基于GPRS的远程无线温度采集系统的设计说明书

1、 学 号：4HEBEI UNITED UNIVERSITY毕业设计说明书GRADUATEDESIGN设计题目：基于GPRS的远程无线温度采集系统的设计学生专业班级：09电信2班学 院：信息工程学院指导教师：许广宾 副教授于树利 高级工程师2013年06月02日摘 要GPRS作为一种高速、高效、经济的无线系统，具有网络覆盖围广、数据带宽宽、适应性强、计价按数据流量计算、实时在线的优点，特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，能够满足数据采集与监控的双向数据信息传输。文中设计了一种温度控制系统，提高了温度检测系统的综合性能用单片机作为微控器，选用数字温度传感器，对温度进行控制，提出了一

2、种基于GPRS技术的远程温度监测系统方案，采用MSP430单片机和DS18B20数字温度传感器实现现场温度数据的采集和处理，再通过GPRS模块MG323实现远程的数据传输和接收，具有精度高、稳定性好的特点。硬件方面设计了一个基于单片机的温度智能控制系统，以MSP430单片机为核心，采用了温度传感器DS18B20，以GPRS无线通信模块为基础，基于AT指令和数据采集器，构建一个远程的温度数据采集系统，对温度进行控制。关键词温度采集系统；DS18B20；单片机；GPRSAbstractGPRS as wireless a high-speed, high efficiency, economy s

3、ystem, has a wide network coverage, according to the data with Eric, strong adaptability, valuation data flow calculation, the advantages of real-time online, especially suitable for intermittent, sudden and frequent, small amounts of data transmission, can satisfy the data acquisition and monitorin

4、g of the bidirectional data transmission.In this paper, we design a temperature control system, improve the comprehensive use of temperature detection system single chip as micro controller, digital temperature sensor, the temperature control, puts forward a remote temperature monitoring system sche

5、me based on GPRS technology, the scene is realized by using MSP430 MCU and DS18B20 digital temperature sensor temperature data acquisition and processing, again by MG323 GPRS module to achieve remote data transmission and receiving, has features of high precision and good stability. A hardware desig

6、n based on single chip microcomputer intelligent temperature control system, with MSP430 single chip microcomputer as the core, adopting the temperature sensor DS18B20, based on the GPRS wireless communication module, based on the AT commands and data collector, to build a remote temperature data ac

7、quisition system, to control the temperature.KeywordsTemperature acquisition system; DS18B20; Single chip microcomputer; GPRS;目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358763118摘要 PAGEREF _Toc358763118 h IHYPERLINK l _Toc358763119Abstract PAGEREF _Toc358763119 h IIHYPERLINK l _Toc358763120第1章绪论 PAGEREF _T

8、oc358763120 h 1HYPERLINK l _Toc3587631211.1 引言 PAGEREF _Toc358763121 h 1HYPERLINK l _Toc3587631221.2 课题设计背景 PAGEREF _Toc358763122 h 1HYPERLINK l _Toc3587631231.3 课题设计意义 PAGEREF _Toc358763123 h 2HYPERLINK l _Toc358763124第2章系统主要模块介绍和硬件设计 PAGEREF _Toc358763124 h 3HYPERLINK l _Toc3587631252.1 主控芯片介绍 PAG

9、EREF _Toc358763125 h 3HYPERLINK l _Toc3587631262.1.1 MSP430F149芯片概述 PAGEREF _Toc358763126 h 3HYPERLINK l _Toc3587631272.1.2 MSP430F149芯片引脚 PAGEREF _Toc358763127 h 3HYPERLINK l _Toc3587631282.1.3 单片机控制模块 PAGEREF _Toc358763128 h 5HYPERLINK l _Toc3587631292.2 GPRS模块介绍 PAGEREF _Toc358763129 h 7HYPERLINK

10、 l _Toc3587631302.2.1 GPRS模块B2B连接器接口 PAGEREF _Toc358763130 h 7HYPERLINK l _Toc3587631312.2.2 MG323电源接口 PAGEREF _Toc358763131 h 9HYPERLINK l _Toc3587631322.2.3 控制信号接口和开/关机时序 PAGEREF _Toc358763132 h 10HYPERLINK l _Toc3587631332.2.4 UART接口 PAGEREF _Toc358763133 h 12HYPERLINK l _Toc3587631342.2.5 SIM卡接口

