远程自动抄表系统下位机的设计与实现

1、毕业设计远程自动抄表系统下位机的设计与实现 学 号：姓 名：专 业：电气工程及其自动化系 别：机械与电气工程系指导教师：*讲师二一三年六月毕业设计远程自动抄表系统下位机的设计与实现 学 号：姓 名：专 业：电气工程及其自动化系 别：机械与电气工程系指导教师：讲师二一三年六月北京交通大学海滨学院毕业设计成绩评议题目：远程自动抄表系统下位机的设计与实现 系别：机械与电气工程系 专业：电气工程及其自动化 姓名 学号：指导教师建议成绩：81评阅教师建议成绩：82答辩小组建议成绩：84总成绩：82答辩委员会主席签字：年 月 日北京交通大学海滨学院毕业设计任务书姓名学号专业电气工程及其自动化设计题目远程自

2、动抄表系统下位机的设计与实现题目性质 设计； 论文题目来源 教学； 科研； 生产； 其他 指导教师职 称工作单位备注讲师北京交通大学毕业设计的内容和要求：设计的内容：结合实际需要，以工程应用为目标，利用 51系列单片机AT89C52和 GPRS技术，对远程无线自动抄表系统进行研究与设计。掌握硬件的基本原理与设计方法，完成硬件电路设计；掌握proteus、keil uvision2等工程设计的手段和方法，完成软件编程与调试。通过研究与设计实践，巩固所学的基础理论和操作技能，巩固运用工程软件解决实际问题的能力，完成毕业设计论文。设计的要求： 1、查阅资料，论证设计方案的科学合理性； 2、掌握远程自

3、动抄表系统的基本原理及设计思路，掌握AT89C52的控制原理，掌握各个模块的设计方法，完成模块电路设计。 3、利用仿真软件建立电路仿真模型进行运行验证。 4、搭建实际的远程自动抄表系统下位机电路，并进行调试。设计要求1.论文必须文题相符、概念清楚、思路清晰、层次分明、论据充分、可靠、引用正确、论证有力；2.论文符合写作规范；3.论文的字数要求在一万字以上；4.论文必须清楚反映自己的学术观点和学术水平。毕业设计主要参考资料：1 张洪润，刘秀英，张亚凡.单片机应用设计（200例上册）M. 北京，北京航空航天出版社，2005，2 赵亮，侯国锐. 单片机C语言编程与实例M. 北京：人民邮电出版社，20

4、033 常喜茂，孔英会，付小宁. C51基础与应用实例M. 北京：电子工业出版社，20014 白延敏. 51单片机典型系统开发实例精讲M. 北京：电子工业出版社，2009 5 赵建领. 51系列单片机开发宝典M. 北京：电子工业出版社，2007，1341566 李群芳，肖看. 单片机原理接口及应用M北京：清华大学出版社，20077 封亚斌.采用串口通信技术实现Modbus数据通信J. 自动化仪表，20048 郭天祥. 新概念51单片机C语言教程入门提供开发拓展全攻略M. 北京：电子工业出版社，20099 康华光. 电子技术基础M. 高等教育出版社，199810 胡汉才. 单片机原理及系统设计M

5、.清华大学出版社，200211 黄承安，张跃，云怀中. 基于GPRS的远程仪表监控系统J.中国科学，2003（8）：434512 阚江，孙苓生，张明. 基于VB6.0实现工控软件和下位机的串口通信J. 电力自动化设备, 2002（9）：343713 过金超,刘玉琳,戈民,崔光照,唐耀华. 基于VB界面的上位机与下位机的无线通信J. 郑州轻工业学院学报,2005（2）：555714 赵申、蒋铃鸽. 基于GPRS的无线数据采集与传输终端J. 电子产品世界，2004（6）：713毕业设计应完成的工作：1、查阅资料进行综述，确定科学合理的设计方案，完成开题报告；2、掌握远程自动抄表系统的基本原理及设计

6、方法，包括AT89C52控制的工作原理，完成各模块电路的说明与设计；3、利用仿真软件建立电路仿真模型进行设计验证；4、搭建实际的远程自动抄表系统下位机电路，并进行调试；5、完成毕业设计论文。进度安排：2012年12月2013年1月 :选题、制定题目任务书、查阅资料、撰写开题报告；2013年2月 ：查阅资料，了解相关技术基础知识，学习应用方法，学习仿真软件；2013年3月 ：完成系统总体设计、硬件设计、软件设计；2013年4月 ：软件仿真、系统集成、整机联调，确定论文三级目录；2013年5月 : 论文写作、论文定稿、答辩准备； 指导教师签字： 日期： 年 月 日系意见：签字：系（盖章）日期： 年

