通的无线数据传输比较困难，而采用gsm模块则可以很容易解决这方面问题。gsm（global system for mobile communication）系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制

24、中，比较成熟完善，且应用最广泛的一种系统。目前已建成的覆盖全国的gsm数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。基于gsm的短信信息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用，是一种信息在移动网络上存储和转寄的过程。由于公众gsm网络在全球范围内实现了联网和漫游，因此本系统不需再组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能的短信应用将得到迅速普及。本设计采用的是西门子公司产的tc35t/tc35it的gsm模块。2.9 数据存储器本系统需要存储一些重要数据。要求长期存期存储且掉电不能丢失，如：管理端手机号，用户端手机号。煤气表的用量存储等。方案一：采用24cxx系列外部存储器。它采

25、用iic协议通信实现数据的存储。存储量比较大。方案二：采用单片机本身自带的256字节的eeprom进行存储。对该存储器的读写都比较简单。picc中都有现成的读写函数。软件上比较容易实现。因为本设计需要存储的数据量不大。因此采用方案二。第三章 系统硬件设计3.1硬件总体结构 图3-1 硬件总体结构图3.2 pic 18f458 单片机简介3.2.1 高性能risc cpul 高达32k的程序存储器。l 高达1536的数据存储器。l 高达10mips的执行速度。l dc40mhz带pll锁相环有源晶振/时钟输入。l 16位宽指令，8位宽数据通道。l 带优先级的中断。l 8*8单周期硬件乘法器。3.

26、2.2 外围功能模块特性l 最大拉电流/灌电流可达25ma。l 3个外部中断引脚。l 定时器tmr0：带有8位可编程前分频器的8 位或16位定时器/计数器。l 定时器tmr1：16位定时器/计数器。l 定时器tmr2：带有8位周期寄存器的8位定时器/计数器（作为pwm的时基）。l 定时器tmr3：16位定时器/计数器。l 2种振荡器时钟选择：定时器tmr1/定时器tmr3。l 捕捉/比较/脉宽调制（pwm）（ccp）模块。 ccp引脚配置如下： -捕捉输入：16位，最大分辨率为6.25 ns。 -比较单元：16位，最大分辨率为100 ns（tcy）。 -脉宽调制（pwm）输出：分辨率为110位

27、。 -最大pwm频率：8位分辨率时为156 khz,10位分辨率时为39khz。l 增强型ccp模块具有标准型ccp模块的所有特性，但它在先进的电机控制时还有如下特性： -1，2，4路的pwm输出。 -可选择pwm极性。 -可编程的pwm死区时间。l 有2种工作方式的主同步串行通信（mssp）： -3线spi主控方式（去持所有4种spi工作模式）。 -iic主控/从动模式。l 可寻址的usart模块：支持中断地址位。3.2.3 高级的模/数转换特性l 10位，高达8个通道的模/数转换模块（a/d）： -休眠时可以转换； -8个输入通道可用。l 模拟比较模块：可编程多路输入/输出技术。l 比较器

28、参考电压模块。l 可编程的低电压探测模块（lvd）：支持低电压检测时产生中断。l 可编程的锁定复位（bor）。3.2.4 can总线模块特性l 符合国际标准iso can。l 高达1 mbps的通信速率。l 与can 2.0b版本相一致： -29位校验符； -8字节信息长度。l 3个带优先级的信息发送缓冲器。l 2个信息接收缓冲器。l 6个全29位接收过滤器。l 接收过滤器具有优先级配置。l 为高优先级信息配置的多路接收缓冲器，它可用于防止因溢出而造成的信息丢失。l 优越的错误处理特性。3.2.5 特殊的单片机特性l 上电复位电路（por）、上电延时定时器（pwrt）和振荡器起振定时器（ost

29、）。l 带有片内rc振荡器的监视定时器(wdt)。l 可编程代码保护功能。l 休眠（sleep）省电方式。l 可选择不同的振荡器工作方式，包括： -4锁相环（主振器）； -2路振荡器（32khz）时钟输入。l 通过2个引脚可进行在线串行编程（icsp）3.2.6 flash技术l 低功耗、高速增强型flash技术。l 全静态设计。l 宽范围的工作电压：2.05.5v。l 工业级和护展级温度范围2 3。3.3.煤气流量传感器电路的设计本设计采用干簧管传感器。这是目前应用最多的一种形式，它的原理就是在普通转盘计数的煤气表中加干簧管和永磁铁,干簧管固定安装在计数转盘附近,永磁铁安装在计数盘0.01

