基于GSM网络的家居远程监控系统

1、摘 要在21世纪的今天，人们生活质量大大提高，物质生活日渐丰富，人们更看重生活的质量，更懂得享受生活，智能家居就应运而生了，而家用安防系统是智能家居领域中人们尤为关注的一块，于是各种安防系统也就有了市场。系统主要基于单片机与GSM 通信技术，单片机不断读取外部传感器信号量，通过串口向GSM Modem发送相应的AT 指令，控制GSM Modem TC35i做出相应的动作，发送短信息向房主汇报家里实况该系统以单片STC89C52RC 为核心作为控制模块，由GSM 无线通信模块、传感器数据信息采集模块、液晶显示模块和报警模块组成。通过传感器模块中光电传感器和温度传感器采集相关信号，经A/D转换模块

2、转换成单片机可处理的数字信号，经过语音报警模块发出相关报警信号，将该信号通过GSM 短信模块，借助GSM 移动网络，以中文短消息，直接把报警地点的情况反映到您的手机屏幕上。该系统具有安全保密性高，又不需要组建专用网络和维护网络，网络覆盖面广，因此与传统的监控系统相比有着其独特的优势。关键词：STC89C52RC 单片机；GSM 网络；传感器；报警系统；ABSTRACTOn this day in twenty-first Century, people will greatly improve the quality of life is abundant, the material life

3、 personal property problems will gradually be more people's attention, and various security systems have a market.This system mainly based on SCM and GSM communication technology, the microcontroller continuously reading outside of sensor signals, through a serial port to GSM Modem send correspo

4、nding instruction, control the GSM Modem mig-at make corresponding action, sending short messages to the ownerThe system is MCU STC89C52RC the core as a control module, which is consist of the GSM wireless communication module, sensor data acquisition module, LCD module and alarm module. Photoelectr

5、ic sensor module through the sensor and temperature sensor acquisition-related signals，through the A / D converter module into digital signals which a single chip can handle, after issuing the relevant alarm voice alarm module signals ，the signal is through the GSM SMS module ，with GSM mobile networ

6、k, through Chinese short message, directly to the alarm location is reflected to your mobile phone screen.The theory is very simple and has high security, and there is no need to set up special networks and to maintain them, moreover the area of GSM networks covering is very wide, so this method has

7、 many particular advantages over conventional monitoring system.Key Words： STC89C52RC single chip microcomputer;GSM networks ；Sensor ； Alarm system目录摘 要 . . 1ABSTRACT . 2前言 . . 3第一章 绪论 . 11.1研究背景 . 11.2应用现状 . 11.3发展前景 . 21.4设计任务 . 2第二章 系统总体设计 . . 32.1方案比较 . 32.1.1 方案一基于8031单片机的防盗报警监控系统设计 . 32.1.2 方案

8、二基于GSM 网络的家居远程监控系统设计 . . 32.2 核心控制单元STC89C52RC 模块闪电存储型器件 . . 4第三章 系统模块及工作原理 . 103.1 GSM无线通信GPRS 模块 . 103.1.1 AT指令说明 . 123.1.2 PDU编码规则 . . 133.1.3 RS-232串行接口 . 143.2温度传感器 . 193.2.1 DS18B20温度传感器 . 193.2.2 LM75A-数字温度传感器模块 . 253.3 DHT11湿度传感器 . 263.4 光敏电阻 . 283.4.1 工作原理 . 293.5 显示模块 . 303.5.1 方案1采用LED 液晶

9、显示屏. 303.5.2 方案2采用1602液晶显示器 . . 303.6 报警模块 . 323.6.1 蜂鸣器方案选择 . . 32第四章 系统软件流程 . . 344.1系统程序的设计 . 344.1.1 主程序流程图 . 344.1.2 温度传感器流程 . . 354.1.3 液晶显示流程 . 36结 论 . . 38参考文献 . 39致 谢 . . 40附图：设计总图 . 42前言为实现环境状态的自动、实时监测，无线传感网络由于其技术可靠、低功耗、成本低廉、开发周期短而得到了广泛的应用，但短距离通信这一特点一直制约着这一技术的广泛应用。本文将无线传感网技术和GPRS 网络相结合，并对无