7、 月 日北京交通大学海滨学院毕业设计开题报告姓名宋建秋学号09142116专业电气工程及其自动化设计题目远程自动抄表系统下位机的设计与实现1. 毕业设计的目的及意义：随着经济的飞速发展，居民用水量的需求越来越大，水表的数量也迅速增加，同时居民住宅的质量和档次越来越高 ，住户对住宅环境、物业管理水平的要求也日益提高。传统的抄表方式存在许多弊端，不仅浪费人力物力，又不可避免存在人为因素造成的误差，而且对用户的日常生活造成不便，已经不适应现代物业管理的需要。因此，将单片机控制技术应用于抄表系统，设计出一种相对先进的，能准确采集样本数据并进行相应处理，具备显示和上传数据的下位机是非常具有使用价值的，从

8、而自动抄表技术应运而生。自动抄表 ( Automatic Meter Reading - AMR )系统是当代微机技术、数字通讯技术与电计量技术的完美结合 ，是提高管理部门自动化水平的需要，它将集计量、数据采集、传输、处理于一体 ，是将城乡居民用电用水信息加以综合处理的系统。该系统使供水公司及物业管理部门从根本上减轻了人工上门抄表的劳动强度 ,克服了传统人工抄表模式的低效率和不确定性 ,推进了供水管理现代化的发展进程。该系统对提高供水部门的管理水平和经济效益无疑有着十分重要的意义。在国外集中抄表系德国MEILEK公司开发的无线发射式水表，除安装常规数据采集、处理、存储模块外，另设置无线发射装置

9、，通过远程装置接收信号，此种水表不需铺设线路和线路维护、安装方便。由于单表设计无线发射装置，研究起步也较早，且比较深入，从标准的制定到抄表专用芯片的生产都比较成熟。多种集中抄表技术得到了相对广泛的、成功的应用，目前在发达国家基本上都实现了远程集中抄表。在国内主要有五种抄表系统：无线抄表、红外抄表、电话线抄表、总线抄表、电力线载波通信抄表。而本设计的远程抄表方案是基于当前中国移动提供的GPRS业务，即通过GPRS网实现。下位机将测得的水表数据经过协议封装后发送到中国移动的GPRS数据网络，GPRS/GSM网络通过无线传输到Internet网络，然后通过TCP/IP协议与上位机相连。上位机可以随时

10、接收下位机传输来的数据，也可以随时向下位机发送抄表命令，并能把下位机传来的数据传输给数据库存储起来实现数据管理，以便以后随时供工作人员查询。2. 基本内容和技术方案：系统硬件的结构框图如下所示：流量传感器 A/D转换器 ADC0809数据采集部分单片机AT89C52带有中文字库的LCD1601O西门子MC52iO通信模块数据显示模块研究方案：本次研究的目标是利用 51系列单片机AT89C52和 GPRS技术设计一个无线抄表系统 ，这是一种高效、可靠的自动化抄表系统 ，其功能是采集用户水表数据 ，经过存储、传输和处理 ，实现数据采集、管理以及预付费和实时监控等。基于此目标把研究任务主要分为以下三

11、大部分来完成 ：( 1)系统方案的设计这部分首先介绍了系统设计原理及基本思路，按照设计的基本要求将系统分为五大模块，分别是数据采集模块、A/D转换模块、单片机控制模块、显示模块及GPRS模块。然后对每个部分分别进行论证，对需要的硬件进行选型，根据每个方案的优点与缺点，从两个或多个方案里选择最优方案。(2)系统硬件设计这部分详细介绍了硬件的设计和布置以及硬件的结构功能。简单来说，数据采集模块采集由流量传感器传来的电压信号经过A/D转换部分，转换后的数字信号送给控制器处理，由单片机完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成数据的实时显示，并把数据通过GPRS传送给上位机，此部分对软件的设计要求比较高，

12、系统的大部分功能都需要软件来控制。(3)系统软件设计 软件是一个系统的灵魂，程序设计是一件复杂的工作，这部分主要介绍了软件的算法，流程图，以及开发软件Keil uVision2。先确定主程序流程图，后确定子程序流程图，然后根据流程图分别编写出主程序与子程序，经调试后正常运行。3. 主要参考文献：3. 主要参考文献：1 张洪润，刘秀英，张亚凡.单片机应用设计（200例上册）M. 北京，北京航空航天出版社，20052 赵亮，侯国锐. 单片机C语言编程与实例M. 北京：人民邮电出版社，20033 常喜茂，孔英会，付小宁. C51基础与应用实例M. 北京：电子工业出版社，20014 白延敏. 51单片