11、 PAGEREF _Toc358763134 h 13HYPERLINK l _Toc3587631352.3 温度传感器简介 PAGEREF _Toc358763135 h 14HYPERLINK l _Toc3587631362.3.1 DS18B20管脚配置和部结构 PAGEREF _Toc358763136 h 15HYPERLINK l _Toc3587631372.3.2 DS18B20的工作原理 PAGEREF _Toc358763137 h 16HYPERLINK l _Toc3587631382.3.3 DS18B20的硬件设计 PAGEREF _Toc358763138 h

12、 18HYPERLINK l _Toc3587631392.4 显示模块 PAGEREF _Toc358763139 h 19HYPERLINK l _Toc3587631402.4.1液晶驱动芯片 PAGEREF _Toc358763140 h 19HYPERLINK l _Toc3587631412.4.2 段式液晶显示器 PAGEREF _Toc358763141 h 21HYPERLINK l _Toc3587631422.4.3 显示模块硬件电路设计 PAGEREF _Toc358763142 h 21HYPERLINK l _Toc3587631432.5 电源模块 PAGEREF

13、 _Toc358763143 h 22HYPERLINK l _Toc3587631442.5.1 单片机供电模块 PAGEREF _Toc358763144 h 22HYPERLINK l _Toc3587631452.5.2 GPRS供电模块 PAGEREF _Toc358763145 h 23HYPERLINK l _Toc358763146第3章系统软件设计 PAGEREF _Toc358763146 h 25HYPERLINK l _Toc3587631473.1 温度采集程序设计 PAGEREF _Toc358763147 h 25HYPERLINK l _Toc358763148

14、3.2 GPRS模块程序设计 PAGEREF _Toc358763148 h 26HYPERLINK l _Toc3587631493.3 系统总体程序设计 PAGEREF _Toc358763149 h 29HYPERLINK l _Toc358763150第4章系统硬件电路板的设计 PAGEREF _Toc358763150 h 31HYPERLINK l _Toc3587631514.1 系统硬件原理图 PAGEREF _Toc358763151 h 31HYPERLINK l _Toc3587631524.2 系统PCB图 PAGEREF _Toc358763152 h 33HYPER

15、LINK l _Toc3587631534.3 硬件制作 PAGEREF _Toc358763153 h 34HYPERLINK l _Toc3587631544.4 硬件调试 PAGEREF _Toc358763154 h 35HYPERLINK l _Toc358763155结论 PAGEREF _Toc358763155 h 36HYPERLINK l _Toc358763156参考文献 PAGEREF _Toc358763156 h 37HYPERLINK l _Toc358763157辞 PAGEREF _Toc358763157 h 39HYPERLINK l _Toc358763

16、158附录 PAGEREF _Toc358763158 h 40HYPERLINK l _Toc358763159附录1：系统硬件原理图 PAGEREF _Toc358763159 h 40HYPERLINK l _Toc358763160附录2：显示模块程序 PAGEREF _Toc358763160 h 42HYPERLINK l _Toc358763161附录3：温度传感器程序 PAGEREF _Toc358763161 h 49HYPERLINK l _Toc358763162附录4：GPRS模块程序 PAGEREF _Toc358763162 h 52HYPERLINK l _Toc

17、358763163附录5：系统整体程序 PAGEREF _Toc358763163 h 54第1章 绪论1.1 引言温度检测技术在我国的工业生产中应用非常普遍，传统的温度检测系统一般采用分散式三级系统，这种系统多采用有线传输方式，其远程线路铺设与维护不仅需要较高的成本，而且引线过长将导致整个系统功耗上升，稳定性下降。温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化丁、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制。有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。随着社会的进步和生产的需要，利用无线通信进行温度数据采集的方式应用已经渗透到生活各个

18、方面。在工业现场，由于生产环境恶劣，工作人员不能长时间停留在现场观察设备是否运行正常，就需要采集数据并传输数据到一个环境相对好的操控室，这样就会产生数据传输问题。由于厂房大、需要传输数据多，使用传统的有线数据传输方式就需要铺设很多很长的通讯线，浪费资源，占用空间，可操作性差，出现错误换线困难。而且，当数据采集点处于运动状态、所处的环境不允许或无法铺设电缆时，数据甚至无法传输，此时便需要利用无线传输的方式进行数据采集。在农业生产上，不论是温室大棚的温度监测，还是粮仓的管理，传统上都是采取分区取样的人工方法，工作量大，可靠性差。而且大棚和粮仓占地面积大，检测目标分散，测点较多，传统的方法已经不能满