10、线组网方式和深度以及传感器选型进行分析，实现了一种能对环境中多节点、多状态进行实时监测和预警的系统设计。本课题涉及到的内容比较新，特别是GSM 通信在各种控制过程中的应用现在各种领域中都在走智能化道路，这也应该是物联网的一种形式，其中更接近于人们日常生活的便是楼宇智能化，我相信这个方向将会有大大的开发价值与非常广阔而美好前景，这也正是我选择本课题的原因，希望可以从本次课题试着去接近、去熟知、去掌握这个领域的相关知识。本系统的设计是符合市场需求的，我相信在以后的物联网时代，它将会有更大的施展空间与消费前景。第一章 绪论1.1研究背景随着生活水平的提高，特别是物质生活水平的不断提高，人们对自己的个

11、人安全和家庭财产安全越来越重视，安全已成为一种市场需求；同时经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给家庭防控增加了新的难题和提出了新的课题，传统的人防物防的形式已难以适应社会形式发展的需求。科学技术的进步和普遍应用，进一步推动了智能化家庭的建设步伐，家庭安全技术防范系统已经从本地向远程监控发展，从社会的周边防范向家庭内部防控逐渐靠拢，家庭防盗报警系统在人们对美好生活的追求中迅速崛起。一个完善的智能家庭，具有便捷、安全、舒适、高档的生活环境，确保每一个家庭住户的生命财产安全，是建设本系统的最大意义和根本目的。1.2应用现状GSM 模块应用的产品。例如，在车载监控领域，使用GSM 模块将车辆

12、行驶的GPS 数据传输到车辆管理中心；在电力、水务系统，通过GSM 模块实现了远程智能抄表，可以实时监控用户的用电和用水量；在测绘行业，为很多偏僻的测绘点安装了GSM 模块实现了实时的监控，不必再人工收集数据；在家庭，可以安装无线报警系统，一旦发生火情或盗窃行为，可以立即通知户主和报警；在国外，很多老人小孩带了个人跟踪器，防止老人和小孩走失或意外发生，里面也是集成了GSM 模块。可以说，随着GSM 的网络建设的完善，GSM 模块的应用范围也越来越广。可见，GSM （Global System for Mobile communication）系统是目前基于时分多址技术的移动通讯体制中比较成目前

13、，GSM 模块依然在广泛的工业应用领域使用，在各行各业都能看到熟、完善、应用最广泛的一种系统。目前已建成覆盖全国的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。主要提供话音、短信息、数据等多种业务。1.3发展前景本课题涉及到的内容比较新，特别是GSM 通信在各种控制过程中的应用现在各种领域中都在走智能化道路，这也应该是物联网的一种形式，其中更接近于人们日常生活的便是楼宇智能化，我相信这个方向将会有大大的开发价值与非常广阔而美好前景，这也正是我选择本课题的原因，希望可以从本次课题试着去接近、去熟知、去掌握这个领域的相关知识。目前传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统在实际使用中暴露

14、了很多隐患，例如：为其它没有安防盗窗的相近楼层形成被盗隐患、发生火灾时不易逃生等。随着电子技术的飞速发展，报警系统已从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发展。而各种防盗报警系统之间的主要区别是在于如何让分机与主机、分机与用户之间进行通讯。目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式有固定电话拨号、以太网、集群系统等等。但它们有各自的缺点： 固定电话拨号容易被盗贼在入室抢劫前切断电话线或恶意占线，使其在关键时刻失灵。 以太网同样面临着线路被切断的隐患，且不易普及。 集群系统功耗很大，网络架设和维护费用很高，而且需要 购买固定的频点。1.4设计任务本设计介绍了用STC89C52RC 单片机实现的基于G

15、SM 短信模块的家庭防盗报警系统。利用STC89C52RC 单片机的功能特点、GSM 短信模块工作原理以及传感器工作原理，通过手机终端接收报警短信，并且可以发送命令短信异地遥控系统实现各种操作。利用各种传感器对可能出现的煤气泄露、温度、光照等监测情况，通过短信发送特定报警信息于预先设定好的手机号码，通知事主做出相应措施。第二章 系统总体设计2.1方案比较2.1.1 方案一基于8031单片机的防盗报警监控系统设计 系统可由单片机最小系统、报警信号输入和检测、驱动电路和声报警、移位寄存器和数码管等组成。8031最小系统由8031、74LS373、EPROM2764组成。报警信号的输入使用P1口的P