13、机典型系统开发实例精讲M. 北京：电子工业出版社，2009 5 赵建领. 51系列单片机开发宝典M. 北京：电子工业出版社，2007，1341566 李群芳，肖看. 单片机原理接口及应用M.北京：清华大学出版社，20077 封亚斌.采用串口通信技术实现Modbus数据通信J. 自动化仪表，20048 郭天祥. 新概念51单片机C语言教程入门提供开发拓展全攻略M. 北京：电子工业出版社，20099 康华光. 电子技术基础M. 高等教育出版社，199810 胡汉才. 单片机原理及系统设计M.清华大学出版社，200211 黄承安，张跃，云怀中. 基于GPRS的远程仪表监控系统J.中国科学，2003（

14、8）：434512 阚江，孙苓生，张明. 基于VB6.0实现工控软件和下位机的串口通信J. 电力自动化设备, 2002（9）：343713 过金超,刘玉琳,戈民,崔光照,唐耀华. 基于VB界面的上位机与下位机的无线通信J. 郑州轻工业学院学报,2005（2）：555714 赵申、蒋铃鸽. 基于GPRS的无线数据采集与传输终端J. 电子产品世界，2004（6）：7134. 进度安排：2012年12月2013年1月 ：选题、制定题目任务书、查阅资料、撰写开题报告；2013年2月 ：查阅资料，了解相关技术基础知识，学习应用方法，学习仿真软件；2013年3月 ：完成系统总体设计、硬件设计、软件设计；2

15、013年4月 ：软件仿真、系统集成、整机联调，确定论文三级目录；2013年5月 : 论文写作、论文定稿、答辩准备；5. 指导教师意见： 研究方案及进度合理，同意开题。指导教师签字： 日期： 年 月 日6. 系意见：签字：系（盖章）日期： 年 月 日北京交通大学海滨学院毕业设计指导教师评阅意见姓名宋建秋学号09142116专业电气工程及其自动化指导教师刘亚静职称讲师单位北京交通大学指导教师职称单位毕业设计题目远程自动抄表系统下位机的设计与实现指导教师评语：该学生的论文研究方案合理，研究方法使用得当，具有创新意识，研究方法独特，能综合运用所学的专业知识与技能去解决实际问题并将成果应用于论文的写作过

16、程中。是否同意答辩： 该同学论文思路清晰，条理清楚，重点突出，层次分明，同意答辩。论文成绩：81指导教师（签名）： 年 月 日北京交通大学海滨学院毕业设计评阅教师评阅意见姓名学号专业电气工程及其自动化指导教师职称讲师单位北京交通大学指导教师职称单位毕业设计题目远程自动抄表系统下位机的设计与实现对论文的评语：宋建秋同学毕业论文的选题是远程自动抄表系统下位机的设计与实现，论文探讨了远程自动抄表系统分析和设计方法，具有一定实用价值。该同学收集的数据资料较翔实，分析和论证有一定深度，结论正确合理。论文的写作基本规范。存在问题是对存在问题的探讨还可进一步深入，对存在问题原因的分析还可进一步展开。是否同意

17、安排论文答辩：综上所述，宋建秋同学已经掌握了本专业的基础理论和相关专业知识，该同学写作的毕业论文已经达到本科毕业论文水平，可以提交答辩。论文成绩：82评阅教师（签名）： 年 月 日北京交通大学海滨学院毕业设计答辩小组评议意见姓名学号专业电气工程及其自动化毕业设计题目远程自动抄表系统下位机的设计与实现答 辩 小 组 成 员:姓 名职 称工作单位备注副教授北京交通大学组长讲师北京交通大学副教授北京交通大学副教授北京交通大学答辩小组评语：该学生清晰所论述内容，有仿真图，态度较认真。答辩组长（签名）： 年 月 日答辩成绩84毕业设计诚信声明本人声明所呈交的毕业设计，是本人在指导教师的指导下，独立进行研

18、究工作所取得的成果，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，毕业设计中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学海滨学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 日期： 毕业设计使用授权书本人完全了解北京交通大学海滨学院有关保管、使用论文的规定，其中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存论文；学校可允许论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内容。本人签名： 日期：摘 要近年