30、m3位上,当转盘每转一周，永磁铁经过干簧管时,干簧管的簧片开闭一次，由此输出一个计数脉冲,对应为0.01 m3,其最大优点在于无需耗电, 干簧管由于不需要供电，它对一般的电磁干扰不敏感,另外，虽然干簧管的机械触点有疲劳寿命的问题，但质量较好的高性能触点干簧管寿命可达108次 。目前用干簧管传感器的生产厂家普遍对干簧管进行灵敏感和触点导通检测，检测后其性能较为稳定。所以由干簧管传感组成的自动抄表系统比较省电，同时电源本身不产生或接受干扰，比较其它传感器所组成的自动抄表系统而言，系统的准确率较好，运行成本也较低廉4。只需将传感器的信号输出端接入单片机的rb2端即可，rb2是单片机的外部中断输入引脚

31、，通过脉冲触发进行计数，从而达到计量煤气流量的目的。3.4漏气检测电路的设计漏气检测采用mq-2型气敏传感器作为检测元件,其体电阻随可燃性气体或烟雾浓度的改变而改变。电路图如图3-2 所示。平时,可燃性气体或烟雾浓度在允许范围内,气敏传感器c、d 间电阻值较大, 从d 端输出较低的电平。当可燃性气体或烟雾浓度达到一定值后,气敏传感器c、d 间电阻值迅速减小,从d 端输出较高的电平5。得到的电平信号通过393比较器与参考电压相比，得出标准的数字信号0或1 6， 单片机检测比较器的输出电平为低时，说明含量超标，即作相应处理，即：发信息，关闭电磁阀，开风扇，开蜂鸣器和液晶显示报警。 图3-2 煤气含

32、量超标报警电路3.5开阀熄火检测电路的设计开阀熄火检测电路如图3-3 所示,选用了高精度负温度系数的ntc r101 作为检测是否灭火的传感器,将热敏电阻安装到煤气炉接近火源、不易触碰且方便的地方。出现开阀熄火后，因温度变低,热敏电阻rt 阻值高,a点电位升高，为较高的电平5, 得到的电平信号通过393比较器与参考电压相比，得出标准的数字信号0或1， 单片机检测比较器的输出电平为低且持续超过30秒时，说明出现开阀熄火，单片机会做相应的处理，即：关闭电磁阀，打开通风扇，开蜂鸣器和液晶显示报警6。 图3-3开阀熄火检测报警电路3.6 通风扇控制电路风扇的供电电压为220v交流电，本设计要实现单片机

33、对排气扇开闭的控制，采用了光电耦合和继电器控制。如图3-4所示，当1端为高电平时，4，5之间导通，从而控制继电器闭合，排风扇开始工作，风扇指示灯亮，当1端为低电平时，4，5之间截止，继电器断开，排风扇停止工作，指示灯熄灭。 图3-4 排风扇控制电路3.7 电磁气阀控制电路电磁阀的供电电压为220v交流电，本设计要实现单片机对电磁阀开闭的控制，采用了光电耦合和继电器控制。如图3-5所示，当1端为高电平时，4，5之间导通，从而控制继电器闭合，电磁阀打开，电磁阀开关指示灯亮，当1端为低电平时，4，5之间截止，继电器断开，电磁阀关闭，指示灯熄灭。图3-5 电磁阀控制电路3.8 红外键盘模块设计 通用红

34、外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、led红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。光电/放大解调解码图3-6 红外遥控发射原理图矩阵键盘编码调制红外发射图3-7 红外遥控接收原理图发射硬件：现以lc7461组成发射电路为例说明编码原理。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示

35、二进制的“1”,见图3-9。上述“0”和“1”组成的42位二进制码经38khz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，7461产生的遥控编码是连续的42位二进制码组，其中前26位为用户识别码，能区别不同的红外遥控设备，防止不同机种遥控码互相干扰。后16位为8位的操作码和8位的操作反码用于核对数据是否接收准确。当遥控器上任意一个按键按下超过36ms时，lc7461芯片的振荡器使芯片激活，将发射一个特定的同步码头，对于接收端而言就是一个9ms的低电平,和一个4.5ms的高电平，这个同步码头可以使程序知道从这个同步码头以后可以开始接收数