16、1.0-P1.7接8位开关，分别表示8个不同的报警位置。输出驱动和声报警电路由P3口的P3.5经同相放大器75451和蜂鸣器组成。数码管显示电路使用8031的串行口经一个串入并出的移位寄存器扩展为并行输出口，控制一个七段数码管。其功能是输入P1口的开关状态，检测是否有开关合上，若没有则继续检测；若有则检测是哪个开关合上了，然后去控制报警、显示，使数码管显示相应的号码，同时报警。用8031单片机控制一个检测报警系统，与以往用数字逻辑电路组成的控制系统相比，用单片机组成的检测报警系统，应具有更大的灵活性，功能也更强，但是现如今的防盗监控系统需要与时俱进，这种传统的家庭报警系统，采集信号的传感器需要

17、布线，由于集成在一个板子上，不仅有干扰，还限制了报警信号采集覆盖面，同时远程监控系统功能差，当家中没人时报警无法及时通知事主。2.1.2 方案二基于GSM 网络的家居远程监控系统设计本设计以单片机为STC89C52RC 核心，总共分为核心控制单元STC89C52RC 、GSM 无线通信、传感器数据信息采集、液晶显示、报警系统五大部分。系统利用光敏电阻、温度传感器采集可能出现的光照、火灾等情况，再将报警信息发送给单片机进行处理，然后，单片机对蜂鸣器做出控制，发出警报声音，同时，LCD 液晶显示具体报警信息，由此可以知道具体报警位置及其类型。微处理器通过GSM 模块以短信形式将特定报警信息发送于预

18、先设定好的手机号码，通知事主家中安全信息，以便事主及时做出相应措施。GSM （Global System for Mobile communication）系统是目前基于时分多址技术的移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。目前已建成覆盖全国的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。主要提供话音、短信息、数据等多种业务。基于GSM 短信息功能可以做成各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通信系统，能广泛用于远程监控、定位导航、个人通信终端等。由于公众GSM 网络在全球范围内实现了联网和漫游，建立上述系统不须再建专用通信网络，所以具有时事传输数据功能的短信息应用将

19、得到迅速普及。随着全球移动通信系统(GSM及移动通信网络的迅速普及，GSM 的短信息系统以其快捷方便而且廉价的特点拥有广泛的用户。本设计是基于GSM 网络的远程家庭智能监控系统，通过手机终端接收报警短信，并且可以发送命令短信异地遥控系统实现各种操作。系统利用各种传感器对温度、光照（有、无）、湿度（0%99%）天然气浓度（0%5%）等环境参量的采集，先传输到单片机上，再通过液晶显示屏显示具体报警信息，同时报警系统发出警报声，并通过GSM 网络用短消息发送特定报警信息于预先设定好的手机号码，通知事主做出相应措施。通过GSM 网络，即使远在千里之外也能对家中发生的各种突发意外情况了如指掌。由于该方案

20、具有功耗低、精确度高、软件编程较简单，智能化强，可远程监控等。因此在本次设计中采用方案二。在设计中，采用了STC89C52RC 单片机作为8031的升级替代产品，STC89C52RC 解决了的致命缺陷：支STC89C52RC 持ISP （在线更新程序）功能，但其芯片在整个电路中的工作控制原理不变。同时加入了GSM 模块，可轻松实现远程监控功能。2.2 核心控制单元STC89C52RC 模块闪电存储型器件STC89C52RC 作为设计的核心部分之一，由STC89C52RC 担任的主控制器构成了系统的主控模块，它不仅用于设计的硬件实现，对于设计程序的软件输入和实现也起到控制作用，将控制整个报警系统

21、能否正常工作。STC89C52RC 单片机概述STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。其管脚图如图2-1所示。主要特性如下：1. 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任 意选择，指令代码完全兼容传统8051.2. 工作电压：5.5V 3.3V （5V 单片机）/3.8V2.0V （3V 单片机）3. 工作频率范围：040MHz ，相当于普通8051的080MHz ，实际工 作频率可达48MHz4. 用户应用程序空间为8K 字节5. 片上集成

22、512字节RAM6. 通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉， P0口是漏极开路输出，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。7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片8. 具有EEPROM 功能9. 具有看门狗功能10. 共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T211. 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒12. 通用异步串行