19、来，社会与经济的发展越来越快，居民用水量的需求也相应增大，水表的数量随之增加，同时小区住户的居住环境质量和档次越来越高，住户对住宅环境，物业管理水平的要求也日益提高。传统的抄表方式存在许多弊端，如入户麻烦、管理费用过高、存在安全隐患等 ,不再适应现代物业管理的需求。如何既满足新形势下人民群众日益增长的用水需求，又可将供水成本限制在供水企业能够承受的合理范围之内，是目前摆在各基层供水部门的一个崭新课题。该设计的控制核心是AT系列单片机AT89C52,用它来实现自动抄表系统的功能。该设计主要由五大部分构成，分别是：单片机控制系统数据采集模块A/D转换电路、数据显示电路及GPRS电路。控制系统是由A

20、T89C52单片机组成的；数据采集部分是采用传感器将水流量信号转换成电压信号传输出来；A/D转换部分是由ADC0808构成，将模拟信号转换成数字信号，以便于单片机处理；数据显示部分由LCD1601来实现，用它来完成数据的显示；该设计采用MC52i连接GPRS网络来进行与上位机的通信。 该设计通过上位机对下位机发送指令，实现对现场流量数据的实时采集与处理。数据采集系统运行稳定，上位机能够准确接收到现场单片机采集的数据信息，具有一定的实用性。关键词：单片机；数据采集；A/D转换；数据显示ABSTRACTIn recent years, the increasingly rapid social a

21、nd economic development , the demand for water consumption will also increase accordingly , increase the number of water meters , residential tenants living environment more and more high quality and grade of the tenants of the residential environment , property management level requirements are inc

22、reasing . Traditional meter reading has many drawbacks , such as home trouble , excessive administrative costs , there are security risks , no longer adapted to the needs of the modern property management . How to meet the people's growing demand for water in the new situation , but also to limi

23、t the cost of supplying water in the water supply companies can afford within reasonable limits , is currently placed in the grass-roots of the water sector a new topic .The design of the AT series microcontroller AT89C52 as the control core to realize the function of automatic meter reading system

24、. The design is mainly controlled by the microcontroller system , data acquisition module , A/D conversion circuit , the data show and GPRS circuits of four major parts . data acquisition part is the water flow rate signal is converted into a voltage signal transmitted from sensor ; the A / D conver

25、sion section is constituted by ADC0808 , converts the analog signal into a digital signal , so that in the single-chip processing ; data the display section LCD1601 , use it to complete the data display ; this design uses MC52i GPRS network is connected to the communication with the host computer .T

26、he design through the host computer to the next machine to send instructions to achieve real-time on-site traffic data acquisition and processing . The data acquisition system is stable, the host computer can accurately received the data collected by the site microcontroller has a certain practicali

27、ty .KeyWords: Microcontroller;Datacollection;A/D converter;Datashow目 录摘 要iABSTRACTii目 录iii1引言11.1抄表系统的研究背景11.2远程抄表系统的发展现状21.3远程抄表系统的发展趋势21.4该文的结构32系统方案设计42.1系统总体设计方案比较与论证42.2数据采集部分52.3 A/D 转换部分62.3.1 A/D转换技术简介62.3.2 A/D转换器选用的原则：72.3.3 A/D转换器选择方案72.4 单片机的选型82.5 GPRS部分82.6 数据显示部分103 系统硬件设计113.1 基于AT89

28、C52的主控电路123.1.1 AT89C52芯片介绍123.1.2 AT89C52系统晶振电路153.1.3 AT89C52系统复位电路163.2 A/D转换系统的电路设计173.2.1 ADC0808芯片的内部逻辑结构183.2.2 ADC0808芯片的外部结构183.2.3 ADC0808芯片的使用说明203.2.4 A/D转换电路的设计203.3 液晶显示电路的设计213.4 基于MC52i的GPRS的设计263.5串行通信电路303.5.1 串行总线技术303.5.2 RS232C串行接口303.5.3电平转换芯片MAX232314系统软件设计334.1 下位机开发软件介绍334.1

29、.1 keil软件简介334.1.2 Keil软件调试功能344.1.3 proteus软件简介354.2主程序设计364.3子程序设计374.3.1 A/D转换子程序374.3.2 LCD1601显示子程序384.3.3 GPRS通讯模块设计395系统调试405.1 系统电路调试405.2 系统硬件调试425.3 上位机调试44结 论45致 谢46参考文献47附录 一48附录 二49附录 三50附录 四61附录 五64v北京交通大学海滨学院毕业设计1 引言1.1 抄表系统的研究背景当前，我国水、电、气的计量收费管理，主流采用的还是人工抄表方式。住宅区中每个住户家中的水表、电表、煤气表等计量表