19、足当前农业发展的需要。当前的科技水平下，无线通信技术的发展使得温度采集测量精确，简便易行。在日常生活中，随着人们生活水平的提高，居住条件也逐渐变得智能化。如今很多家庭都会安装室温度采集控制系统，其原理就是利用无线通信技术采集室温度数据，并根据室温度情况进行遥控通风等操作，自动调节室温度湿度，可以更好地改善人们的居住环境。本系统的设计采用了华为公司推出的MG323 GPRS模块，由MSP430F149单片机控制实现无线数据通信。该接口设计具有成本低、传输速率高、软件设计简单以与通信稳定可靠等特点。1.2 课题设计背景温度与人们的生产生活密切相关，需要对温度监测的场合非常多。传统的有线测温方式存在

20、着布线复杂，线路容易老化等问题。无线测温技术与有线测温技术相比，有成本低、携带方便、搭建网络简单快捷等特点，特别是在有线网络不通畅或由于现场环境因素的限制不便架设线路的情况下，使用无线通信技术进行温度监测显得更加实用、快捷。随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机远程无线监控技术在工业控制领域中的应用越来越广泛。GPRS技术从实验室研究、地区围试用到正式商用，经过了长时间的完善，技术先进可靠。GPRS设备数据监控终端传输设备一开机就能自动附着到GPRS网络上，与数据中心实时在线进行实时数据通信，高速输，可靠性高。随着无线通信技术的发展，采用无线的传输方式已成为远程分布式温度监测技术的发展趋势

21、。GPRS技术在移动通信领域的发展，已经能够实际应用到许多需要无线数据传输的领域，也为温度采集传输与监控提供了一种新的数据通信方式。温度传输的实时性与可靠性成了设计远程数据采集系统的关键。1.3 课题设计意义本文对GPRS远程温度监测系统硬件和软件设计进行说明。温度检测采用 DS18B20，非常适用于多点、恶劣环境下的温度监测系统。系统进行温度数据的实时监测，监测数据精度高，系统操作简单，而且可应用于有线网络设备无法到达的地方，实现了温度监测的自动化智能化，具有成本低廉分布灵活，实时在线的优点。GPRS模块利于系统集成，成本较低，运行稳定可靠，适用于远距离监测，不受地形条件的限制，有着广泛的应

22、用前景。系统的实现给远程对温度的要求提供了方便，而且快捷，成本不高等，为农业工业生产带来极大的方面。第2章 系统主要模块介绍和硬件设计2.1主控芯片介绍2.1.1MSP430F149芯片概述单片机芯片配以必要的外部器件，一般包括电源供入与电源开关、复位电路、晶振、输入输出电路等就能构成最小系统。MSP430F149芯片是美国TI公司推出的超低功耗微处理器，有60KB+256字节FLASH，2KBRAM，包括基本时钟模块、看门狗定时器、带3个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器、带7个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器、2个具有中断功能的8位并行端口、4个8位并行端口、模拟比较器、

23、12位A/D转换器、2个串行通信接口等模块。MSP430F149芯片具有如下特点：（1）功耗低：电压2.2V、时钟频率1MHz时，活动模式为200A；关闭模式时仅为0.1A，且具有5种节能工作方式。（2）高效16位RISC-CPU，27条指令，8MHz时钟频率时，指令周期时间为125ns，绝大多数指令在一个时钟周期完成；32kHz时钟频率时，16位MSP430单片机的执行速度高于典型的8位单片机20MHz时钟频率时的执行速度。（3）低电压供电、宽工作电压围：1.83.6V；（4）灵活的时钟系统：两个外部时钟和一个部时钟；（5）低时钟频率可实现高速通信；（6）具有串行在线编程能力；（7）强大的中

24、断功能；（8）唤醒时间短，从低功耗模式下唤醒仅需6微妙；（9）ESD保护，抗干扰力强；（10）运行环境温度围为-40+85，适合于工业环境。MSP430系列单片机的所有外围模块的控制都是通过特殊寄存器来实现的，故其程序的编写相对简单。编程开发时通过专用的编程器，可以选择汇编或C语言编程，IAR公司为MSP430系列的单片机开发了专用的C430语言，可以通过WORKBENCH和C-SPY直接编译调试，使用灵活简单。2.1.2 MSP430F149芯片引脚58脚RST/NMI为430单片机的复位引脚（低电平有效）。1脚DVCC，63脚DVSS为数字电源接口。64脚AVCC，62脚AVSS为模拟电源