23、口（UART ），还可用定时器软件实现多个UART13. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）图2-1STC89C52RC 管脚图STC89C52RC 单片机的工作模式掉电模式：典型功耗 <0.1A, 可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序空闲模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4Ma 7mA掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备STC89C52RC 引脚功能说明VCC （40引脚）：电源电压VSS （20引脚）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路 的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动

24、8个TTL 负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM 编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL 输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（L ）。此外，P1.0

25、和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL 输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（L ）。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX DPTR”指令）时，P 2送出高8

26、位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（S F R ）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。 P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P 3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个T T L 输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（L ）。在对Flash ROM编程或程

27、序校验时，P3还接收一些控制信号。 P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能。RST （9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST 引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR （地址8EH ）上的DISRTO 位可以使此功能无效。DISRT O 默认状态下，复位高电平有效。ALE/ROG （30引脚）：地址锁存控制信号（ALE ）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash 编程时，此引脚（ROG ）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用

28、来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE 脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址位8E H 的S FR 的第0位置“1”，ALE 操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOV 指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址位8EH 的SFR 的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。当AT89C51RC 从外部程序存储器执行外部代码时，SEN 在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，SEN 将不被激活。/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH 的外部程序存储器读

29、取指令，必须接GND 。注意加密方式1时，将内部锁定位RESET 。为了执行内部程序指令，VC C 。在Flash 编程期间，也接收12伏VPP 电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。特殊功能寄存器在STC89C52RC 片内存储器中，80H F FH 共128个单元位特殊功能寄存器（SFR ）。并非所有的地址都被定义，从80H FFH 共128个字节只有一部分被定义。还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将“1”写入未定义的单元，由于这些单元

30、在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。STC89C52RC 除了有定时器/计数器0和定时器/计数器1之外，还增加了一个一个定时器/计数器2. 定时器/计数器2的控制和状态位位于T2CON 和T2MOD 。定时器2是一个16位定时/计数器。通过设置特殊功能寄存器T2CON 中的C/T2位，可将其作为定时器或计数器。定时器2有3种操作模式：捕获、自动重新装载（递增或递减计数）和波特率发生器，这3种模式由T2CON 中的位进行选择。第三章 系统模块及工作原理3.1 GSM无线通信GPRS 模块GSM 模块将GSM 射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在

31、一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM 射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。因此，GSM 模块具有发送SMS 短信，语音通话，GPRS 数据传输等基于GSM 网络进行通信的所有基本功能。简单来讲，GSM 模块加上键盘、显示屏和电池，就是一部手机。目前，国内已经开始使用的GSM 模块有很多，而且这些模块的功能、用法差别不大。本设计采用的是GPRS 模块。在实际监测系统应用中，将无线传感网络和现有的移动通信网络相结合，就可以对所监测环境实现远距离、多天候、无人值守的智能监测。当环境状态的变化超过预先设定的阈值时、或者监测人员通过手机终端拨叫监测电话（系统SIM 卡中的手机号码）时，系统就

32、会自动将环境各监测节点的各种状态数据通过GPRS 网络以短信方式发送到用户手机。如图3-1所示。 图3-1无线环境监测系统主节点组成网络结构GPRS 网络主要实体包括GPRS 骨干网、GGSN 、SGSN 、本地位置寄存器HLR 、移动交换中心(MSC，拜访位置寄存器(VLR、移动台、分组数据网络(PDN、短消息业务网关移动交换中心(SMSGMSC 和短消息业务互通移动交换中心(SMSIWMSC 等。GPRS 网络引入了分组交换和分组传输的概念，这样使得GSM 网络对数据业务的支持从网络体系上得到了加强。GPRS 其实是叠加在现有的GSM 网络的另一网络，GPRS 网络在原有的GSM 网络的基

33、础上增加了SGSN （服务GPRS 支持节点）、GGSN （网关GPRS 支持节点）等功能实体。GPRS 共用现有的GSM 网络的BSS 系统，但要对软硬件进行相应的更新；同时GPRS 和GSM 网络各实体的接口必须作相应的界定；另外，移动台则要求提供对GPRS 业务的支持。GPRS 支持通过GGSN 实现的和PSPDN 的互联，接口协议可以是X.75或者是X.25，同时GPRS 还支持和IP 网络的直接互联。其模块电源电路如图3-2所示。图3-2GPRS 模块电源电路图GPRS 模块工作原理GPRS 数传模块是GPRS DTU主要应用部分，是工业级无线数据传输设备，通过移动GPRS 网络为用