36、据。 图3-8 lc7461遥控器 图3-9 lc7461时序图图3-10 lc7461发射电路接收硬件： 解码的关键是如何识别“0”和“1”，从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同，“0”为0.56ms,“1”为1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。如果从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必须比0.56ms长些，但又不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”，读到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84

37、ms最为可靠，一般取0.84ms左右即可。根据红外编码的格式，程序应该等待9ms的起始码和4.5ms的结果码完成后才能读码。lt0038是塑封一体化红外线接收器，它是一种集红外线接收、放大、整形于一体的集成电路，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与ttl电平信号兼容的所有工作，没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为低电平，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输，见图3-11。图3-11 lt0038红外接收头3.9电源电路的设计本设计采用太阳能给蓄电池供电方案，太阳能供电具有以下优点：1.运行成本低；2.容易安装；3.可以在不同的环境下使用；

38、4.可以根据实际的负载要求进行设计；5.维护费用低；6.不需要燃料；7.操作时无噪音，没有易磨损的零部件，无污染，非常环保，转换成电能中不产生其它物质；8.能在长期无人值守的环境下正常运行。另外用太阳能代替一般电源供电，可以大量节约能源，符合创建节约型社会的要求，具有很重要的现实意义。整流电路将交流电压变换为脉动的直流电压；稳压电路的作用为在电压波动或负载电流变化时保持输出电压基本不变；滤波电路可减少脉动使直流电压平滑4。本次设计的电源电路如图3-12。瓷片电容的作用是滤除高频干扰，电解电容的作用是滤低频干扰。在7085前加一组，是为了抑制电源中的高频和低频成分，在7805后再加一组，是为了抑

39、制7085在稳压过程中产生的高频和低频成分。 图3-12 电源电路3.10 时钟电路的设计3.10.1 时钟芯片ds1302简介ds1302是dallas公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态ram。通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息。每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作。可通过am/pm指示决定采用24或12小时格式。ds1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线1：res 复位；2：i/o 数据线；3：sclk 串行时钟。时钟/ram 的读/写数据以一个字节或多达31个字

40、节的字符组方式通信ds1302。工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mw。ds1302是由ds1202改进而来增加了以下的特性：(1)实时时钟具有能计算2100年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力。(2)31个8位暂存数据存储ram。(3)串行 i/o 口方式使得管脚数量最少。(4)宽范围工作电压2.0-5.5v。(5)工作电流 2.0v 时,小于300na。(6)读/写时钟或ram 数据时有两种传送方式单字。节传送和多字节传送字符组方式。(7)8 脚dip 封装或可选的8 脚soic 封装根据表面装配。(8) 简单 3 线接口。(9) 与 ttl 兼容vcc=5v。

41、(10) 可选工业级温度范围-40 +85。(11) 与 ds1202 兼容。(12) 在 ds1202 基础上增加的特性。3.10.2 ds1302 硬件连接除了正常的时钟电路连接外，本设计的硬件电路中加入了掉电保护以保证时钟掉电后的正常运行。其接线电路如图3-14 图3-14 时钟电路图3.11 lcd液晶显示电路本设计采用金鹏c系列128*64液晶显示模块ocmj4x8c显示煤气用量、实时实钟、号码更改、闹铃设定、时钟调整等功能。设计采用液晶模块的串行方式，如果用并行数据传输方式则需要11条i/o数据线、控制线，在本设计中会导致i/o口不够用，或者需要扩展，会使电路变的复杂，故设计采用串

42、行方式，仅需要3条i/o口线，大大节省了单片机i/o资源，使设计简单化。在19脚运用三极管开关电路设计了背光控制7。电路图如图3-15所示：图3-15 lcd液晶显示电路图ocmj4x8c中文模块可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能。提供三种控制接口，分别是8位微处理器接口，4位微处理器接口及串行接口，所有的功能，包含显示ram，字型产生器，都包含在一个芯片里面，只要一个最小的微处理系统，就可以方便操作模块。内置2m-位中文字型rom (cgrom) 总共提供8192 个中文字型(16x16 点阵)，16k-位半宽字型rom (hcgrom) 总共提供128