25、接口。注意：MSP430系列单片机的供电电压为1.8V3.6V。32脚UTXD0，33脚URXD0的第二功能为MSP430F149单片机两路串口通讯接口中的第一路。图2.1单片机管脚图34脚UTXD1，35脚URXD1的第二功能为MSP430F149单片机两路串口通讯接口中的第二路。29脚SIMO0，30脚SOMI0，31脚UCLK0的第二功能为MSP430F149单片机两路SPI通讯接口中的第一路。45脚SIMO1，46脚SOMI1，47脚UCLK1的第二功能为MSP430F149单片机两路SPI通讯接口中的第二路。48脚的第二功能为MSP430F149单片机MCLK（主系统时钟）的输出端。

26、49脚的第二功能为MSP430F149单片机，SCLK（子系统时钟）的输出端。50脚的第二功能为MSP430F149单片机，ACLK（辅系统时钟）的输出端。52脚，53脚为外部高频时钟晶振输入端（程序中说明一般用XT2CLK或HFXTAL表示）。8脚，9脚为外部低频时钟晶振输入端（程序中说明一般用LFXTICLK表示）。59脚TA0，60脚TA1，61脚TA2，2脚A3，3脚A4，4脚A5，5脚A6，6脚A7的第二功能为8路的部12位ADC模拟电压输入端口。54脚TDO/TDI，55脚TDI/TCLK，56脚TMS，57脚TCK为JTAG接口（同时拥有仿真器和编程器的功能），用于下载程序并实现

27、硬件在线仿真。2.1.3 单片机控制模块单片机控制模块由MSP430f149最小系统组成，其中包括单片机，晶振电路和复位电路。单片机 图2.2单片机硬件原理图（2）晶振电路MSP430系列单片机时钟模块包括数控振荡器(DCO)、高速晶体振荡器和低速晶体振荡器等3个时钟源。这是为了解决系统的快速处理数据要求和低功耗要求的矛盾，通过设计多个时钟源或为时钟设计各种不同工作模式，才能解决某些外围部件实时应用的时钟要求，如低频通信、LCD显示、定时器、计数器等。数字控制振荡器DCO已经集成在MSP430部，在系统中只需设计高速晶体振荡器和低速晶体振荡器两部分电路。低速晶体振荡器满足了低功耗与使用32.7

28、68kHz晶振的要求。低速晶振振荡器默认工作在低频模式，即32.768kHz，也可以通过外接450kHz8MHz的高速晶体振荡器或瓷谐振器工作在高频模式，在本电路中我们使用低频模式，晶振外接2个15pF的电容经过X3和X4连接到MCU。高速晶振也称为第二振荡器，它为MSP430F149工作在高频模式时提供时钟，最高可达8MHz。在系统中采用4MHz的晶体，外接2个20pF的电容经过X1和X2连接到单片机。图2.3晶振电路原理图（3）复位电路单片机采用上电复位，复位端低电平有效。图2.4 复位电路原理图2.2 GPRS模块介绍MG323模块是华为推出的一款4频段的GPRS模块。工作频段为GSM8

29、50/900/1800/1900MHz，电源电压为3.3V4.8V，推荐电压为3.8V。2.2.1 GPRS模块B2B连接器接口MG323模块对外接口形态为50pinB2B连接器，MG323模块对外50pin B2B信号接口管脚顺序和定义如下图所示。图2.5 B2B连接器接口顺序和定义图2.6 MG323模块硬件电路图2.2.2 MG323电源接口MG323模块B2B接口的电源部分主要包含：供电电源VBAT接口，实时时钟RTC备用电源VCOIN接口，对外电源输出VIO接口 。表2-1 电源接口管脚定义管脚号信号名描述42、44、46、48、50VBAT供电电源电压输入管脚41、43、45、47

30、、49GND地35VCOIN实时时钟(RTC)备用电源输入管脚40VIO对外电源输出管脚（1）VBAT接口MG323 模块正常工作时需要通过 VBAT 管脚来提供供电电源，供电电源电压输入围为3.3V4.8V（典型值 3.8V）。50PIN B2B 连接器为外部供电电源输入提供5个VBAT 管脚和5个GND管脚，MG323模块在正常使用时，需保证全部管脚都得到有效使用。当 MG323模块针对不同外部应用时，需重点关注供电电源方面的设计。由于实际网络 环境的差异，当 MG323 模块以最大功率发射时，电源供电的瞬时电流将有可能达到 2.0A 左右的瞬时峰值，届时将会引起 VBAT 电压的跌落，所