30、计，其安装位置各异，有些表（如电表）集中安装，有些表（如水表）却分散在住户家中，这样就给管理部门的抄表工作带来困难。逐户抄表要耗费很多人力和时间，且入户抄表很难一次完成。随着国内智能化系统的日益发展和完善，目前在大多数的高档住宅小区中都开始安装远程抄表系统。远程抄表的自动抄表系统是指利用传感技术、自动控制技术和计算机网络技术自动读取和处理城市居民用户的水、电、气表计数据，并将该信息加以综合处理的系统，抄表技术准确而便捷，不但能提高管理部门的工作效率，而且还适应现代用户。自动抄表技术最早于八十年代诞生于美国，1982年英国的THORNEMI系统利用公用电话网实现了自动抄表，1985年日该九州电力

31、公司试用电力输配电线载波、地线载波及光缆通信应用于远方读表和检测表计误差的系统等。这些系统曾先后投入试运行。但由于投资较大，均仅用于用电大户、联网结算或部分住宅区的集中电能表数据的读取，1988年美国弗吉尼亚电力公司为电能表抄表员装备了手持式微机，用户消耗的电能数据被一次性经键盘存入微机，完成统计与处理。1990年以后，AMR得到较快的发展，2000年度，美国有2840万自动抄表设备单元应用。后来自动抄表系统在世界各地得到迅猛发展。由于国外对集中抄表技术的研究起步较早，且比较深入，从标准的制定到抄表专用芯片的生产都比较成熟，多种集中抄表技术得到了相对广泛的、成功的应用，在发达国家基该上都实现了

32、远程集中抄表。我国自动抄表起步于上世纪九十年代中期，主要方式为低压电力载波自动抄表系统和智能卡预付费系统。只处在起步试用阶段，在使用不长的时间内，就发现存在很多的问题。近几年，随着电子技术特别是通信技术的飞速发展，人们开始用新的理念，新的方法来解决自动抄表问题。GPRS远程抄表系统由位于水力部门的供水中心和位于住宅区的水表数据采集点组成，利用中国移动现有的GPRS/GSM网络，水表数据通过中国移动的GPRS/GSM网络进行传输。在国家相关政策的推动下，民用水表智能化已是大势所趋。随着管理水平的不断提高、行业技术标准的不断成熟规范，国家加强对抄表设备监管力度和市场引导，将抄表系统及相关配套产品纳

33、入重点计量器具范围，建立市场准入制度也将是必然。相信在不久的将来远程抄表系统将会得到不断完善并走向成熟。1.2 远程抄表系统的发展现状就国内外现阶段的研究状况而言，主要是从采集和传输两个方面为重点进行的。目前，自动抄表方式主要有：485总线、无线、红外、普通电力载波、扩频电力载波、零相超窄带（TURTLE）及超窄带极低频（UNB）等。在国内，远程自动抄表系统的研究正处于理论转化为实际应用的关键时期，同时也在积极开展讨论制定我国的远程自动抄表系统国家标准的工作 。远程抄表系统的发展已有十多年的历史，许多住宅区已经实现一户一表，但实际效果却差强人意，许多已安装自动抄表系统的楼盘由于抄表计量不准确最

34、后不得不返回到人工抄表的老路上来，虽然产生这种现象的因素是多方面的，但仔细分析，根据目前表具的生产原理出现这种情况是必然的，所以在远程自动抄表系统方面，国内还有很长的路要走。1.3 远程抄表系统的发展趋势通过霍尔传感器实现远传的系统，其可靠性取决于脉冲发信表发信脉冲信号传输以及系统计量的可靠性。事实证明，这些环节的可靠性是无法保证的，使用中常会存在许多弊端。抄表系统要达到可靠准确运行的要求，计量的准确性和可靠性是必须要解决的问题，而要真正解决准确性及可靠性问题，就必须改变以脉冲信号累计为计量方式的抄表方式。近年来市场上推出了无源总线制的智能型直读表抄表系统，这种直读式抄表系统将代表了今后抄表系