34、户提供透明TCP 无线远距离数据传输或者透明UDP 无线远距离数据传输的功能。 厦门才茂GPRS DTU采用ARM9工业级高性能嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台, 超大内存, 内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈；同时提供串口RS232、RS485接口、RS422接口、TTL 接口或者USB 接口，设备可以直接客户的串口/USB设备相连；设备支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能；设备提供在线维持技术，保持数据终端永久在线，保存数据链路任何时候畅通，实现高速、稳定、可靠的TCP/UDP透明数据传输功能。正对对网络流量和产品功耗比较敏感的客户，本产品支持语音、短信、数据触

35、发上线以及超时自动断线的功能，降低流量降低产品功耗，实现低功耗功能。3.1.1 AT指令说明表3.1AT 指令说明 控制GSM MODEM 普遍采用AT 指令，AT 即Attention 的简称，早在90年代初期，AT 仅用于MODEM 操作，后来，由移动电话生产厂商共同为GSM 开发了一套完整的AT 指令集，并在此基础上进一步发展加入GSM07.05标准以及现在的GSM07.07协议标准，其中就包括对SMS 功能的控制指令。执行某一个动作的指令，X则表示“XXXX ”这个动作的可选项。比如要设置一条短消息的编码格式为PDU 模式：从表3.3.1中可以知道，指令为“AT+CMGF=0” CMG

36、F 代表格式设定，“0”代表格式设置成PDU 模式。在消息的发送与接收服务中，短消息的编码方式有三种，它们分别是B lock 模式、基于AT 指令的Text 模式和基于AT 指令的PDU 模式。最早的Blo ck 模式现如今已经逐步被Text 模式和PDU 模式所代替。相对PDU 模式，Tex t 模式编码简单，使用方便，但其最大的不足就是它不支持中文的收发。相反，PDU 编码方式支持中英文混合发送与接收，但其编码过程较Text 模式繁琐。下面将对Text 与PDU 两种编码方式做一定解析。3.1.2 PDU编码规则目前，发送短消息常用Text 和PDU(Protocol Data Unit

37、，协议数据单元 模式。使用Text 模式收发短信代码简单，实现起来十分容易，但最大的缺点是不能收发中文短信；而PDU 模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。PDU 模式收发短信可以使用3种编码：7-bit 、8-bit 和UCS2编码。7-bit 编码用于发送普通的ASCII 字符，8-bit 编码通常用于发送数据消息， UCS2编码用于发送Unicode 字符。一般的PDU 编码由ABCDEFGHIJKLM 十三项组成。A ：短信息中心地址长度，2位十六进制数（1字节） B ：短信息中心号码类型，2位十六进制数。C ：短信息中心号码，B+C的长度将由A 中的数据决定。D ：文件头字节，2位

38、十六进制数。E ：信息类型，2位十六进制数。F ：被叫号码长度，2位十六进制数。G ：被叫号码类型，2位十六进制数，取值同B 。H ：被叫号码，长度由F 中的数据决定。I ：协议标识，2位十六进制数。J ：数据编码方案，2位十六进制数。K ：有效期，2位十六进制数。L ：用户数据长度，2位十六进制数。M ：用户数据，其长度由L 中的数据决定。J 中设定采用UCS2编码，这里是中英文的Unicode 字符。3.1.3 RS-232串行接口RS-232是在任何时候都常用的接口之一。它不仅已经被内置于每台PC ，而且已被内置于从微控制器到主机的多种类型的电脑和与它们连接的设备。RS-232的最通常得

39、用处是连接到一个Modem ，其他拥有RS-232接口的设备包括打印机，数据采集模块，测试装置和控制回路。你也可以将RS-232用在任何类型得计算机之间的简单连接中。RS-232是设计来处理两台设备之间的通信的，距离限制为50到100f ，这决定于波特率和电缆类型。因为RS-232端口被广泛应用，它的另一个用途是与一个将这个接口转换成另一种类型的适配器相连。例如，一个简单的回路将一个RS-232端口转换成一个RS-485端口，这个端口可以和多台设备相连并且可以使用更长的导线连线。RS-232连接使用非平衡导线。尽管一个非平衡的状态听起来像是一些应该避免的东西，在这里它仅仅是指导线中的信号的电气