31、以应确保 VBAT 在任何 情况下供电电源电压的跌落不能低于 3.3V，否则可能会引起 MG323 模块重启等异常情况。对于外部供电电源，推荐使用电流输出能力大于 2A 的 LDO 或开关电源，并且在模块 的电源端口处并联一个 2mF 以上的蓄能电容。对于蓄能电容，推荐使用 2.2mF 以上的 电解电容。此外，为了降低通路上阻抗对电压跌落的影响，建议尽量缩短 VBAT 的走 线。（2）VCOIN接口VCOIN 是 MG323 模块部实时时钟 RTC 备用电源输入接口。当 VBAT 在位时，实时 时钟 RTC 可以优先通过 VBAT 供电；当 VBAT 不在位时，VCOIN 为实时时钟 RTC

32、提 供备用电源输入，此时 MG323 模块维持实时时钟 RTC 功能所需电流约为5uA。VCOIN 可以使用外部电池供电，推荐使用的电池电压为3V；如果不使用电池，也可以外接电容，电容的容值大小决定了在 VBAT 不在位时实时时钟 RTC 的持续时间。MG323 模块支持对外部备用电池进行充电，当 VBAT=3.8V 时，充电电流约为0.6mA(典型值)。（3）VIO接口VIO 接口可对外提供 2.8V 供电电压，输出电流为 10mA（典型值），可以用于外部电平 转换或者其他应用。当 MG323 模块处于 SLEEP 模式下，VIO 处于开启的低功耗状态（500uA）；当MG323 模块在 P

33、ower Down 模式时，VIO 则处于关闭状态。2.2.3 控制信号接口和开/关机时序MG323 模块 B2B 接口的控制信号部分主要包括：开/关机（TERM_ON）接口，硬件复位（RESET）接口，网络状态指示（LED_SEATUS）接口。 表2-2 控制信号接口管脚定义管脚号信号名描述20TERM_ON开/关机控制管脚22RESET硬件复位管脚25LED_STATUS网络状态指示管脚（1）输入控制信号对于输入控制信号接口部分，MG323 模块主要实现开/关机控制和硬件复位功能。TERM_ON 管脚用于实现开/关机功能。当 TERM_ON 管脚拉低1s 后，即可开机；开 机后，如果再次将

34、 TERM_ON 管脚拉低1s，即可关机。RESET 管脚用于实现模块硬件复位。当模块出现软件死机的情况时，通过拉低 RESET管脚10ms 后，模块进行硬件复位。（2）输出控制信号MG323 模块提供了一个网络状态指示接口 LED_STATUS，通过该接口输出的脉冲信号 来控制用户接口板上的 LED 状态指示灯，显示网络连接的状态。LED 状态指示灯闪烁的不同模式，代表了不同的网络状态，管脚状态如下表所示。表2-3 LED_STATUS管脚状态指示说明工作或网络状态LED_STATUS 管脚输出状态睡眠模式持续低电平搜网状态或无网络时（含无SIM卡或未解PIN码时）周期1s，高电平输出0.1

35、s已注册上2G网络周期3s，高电平输出0.1sGPRS数据业务周期0.125s，高电平输出0.1s语音呼叫持续高电平在实际应用中，LED_STATUS 管脚不能直接用于驱动 LED 状态指示灯，需要配合三极 管使用，LED 灯的限流电阻选择，请根据 LED 的实际压降和额定电流选择合适的限流 电阻，驱动示意电路如图所示。图2.7 MG323信号指示灯（3）开/关机时序MG323 模块可以通过开/关机键 TERM_ON 进行开机，开机后软件会根据实际设置情 况上报相关信息。图2.8 开机时序MG323 模块支持硬件复位功能。当 MG323 模块出现软件死机的情况时，您可以通过 RESET 信号控