35、统的一个方向。智能型直读表是在传统的表具内加装直接读表的模块，其可行性和适用性都是原有脉冲表及分线型抄表系统不可比拟的，主要有以下功能特点：（1）无源总线制直读表直接感应表具的窗口值，即直接“读取”窗口值，不需要脉冲转换累计换算，没有累计误差。解决了目前以累计脉冲方式工作的系统易受干扰而导致读数和系统累计计量值不一致的问题。（2）系统在抄表时不需设置表底数表常数等参数，无需存储数据，真正实现了“读表”计量。（3）直读表具内的电子模块与表具内的计读器等装置没有机械接触，不影响计量精度。直接传送数字信号而非脉冲信号，抗干扰性好。不仅不受机械振动影响，同时也不受电磁干扰的影响，所以在复杂的使用环境下

36、能稳定准确可靠地实现计量。（4）表具内没有电源，直读装置在抄表瞬间加电工作。表具的电子部分平时不工作，读表瞬间由采集器或手持终端通过布线供电。由于内部不设电源避免了传统方式由于供电不稳定或故障引起的计量误差及大量的维护工作。使得整机故障率和功耗大大降低，使用寿命更长。1.4 该文的结构第一章主要介绍了抄表系统的研究背景、发展现状和发展趋势；第二章论证了系统方案，对各个模块进行优缺点的分析比较；第三章通过对所用芯片的介绍以及对电路功能的分析，对系统硬件进行了描述，给出了单片机的控制方案；第四章介绍了系统软件流程；第五章介绍了系统的调试；结论部分总结了整个设计，归纳了存在的问题和进一步研究的方向；

37、致谢部分表达了对完成该论文有过帮助的同学和老师的感谢；最后的部分是参考文献和附录。2 系统方案设计2.1 系统总体设计方案比较与论证按照该设计的基本要求与任务，系统共包括五大模块，分别是：数据采集模块A/D转换模块单片机控制模块数据显示模块及GPRS通信模块。针对各个模块实现的功能来设计自动抄表系统，主要有两种可实施方案：方案一 GSM方案系统结构框图如下图所示：传感器A/D转换单片机GSMLCD显示；图2-1 GSM传输方案此方案利用GSM把通过霍尔传感器收集到的信息以短信的方式发给上位机，众所周知，GSM是全球移动通讯系统（Global System for Mobile Communic

38、ations）的简称，是当前应用最为广泛的移动电话标准。GSM只能使用SMS(短信)形式传送数据，不能做到“实时在线”、“按量计费”。用户发出的短消息首先被发送到短信息中心的服务器中，然后短信中心的服务器对所收到的短消息进行排队处理，按顺序再发送给相应的接收用户终端，如果接收用户关机或超出服务区不能正常通信时，则该条短消息进行一定的延时后重新发送，这样有可能会造成后发的短消息先到的情况。此外短消息中心服务器为每一个用户开设的缓存区一般较为有限，约1525条，当接收缓存区存满而接收用户还不能正常通信时，将不再接收新的短消息，即发生短消息拥塞，造成短消息丢失。短消息在短消息中心服务器中保留的时间也

39、有一定的期限，一般为一天左右。为了保证监测站与中心管理机的数据交换，一定要使接收机与网络处于可靠的通信状态。方案二 GPRS方案系统结构框图如下图所示传感器A/D转换单片机GPRS数码管显示；图2-2 GPRS传输方案此方案通过GPRS直接把数据传给有公网IP的上位机。GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的简称。GPRS（分组交换技术）是在GSM系统基础上发展起来的分组数据承载和传输业务，其具有“接入速度快”和“实时在线”的特点，而且由于数据经过通信中心时采用了独特的加密压缩算法，从而减少了信息流量，保障了系统的安全可靠性。对于电路交换模式的G

40、SM系统而言，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有相应无线信道；对于分组交换模式的GPRS，用户只有在发送或接收数据期间才占用信道资源。相对于分组交换的技术特点，GPRS用户是通过通信的数据流量进行计费的，其原则是“得到多少、支付多少”，所以没有数据流量传递时，用户即使挂在网上也是不收费的。鉴于该次设计要测水流的流量，功能要求要能实时监控，所以选用能实时监控的GPRS方案。2.2 数据采集部分数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。在互联网行业快速发展的今天，数据采集已经被广泛应用于互联网及分布式领域，数据采集领域已经发生了重要的变化。