43、个符号字型(16x8 点阵)，64x16-位字型产生ram (cgram)。3.12 打印机模块本次设计采用荣达创新rd-d系列微型打印机。d型串口db-9芯孔座，引脚序号如图3-16。 图3-16 db-9 芯孔座荣达创新rd-d系列微型打印机的特点：l rd-d型串行接口rs232c标准兼容，可直接由微机串口或单片机控制。l 当w1、w2、w3 短接时，串口输出为ttl 电平输出。l 串行连接方式下的数据率、奇偶校验以及握手方式的选择，可通过随机6位dip 开关选择。硬件电路只需用一个串口与rd-d系列微打串口相连。见图3-17。 图3-17 串口通信3.13 通过串口收发短消息3.13.

44、1 gsm短消息技术简介gsm系统是目前我国发展最成熟的移动通讯系统。gsm网络经过多年的发展，拥有用户数量庞大，覆盖范围广大，通信质量稳定可靠。利用现有gsm网络传送数据具有很多优势。利用短消息实现通讯，目前有三种方法：通过移动网关发送短消息，使用该方法不需要附加的硬件，但是需要到电信部门申请网关，比较适用于大型的网络通讯公司开发。通过gsm向手机发送短消息。适合于中小项目的开发，所需硬件包括一部gsm模块。以及相应的数据线或是红外线适配器。该方法编码简单。只需对at指令和串口编程熟悉就可以实现。通过某些网站上(如新浪网，网易)提供的短信发送功能来实现。这种方法实现起来简单，所需资源少，但对

45、于网站及网络的依赖性太强，不适用于项目开发。综上，选择第2种方案能满足大多数中小项目的开发要求。在远程数据传输与控制方面具有广阔的应用前景。短消息服务是gsm系统提供给用户的一种数字业务。它与话音传输及传真一样同为gsm数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务。sms的收发占用的是gsm网络的信令信道，不会占用普通话音信道，而且它是双向通信，具有一定的交互能力；sms具有较高的可靠性，短消息发送端的用户可知道短消息是否已经到达接收端。由于短消息依靠了smsc短消息服务中心的存储和转发机制，当接收端用户关机或不在服务区内时，smsc会暂时保存该短消息；如果接收端用户在规定时间（通常为24小时）内重

46、新处于工作状态，smsc会立刻发送短消息给接收端用户，当发送成功时会返回发送端用户1个确认信号。sms充分利用了gsm网络的直放站覆盖广的特点和全程全网的优势，具有极佳的移动性，使得任何一个申请了短消息服务的gsm无线终端用户在全网范围内获得服务。每个短消息的信息量限制140个8位组（7比特编码）140个英文字节或70个中文字符。如果超过此长度，则要分多次发送。3.13.2 短消息特点短消息服务(sms)是gsm技术应用的一项重要内容，它具有一些突出特点如：一次可传输140个字节的数据，数据的内容可以是字符或数字；可以在gsm网络内端对端传输，还可以从gsm网络外(如互联网)发送短消息给一个端

47、点站；短消息通过设在移动通信部门的短消息中心(msc)用gsm系统的信令信道传送，与语音信道不冲突，即使终端处在通话状态下也可进行传送；在短消息传送过程中，不进行呼叫连接建立和释放的过程；msc具有短消息的存储功能，在终端设备关机时，可以保持消息在一定时间内有效等。利用这些特点，及其双向传输的性能，可方便地实现对于采集站设备的信息采集和远程控制，即实现遥测和遥控。 短消息业务是gsm系统中唯一不需要建立端到端业务通道服务。点对点短消息是以任意形式的字母数字串，通过数字控制信道传送的。空闲时占用独立专用控制信道(sdcch)，信息速率为782b/s；通话时占用慢速随路控制信道sacch)，信道速

48、率为383b/s。为了避免时延过长，以及对这些争抢接入信道负荷过大,每条短消息最大帧长度为140个字节(按ascii字符7bit编码为160个字符)。因此可以在任何时候发送或接收短消息的传输协议数据单元tpdu(transport protocol data unit)， 无论话音或数据通信是否正在进行13。由于公众gsm网络在全球范围内实现了联网和漫游，建立gsm系统不须再组建专用通信网络8，所以具有实时传输数据功能的短消息应用将可以做成传输各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通信系统，可以广泛用于远程监控、定位导航、个人通信终端等。 3.13.3 收发短消息方式短消息收发有关的规范主要包