36、制模块实现硬件复位功能。当硬件复位完成后，软件开始开机流程，开 机后软件会根据实际设置情况上报相关信息。图2.9 关机时序2.2.4 UART接口MG323模块对外提供一路异步RS-232 UART1(8线全串口)通信接口。UART1支持标准Modem握手信号控制方式，通过UART1接口与外界进行串行通信和AT指令输入。表2-4 UART接口定义管脚号信号名描述29UART1_RD模块数据发送端33UART1_TD模块数据接收端38UART1_RIN G模块振铃指示32UART1_DSR模块数据设备就绪34UART1_RTS请求发送36UART1_DTR数据终端就绪28UART1_CTS模块清

37、除发送24UART1_DCD模块载波检测2.2.5 SIM卡接口MG323 模块提供了符合ISO7816-3标准的SIM卡接口，支持自动检测3.0V和1.8VSIM卡，SIM卡接口定义如下表所示。表2-5 SIM卡接口定义表管脚号信号名描述1SIM_CLKSIM 卡时钟3VSIMSIM 卡电源5SIM_DATASIM 卡数据7SIM_RSTSIM 卡复位11GNDSIM 卡地MG323 模块上没有预留 SIM 卡座，而是通过 50pin 的 B2B 连接器将 SIM 卡相关信号 引到外部，由用户自行在接口板上放置 SIM 卡座。SIM 卡接口硬件电路如下图所示。图2.10 SIM卡原理图图2.

38、11 SIM卡原理图2.3 温度传感器简介在设计中，温度采集模块我使用的是美国 DALLAS公司采用单总线技术生产的一种新型数字式温度传感器DS18B20。DS18B20温度芯片是一种集成芯片，能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度，简化电路的结构。使用集成芯片，已经慢慢的成为设计电路的一种趋势。本系统设计使用温度芯片DS18B20，也正是顺应了这一趋势。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，其测温分辨率可达0.0625C，其提供9位温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS1820或从DS1820送出。因此从中央处理器到DS1820仅需连接一条线（和地），读写

39、和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。因为每一个DS1820有唯一的系列号，因此多个DS1820可以存在于同一条单线总线上，这样占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。这就允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。此特性的应用围包括HVAC环境控制、建筑物设备或机械的温度检测，以与过程监视和控制中的温度检测。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度围为-55+125C，在-10+85C围,精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。温度芯片DS18B20转换速度快，转换精度高，与微处理器的

40、接口简单，给硬件设计工作带来了极大的方便，能有效地降低成本，缩短开发周期。在本检测系统设计中采用外部电源供电测温的工作方式，其中电阻R是上拉电阻，使得单线总线的空闲状态是高电平。2.3.1 DS18B20管脚配置和部结构图2.12 DS18B20管脚图引脚定义： (1)GND为电源地；(2)DQ为单数据总线，是数字信号输入/输出端；(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 部结构：图2.13DS18B20部结构图（1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的4

41、8位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不一样，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。（2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。 图2.14 DS18B20温度值格式表这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；

42、如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。 例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H。2.3.2 DS18B20的工作原理DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的部存储器资源。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是： （1）ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18

43、B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。 （2）RAM 数据暂存器，用于部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEP

44、ROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。DS18B20的使用方法 （1）DS18B20的初始化。图2.15 DS18B20的初始化时序图1、先将数据线置高电平“1”。2、延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）3、数据线拉到低电平“0”。4、延时750微秒（该时间的时间围可以从480到960微秒）。5、数据线拉到高电平“1”。6、延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行

45、等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。7、若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。8、将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。 （2）DS18B20的写操作图2.16 DS18B20的写操作时序图1、数据线先置低电平“0”。2、延时确定的时间为15微秒。3、按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。4、延时时间为45微秒。5、将数据线拉到高电平。6、重复（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。7、最后将数据线拉高。（3）DS18B20的读操作图2.17 DS18B20的读操作时序图1

46、、将数据线拉高“1”。2、延时2微秒。3、将数据线拉低“0”。4、延时15微秒。5、将数据线拉高“1”。6、延时15微秒。7、读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。8、延时30微秒。2.3.3 DS18B20的硬件设计DS18B20在本系统中与发送端单片机的P1.4连接。如图：图2.18 DS18B20硬件原理图2.4 显示模块2.4.1液晶驱动芯片HT1621是128点存映象和多功能的LCD驱动器HT1621的软件配置特性使它适用于多种LCD应用场合包括LCD模块和显示子系统用于连接主控制器和HT1621的管脚只有4或5条HT1621还有一个节电命令用于降低系统功耗。（1）特性：*工