40、特性。在一条非平衡导线中，信号电压加到一条导线上，所有的信号电压都使用一个公共的接地线。这种类型的接口的另一个术语是单端。RS-232有几个优点：它是无处不在的。每一台PC 机都有一个或更多的RS-232端口。更新的计算机现在支持其他诸如USB 这样的串行接口，但是RS-232可以做很多USB 无法做的事情。在微控制器中，接口芯片使得将一个5V 串口转换成RS-232变得很容易。 连接距离可以达到50到100ft 。大多数的外设接口都不会用于太长的距离。USB 连接最长可以达到16ft ，PC 机的并口打印机接口与主机的距离可以达到10到15ft ，或者利用IEEE-1284B 型驱动器可以达

41、到30ft 。但是RS-232可以使用更长的电缆。如果每一个RS-232端口与一个Modem 相连，你可以使用电话网在世界范围内发送数据。对于一个双向连接，你只需要3条导线。一个并行连接一般需要8条数据线，两条或者更多的控制信号线，和几条接地线。所有的导线和更大的连接器使得价格累计起来就比较高了。RS-232的缺点包括以下这些：如果连接的另一头需要并行数据，它不得不将这个串口数据转换成并行数据。但是利用一个UART ，这很容易实现。串口是如此的有用，以至于寻找一个未用的串口可能会比较困难。PC 机可以有多个串口，但是一个系统可能无法为每一个串口分配一个唯一的中断请求信号。大多数的微控制器只有一

42、个硬件串口。其中，RS-232电平转换电路如图3-3所示：图3-1-3 RS-232电平转换电路在一个连接中不能有超过2台以上的设备。指定的最大数据传输速率是每秒20000位。但是，很多接口芯片可以超过这个数值，尤其是在短程连接上。很长的连接需要一个不同的接口。双向RS-232通信的3个基本信号如下：TD ：将数据从DCE 传输到DCE 也被称作TX 和TXD 。RD ：将数据从DCE 传输到DTE 。也被称作RX 和RXD 。SG ：信号地。也被称作GND 和SGND 。电压RS-232的逻辑电平用正负电压表示，而不是只用5V TTL和CMOS 逻辑的正电压信号表示。在一个RS-232的数据

43、输出（TD ），一个逻辑0 被定义为等于或者高于+5V，而一个逻辑1被定义为等于-5V 或者比低于-5V 。换言之，信号使用负逻辑，在这种逻辑中，负的电压为逻辑1。控制信号使用相同的电压，但是使用的是正逻辑。一个正的电压表示这项功能为开，而一个负的电压表示这个功能为关。RS-232接口芯片反向转换这些信号。在一个UART 的输出引脚，一个逻辑1 数据位或者一个关控制信号接近于5V ，它在RS-232的接口产生一个负电压。一个逻辑0数据位或者一个开控制信号接近于0V ，它在RS-232接口产生一个正电压。因为一个RS-232接收器可能位于一条长电线缆的末端，等到信号到达接收者的时候，它的电压可能

44、已经削弱了或者加载了噪声信号。考虑到这种情况，在接受方最低要求的电压要比在驱动器处要低。一个比+3V高得多的输入在RD 处是一个逻辑0，或者在一个控制输入处是一个开。一个比-3V 要低得多的输入在RD 处为一个逻辑1，或者在一个控制输入处为一个关。根据这个标准，在-3V 和+3V之间的一个输入的逻辑电平没有定义。噪声容限，或者电压容限，是输出电压和输入电压的区别所在。RS-232的大电压波动导致一个比5V TTL逻辑宽得多的噪声容限。例如，即便一个RS-232驱动器的输出为最小的+5V，它也会在接受方削弱或者噪声峰值大到2V ，并且仍旧是一个有效逻辑0。很多RS-232输出有更宽的电压波动：&

45、#177;9V和 12V是很平常的事情。这些都导致更宽的噪声容限。最大允许的电压波动是 15V，尽管接受方必须不受任何损害地处理高达 25V的电压。使用的另外两个与RS-232有关的术语是Mark 和Space 。Space 是逻辑0，而Mark 是逻辑1。这两个术语是多年以前机械记录仪二进制数据的，他们分别代表物理标记和空白。计时限制TIA/EIA-232包括最小和最大计时规定。所有的RS-232接口芯片都符合这个规定。指定的旋转速度限制了接口的最大比特率。旋转率是当输出切换时电压变化的快慢的量度，并且描述了一个输出的电压变化的瞬间速度。一个RS-232驱动器的旋转速度必须是每毫秒30V 或