49、括gsm 03.38、gsm 03.40和gsm 07.05。前二者着重描述sms的技术实现(含编码方式)，后者则规定了sms的dte-dce接口标准(at命令集)。共有三种模式来控制sms短消息的发送和接收：block mode, 基于at命令的text mode和基于at命令的pdu mode。使用bl0ck模式需要手机生产厂家提供驱动支持。text mode是纯文本方式，可使用不同的字符集，从技术上说也可用于发送中文短消息，但国内手机基本上不支持，主要用于欧美地区。pdu mode被所有手机支持，可以使用任何字符集，这也是中国境内手机默认的编码方式。3.13.4 pdu编码本设计主要用到

50、了pdu mode模式。pdu串表面上是一串ascii码，由0-9，a-f这些数字和字母组成。它们是8位字节的十六进制数，或者bcd码十进制数。pdu串不仅包含可显示的消息本身，还包含很多其它信息，如sms服务中心号码、目标号码、回复号码、编码方式和服务时间等。发送和接收的pdu串，结构是不完全相同的。pdu数据包格式，是手机发送短消息的一个数据单位。其中短信息服务中心号码、发送源号码、日期以及时间采用压缩bcd码表示，低位在前，高位在后。 在pdu mode中，可以采用三种编码方式来对发送的内容进行编码，它们是bit7、bit8和ucs2编码，可以发送的短消息的最大字符数分别是160、140

51、和70。bit7编码用于发送普通的ascii字符，从0x00到0x7f,可以表示128个字符。ascii编码的二进制形式只需要7位定义，而sms报文是以8位字节序列传输的。所以就必须把7位码压缩成8位，每8个字符可”压缩”成7个。bit7编码是将一组7位的字符串通过移位形成新的8位字符串最后不足8位的用0填补高字节。实现方法是：将第二个字符的最后一位，补充到第一个字符的前面第一位，第三字符的后两位，补充到第二个字符的前两位，依次类推，就可得到相应的字符串。最后转换成十六进制。例如消息内容“abl2”用bit7编码后的字符串为“61f18c06” bit8编码通常用于发送任何二进制数据。比如图片

52、和铃声等。ucs2编码用于发送uni字符。它固定使用16位(两个字节)来表示一个字符，共可以表示65536个字符。适合发送中文字符9。3.13.5 at指令gsm at指令接口提供了一种移动台(ms)与数据终端设备(dte)之间的通用接口。在ms收到网络发来的短消息时，能够通过串口发送给dte，反过来，dte可以向ms发送各种命令。更详细的资料可以参考gsm0705和gsm0707规范。下表3-3定义的是与sms有关的常用at指令。表3-3 gsm at常用指令at指令功能atrn 屏幕上返回”ok”表明计算机与手机已连接成功。at&frn系统整体复位at +cscasms service c

53、enter address(短消息中心地址)。at +cmgfselect sms message format(选择短消息信息格式：o-pdu；1-文本)。可使用at+cmgf?”指令判断当前的模式。返回0即为pduat +cmgssend sms message(发送短消息)。如果短消息发送成功，则返回“ok”，并显示信息号：+cmgs：index。如果短消息发送失败，则返回如下信息号：+cms errorat+cnminew sms message indications(显示新收到的短消息)。如果有新的短消息来到，自动返回下列提示：+cmti：“sm”，index，此时利用at+cmg

54、r=index可读出短消息at +cmgrread sms message(读短消息)如果读取成功，pdu 格式下返回+cmgr：o，” “，idcontent。text 模式下返回+cmgr：“recunread”打头的包含发送方号码，时间，内容的字符串at+cmgddelete sms message(删除sim 卡内存的短消息)3.13.6发短消息一共有三种方式来发送和接收sms信息：block mode, text mode和pdu mode。text mode是纯文本方式，可使用不同的字符集，从技术上说也可用于发送中文短消息，但国内手机基本上不支持，主要用于欧美地区。pdu mode被所有手机支持，可以使用任何字符集，这也是中国境内手机默认的编码方式。pdu串表面上是一串ascii码，由0-9、 a-f这些数字和字母组成。它们是8位字节的十六进制数，或者bcd码十进制数。