47、作电压2.45.2V*嵌256KHzRC振荡器*可外接32KHz晶片或256KHz频率源输入*可选1/2或1/3偏压和1/2、1/3或1/4的占空比*片时基频率源*蜂鸣器可选择两种频率*节电命令可用于减少功耗*嵌时基发生器和看门狗定时器WDT*时基或看门狗定时器溢出输出*八个时基/看门狗定时器时钟源*一个324的LCD驱动器*一个嵌的324位显示RAM存*四线串行接口*片LCD驱动频率源*软件配置特征*数据模式和命令模式指令*三种数据访问模式*提供VLCD管脚用于调整LCD操作电压（2）HT1621b管脚图2.19 HT1621B管脚图图2.20 HT1621B管脚说明2.4.2 段式液晶显示

48、器段式液晶算液晶的一种，他的驱动分COM和SEG，采用的是交流驱动，也可以说每一位上的电压是在正负电场之间不断变化的，不能采用直流供电，否则会造成液晶老化坏死。段式LCD驱动简单，耗电量小，在仅需要显示数字的场合应用较多，也用来在便携式应用的场合来代替数码管，由于本设计只需显示温度，所以选用四位段式液晶屏BTL010作为显示器。2.4.3 显示模块硬件电路设计图2.21 显示模块硬件原理图主芯片与HT1621B接口只需4条线。CS线用于初始化串行接口电路并终止主控芯片与HT1621B之间的通信，如果CS脚置为1主控器与HT1620B之间的通信先被禁止，然后初始化。在执行模式命令或进行模式切换时

49、需要一个高电平的脉冲初始化HT1620B的串行接口。DATA线是串行数据输入/输出线，读写的数据和执行的命令都必须通过DATA线。RD线是读时钟输入线，RAM中的数据在RD信号的下降沿输出输出的数据将会出现在DATA线上主控芯片应当在RD信号的上升沿和下一个下降沿之间读取正确的数据。WR线是写时钟输入，DATA线上的数据地址和命令都在WR信号的上升沿输入液晶驱动芯片。2.5 电源模块2.5.1 单片机供电模块LM1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，LM1117器件的压差保证最大不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。

50、LM1117的片上微调把基准电压调整到1.5%的误差以，而且电流限制也得到了调整，以尽量减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力。LM1117-3.3V管脚图2.22 LM1117-3.3 管脚图表2-6 LM1117-3.3管脚说明管脚号管脚名称功能1GND地2OUTPUT输出电压2INPUT输入工作电压LM1117-3.3V硬件电路设计图2.23 LM1117-3.3 硬件原理图2.5.2 GPRS供电模块LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V，可调版本可以输出小于37V的各种电压

51、。该器件部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极简化了开关电源电路的设计。LM2596-ADJ管脚图2.24 LM2596-ADJ 管脚图表2-7 LM2596-ADJ管脚说明管脚号管脚名称功能1VIN输入电压2OUTPUT输出电压3GND地4FEEDBACK稳压取样电压输入端5ON/OFF使能控制端LM2596-ADJ硬件电路设计图2.25 LM2596-ADJ 硬件原理图第3章 系统软件设计3.1 温度采集程序设计DS18B20是DALLA

52、S公司生产的一线式数字温度传感器，其测温分辨率可达0.0625C，其提供9位温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS1820或从DS1820送出。因此从中央处理器到DS1820仅需连接一条线（和地），读写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。因为每一个DS1820有唯一的系列号，因此多个DS1820可以存在于同一条单线总线上，这样占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。这就允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。此特性的应用围包括HVAC环境控制、建筑物设备或机械的温度检测，以与过程监视和控制中的温度检测。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度

53、围为-55+125C，在-10+85C围,精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。温度芯片DS18B20转换速度快，转换精度高，与微处理器的接口简单，给硬件设计工作带来了极大的方便，能有效地降低成本，缩短开发周期。温度采集方面，首先初始化温度传感器，等待单片机的应答，一旦单片机检测到应答脉冲，便执行跳过ROM匹配操作命令，就可以使用存操作命令，启动温度转换，延时一段时间，等待温度转换完成。然后读暂存器，将转换结果读出，并转为显示码，送到液晶显示。温度传感器程序设计流程图如下图所示。图3.1 温度传感器程序设计流程图3.2