46、者更少。限制旋转速度的好处是它通过事实上消除由于电压偏转引发的问题来改进信号质量，电压偏移发生在传输有着快速上升和下降节拍的信号的长距离连线上。但是旋转速度也限制了一个连接的最大速度。在30V/us的速度下，一个输出需要0.3us 从+5V切换到-5V 。RS-232的规定的最大波特率为20kbps ，这个速度转换成一个比特宽度为50us ，或者在允许的最快旋转速度下为166倍的切换时间。事实上，因为UART 在位的中间附近读取输入数据，并且还因为大多数的时间参考时钟是非常准确的，你可以安全的使用短到5到10倍的切换时间的位的宽度。考虑到这些，有的接口芯片允许115kbps 或者更高的波特率，

47、即使这违反了这个标准的建议。除了有一个最大的切换速度之外，RS-232 驱动器还必须符合最低标准以确保信号不在逻辑状态之间的未定义区域停留。对于控制信号和其他40bps 和更低的信号，信号线必须花费不超过1ms 的时间在有效的逻辑1和逻辑0之间的传送区域，对于其他数据和时间信号，这个限制是4%的位宽，或者在20bps 下为2us 。信号的上升和下降次数也要尽可能的接近相等。在5V 逻辑和RS-232之间转换。很多微控制器有异步串口，但是它们的输出和输入使用5V 逻辑而不是使用RS-232电压。将5V 落连接到一个RS-232端口需要转换到RS-232电平和从RS-232电平转换到5V 逻辑。利

48、用5V 逻辑，我假定了TTL 或者CMOS 逻辑芯片使用的逻辑电平，这些芯片是由一个单一的+5V电源供电，信号电平以接地电平作为参考。对于TTL 逻辑，一个逻辑低输入不高于0.8V 。一个逻辑高输出必须至少2.4V ，而一个逻辑高输入必须至少为2V 。利用这些逻辑电平，一个接口可以有0.4V 的噪声信号而不至于产生错误。这些逻辑电平应用在初期的，标准的7400系列的TTL 逻辑和他的派生系列，包括74LS74F 和74ALS TTL。较早的利用NMOS 技术制造的微控制器也使用这些逻辑电平。大多数的CMOS 芯片定义了不同的逻辑电平，并且有更宽的噪声容限。一个逻辑低CMOS 输出不高于0.1V

49、 ，而一个逻辑低输入可以高达20%的电源电压，或者对于5V 的电源输入可以达到1V 。一个逻辑高输出至少为4.9V ，而一个逻辑高输入必须至少达到电源电压的70%，或者对于5V 电源输入而言达到3.5V 。使用这样的逻辑电平的系列包括4000系列，74HC 和74AC 。有的CMOS 芯片有TTL 兼容输出。这使得他们可以直接和CMOS 或者TTL 逻辑项链。遵循这个惯例的芯片包括74HCT 逻辑系列和大多数的微控制器。3.2温度传感器3.2.1 DS18B20温度传感器特点(1单线结构，只需一根信号线和CPU 相连。(2不需要外部元件，直接输出串行数据。(3 可不需要外部电源，直接通过信号线

50、供电，电源电压范围为3.3V 5V 。(4测温精度高，测温范围为：一55+125，在-10+85范围内，精度为±0.5。(5测温分辨率高，当选用12位转换位数时，温度分辨率可达00625。(6数字量的转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制：9位精度的转换时间为9375 ms：10位精度的转换时间187.5ms ：12位精度的转换时间750ms 。(7具有非易失性上、下限报警设定的功能，用户可方便地通过编程修改上、下限的数值。(8可通过报警搜索命令识别哪片DS18B20采集的温度超越上、下限。DS18B20管脚图图3-4DS18B20管脚图DS18B20引脚及管脚功能介绍DS18B20的常用封装有3脚、8脚等几种形式。DQ ：数字信号输入输出端。GND ：电源地端。VDD ：外接供电电源输入端(在寄生电源接线时此脚应接地 。DS18B20内部结构简要介绍：DS18B20的内部结构主要