41、该设计的数据采集部分由传感器来构成，通过传感器将非电量信号转换成电信号，这就是传感器的主要功能，也是数据采集的主要工作原理。现代科技的快速发展使人类社会进入了信息时代，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发和获取传输和处理，而传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知获取与检测信息的窗口；传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程要获取的信息，都要通过它转换为易传输与处理的电信号。因此，传感器的地位与作用特别重要。该设计最后采用的是中的YF-S201型传感器，该传感器主要由塑料阀体、水流转子组件和霍尔传感器组成。具有以下特点:(1)产品外观轻巧灵便，体积小，便于安

42、装；（2）叶轮内部镶有不锈钢珠，较耐磨；（3）密封圈采用上下受力的结构不易漏水。2.3 A/D转换部分2.3.1 A/D转换技术简介随着数字技术，特别是信息技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量(如温度、压力、位移、图像等)，要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号，而后经计算机分析，处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路-模数和数模转换器。将模拟信号转换成

43、数字信号的电路，称为模数转换器(ADC)；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器(DAC)。A/D和D/A转换结构图如下图所示图2-3 A/D和D/A转换结构图2.3.2 A/D转换器选用的原则（1）A/D 转换器的有关量程引脚。有些A/D 转换器可以提供两个输入引脚，不同量程范围的模拟量信号可从不同引脚输入；（2）是否加采样/保持器；（3）A/D 转换器的转换速率。不同类型的A/D 转换器的转换速率有很大差别。A/D转换器大体分为两种：逐次逼近型和积分行。逐次逼近型是中速A/D 转换器，用于个通道过程控制和声频数字转换系统。积分型的转换速率相对较低，只能构成低速A/D 转换器，一般转换

44、压力温度及流量等缓慢变化的模拟量时应用较多；（4）A/D 转换器的位数。A/D 转换器决定分辨率的高低。在系统中，A/D 转换器的分辨率应比系统允许引用误差高一倍以上；（5）A/D 转换器具有的晶闸管现象。该现象是由于在正常使用时，A/D 转换器芯片的电流会骤增，时间一长必然烧坏芯片；（6）A/D 转换器的启动、结束转换。一般A/D 转换器可由外部（CPU）控制信号启动转换，转换结束后A/D 转换器内部转换结束信号触发器置位，并输出转换结束标志电平来通知微处理器读取转换结果。2.3.3 A/D转换器选择方案方案一 双积分型A/D转换器，如：ICL7135ICL7109等。双积分型A/D转换器是

45、间接型A/D转换器，其基该原理是：对未知的输入电压进行固定时间的积分，然后转向对标准电压进行反相积分至积分输出电压为零（返回起始值），则标准电压积分的时间正比于输入电压。输入电压越大，相应反向积分时间越长。双积分型A/D转换器具有精度高的优点，但是其输出端多不是二进制码，而是直接驱动数码管的，所以若直接将其输出端接I/O接口会给软件设计带来极大的不便。方案二 逐次逼近型A/D转换器，如：ADC0808AD574等。逐次逼近型A/D转换，一般具有采样/保持功能。采样频率高、精度高、功耗低，直接接I/O口，软件设计方便，是理想的高速高精度省电型A/D转换器件。高精度逐次逼近型A/D转换器一般都带有

46、内部基准源和内部时钟，基于51系列单片机构成的系统设计时仅需要外接几个电阻电容。考虑到ADC0808采样速度快，配合流量传感器应用方便，价格低廉，可以降低设计成本，所以该设计选用ADC作为最理想的A/D转换。2.4 单片机的选型单片机的选型是一件重要而费心的事情，如果单片机型号选择地合适,单片机应用系统的工作就会可靠；如果选择地不合适，就会造成经济浪费，影响单片机应用系统的正常运行，甚至根本就达不到预先设计的功能。对于一个已经设计好的单片机应用系统来说，它的技术要求和系统功能都应当十分明确。如果选择功能过少的单片机，这个单片机应用系统就无法完成控制任务，但是如果选择的单片机功能过于强大，这不但

47、没有必要，还会造成资源浪费，降低性价比。事实证明，只要掌握和运用单片机正确选型的原则，就可以选择出最能适用于应用系统的单片机，保证单片机应用系统有最高的可靠性，最优的性价比，最长的使用寿命和最好的升级换代可能。对单片机选型，主要从单片机应用系统的技术性、实用性和开发性三方面来考虑：（1）技术性：从设计的功能要求和单片机的性能着手，选择最容易实现系统技术指标及容量合适的单片机，并且尽可能实现高性能、低成本；（2）实用性：要从单片机的供货渠道、信誉程序等角度出发，对单片机的生产厂家进行选择以保证单片机应用系统能够长期、可靠运行； （3）研制周期：在短时间内要完成如此繁重的任务，必须要考虑所选的单片