54、 GPRS模块程序设计GPRS是分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService)的简称，它是GSM移动用户可用的一种移动数据业务。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是封包交换数据的标准技术，它能够充分利用现有的GSM网，可以使运营商在全国围推出此项业务。采用信道捆绑(目前GPRS的设计可以在一个载频或8个信道中实现捆绑)和增强数据速率实现高速接入，理论上可提供高达ll5kbps的空中接口传输速率，下一代GPRS业务的速度可以达到84kbps。若干移动用户能够同时共享一个无线信道，一个移动用户也可以使用多个无线信道。实际上发送或接收数据包的用户仅占很小一部分网络资源，

55、并且网络容量只有在实际传输时才被占用。为了实现GPRS，需要在现有的GSM网络中引入3种新的逻辑网络实体：服务GPRS支持节点(SGSN)、网关GPRS支持节点(GGSN)和分组控制单元(PCU)。GSM是一种电路交换系统，而GPRS是一种分组交换系统。因此，GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。所以我们选择使用GPRS业务来实现远程温度传输。GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过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，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。而且，因为不再需要现行

56、无线应用所需要的中介转换器，所以连接与传输都会更方便容易。如此，使用者既可联机上网，参加视讯会议等互动传播，而且在同一个视讯网络上(VRN)的使用者，甚至可以无需通过拨号上网，而持续与网络连接。GPRS分组交换的通信方式在分组交换的通信方式中，数据被分成一定长度的包(分组)，每个包的前面有一个分组头(其中的地址标志指明该分组发往何处)。数据传送之前并不需要预先分配信道，建立连接。而是在每一个数据包到达时，根据数据中的信息（如目的地址），临时寻找一个可用的信道资源将该数据报发送出去。在这种传送方式中，数据的发送和接收方同信道之间没有固定的占用关系，信道资源可以看作是由所有的用户共享使用GPRS技

57、术的特点1、高速数据传输速度10倍于GSM，更可满足您的理想需求，还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件，可谓不一般的巨大进步。2、永远在线由于建立新的连接几乎无需任何时间(即无需为每次数据的访问建立呼叫连接)，因此您可随时都与网络保持联系。举个例子，若无GPRS的支持，当您正在网上漫游，而此时恰有接入，大部分情况下您不得不断线后接通来电，通话完毕后重新拨号上网。这对大多数人来说，的确是件非常令人恼火的事。而有了GPRS，您就能轻而易举地解决这个冲突。3、仅按照数据流量计费GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到多少、支付多少”的原则。GPRS用户的连接时间可能长达数小时

58、，却只需支付相对低廉的连接费用。4、GPRS采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。如果把空中接口上的TDMA帧的8个时隙都用来传送数据，那么数据速率最高可达164kb/8。GSM空中接口的信道资源既可以被话音占用，也可以被GPRS数据业务占用。当然在信道充足的条件下，可以把一些信道定义为GPRS专用信道。要实现GPRS网络，需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口和通信协议。目前GPRS网络引入GSN（GPRSSupportingNode）节点。移动台则必须是GPRS移动台或GPRS/GSM双模移动台。GPRS技术将通信网络和计算机网络结合在一起，向全IP网络的方向发展。G

59、PRS基站与SGSN设备之间的连接一般通过帧中继连接，GGSN与SGSN设备之间通过IP网络连接。GGSN是GPRS网络的网关和路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的INTERNET或X.25网络。GGSN可以由具有网络地址翻译功能的路由器承担部IP地址与外部网络IP地址的转换。用户可以访问GPRS部的网络，也可以通过APN访问外部的INTERNET。如果用户的IP地址是运营商分配的公有地址，则GGSN不参与用户的论证和鉴权过程。用户可以通过GGSN透明地接入到GPRS部网络或互联网络，这种方式称为透明方式。非透明方式主要是用户通

60、过GPRS网络接入到企业网络或ISP的情形。用户MS的IP地址是由企业网络或ISP分配的私有地址，用户访问该企业网络或ISP时,GGSN需要企业网络或ISP中的专用服务器对该用户进行鉴权或论证。在标识GPRS设备中，如手机MS的标识除了在GSM中使用IMSI，MSISDN等外，还需要分配IP地址。网元设备SGSN，GGSN的标识既有7号信令地址，又有数据GGSN的IP地址，网元设备之间的通信采用IP地址，而网元设备与MSC、HLR等实体的通信采用信令地址。在GPRS系统中，有一个重要的数据库记录信息，即用户PDP上下文（分组数据协议上下文），用于管理从手机MS到网关GGSN与到ISP之间的数据