48、机型号是否熟悉，是否能马上着手进行系统的设计。与研制周期有关的另一个重要因素是开发工具，性能优良的开发工具能加快系统地研制进程。该设计考虑到AT89C52具有运转高速、低功耗、容量大、下载方便和价格便宜的特点，因此，该系统选用AT89C52单片机。2.5 GPRS部分GPRS只需要在GSM原有基础上增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，打破了GSM网只能提供电路交换的思维方式。对于这种改造的资金投入并不大，但得到的效果却相当可观。GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，具有永远在线，按量计费、快捷登录等特点。系统和上位机的通信采用GPRS相连的模式

49、，因此系统需要使用GPRS模块，目前GPRS模块一般是指带有GPRS功能的GSM模块，可以利用GPRS网进行数据通信。为了简化微控制器的控制，硬件设计时不要使用全部的硬件握手信号，而只使用数据载波检测（Data Carrier Detect，DCD）和终端准备（Data Terminal Ready， DTR）信号。DCD信号可以检测GPRS模块是处于数据传送状态还是处于AT命令传送状态。DTR信号用来通知GPRS模块传送工作已经结束。 硬件连接完成后，在进行GPRS上网操作之前，首先要对GPRS模块进行一定的设置。主要的设置工作有： 设置通信波特率，可以使用AT+IPR=9600命令，把波特

50、率设为9600b/s或其它合适的波特率，默认的通信速度为9600b/s。 设置接入网关，通过AT+ CGDCONT=1， “IP”， “CMNET”命令设置GPRS接入网关为移动梦网。 设置移动终端的类别，通过AT+CGCLASS=“B”设置移动终端的类别为B类，即同时监控多种业务；但只能运行一种业务，即在同一时间只能使用GPRS上网，或者使用GSM的语音通信。 测试GPRS服务是否开通，使用AT+CGACT=1，1命令激活GPRS功能。如果返回OK，则GPRS连接成功；如果返回ERROR，则意味着GPRS失败。这时应检查一下SIM卡的GPRS业务是否已经开通，GPRS模块天线是否安装正确等问

51、题。中国移动在GPRS与Internet网中间建立了许多相当于ISP的网关支持节点（GGSN），以连接GPRS网与外部的Internet网。GPRS模块可以通过拨“*99*1#”登录到GGSN上动态分配到Internet网的IP地址。其间GPRS模块与网关的通信要符合点对点协议（Point to Point Protocol，PPP），其中身份验证时用户名密码都为空。使用PPP协议登录上之后，就可以通过GGSN接上Internet了。 该设计采用的GPRS模块西门子MC52i无线模块是一款两频段GSM/GPRS无线模块。它支持标准的AT指令及增强AT命令，提供丰富的语音和数据业务等功能，是高速

52、数据传输等各种应用的理想解决方案。在远程监控和无线公话以及无线POS终端等领域都能看到MC52i模块在发挥作用，MC52i软件与硬件兼容TC35iMC39i，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。2.6 数据显示部分数据显示是将系统内部或外部存储器中的数据以可见或可读形式输出。该论文的系统的数据显示部分起初有两个方案，从各个方面比较这两个方案，最后选定一个方案。作为该设计的数据显示模块，两个方案如下：方案一 全部采用数码管显示，数码管能显示时钟、温度等一些简单信息。此方案显示直观，而且编程简单，但若要显示其他信息则需要大量的数码管，而且不能显示中文。由此增加

53、了电路的复杂程度，也加大了编程的难度。方案二 采用可以设置显示数字、中文等的LCD，它具有低功耗可视面大画面友好及抗干扰能力强等功能，其显示技术已得到广泛应用。LCD显示器的工作原理：液晶显示器的主要材料是液态晶体。它在特定的温度范围内，既具有液体的流动性，又具有晶体的某些光学特性，其透明度和颜色随电场磁场光照度等外界条件变化而变化。因此，用液晶做成显示器件，就可以把上述外界条件的变化反映出来从而形成现实的效果。考虑到使用数码管比较麻烦，而且不方便，相比之下，LCD液晶显示比较适合该设计。因此，该设计选择了LCD1601。3 系统硬件设计根据设计要求以及系统所需要实现的功能，在设计系统时可以分成以下几个部分：数据采集模块A/D转换模块单片机控制模块LCD显示模块及GPRS通信