水质监测系统硬件设计

1、基于GPRS的水质参数监测系统设计单片机msp430的硬件设计设计总说明针对我国主要的水质监测系统存在水质采样能力弱、数据处理不及时、缺乏水质变化预警机制等问题，设计了基于GPRS和MSP430F149单片机的水质实时远程监测系统。该系统通过数据采集模块传感器采集到水质数据信息后经放大处理后传给单片机，经过单片机的处理，通过GPRS将实时监测到的水质状况传到监测信息处理中心，使监测中心工作人员足不出户即能掌握辖区水质信息，从而使监测中心的管理在机制上实现从人工化向信息化的转变，克服了过去对各项水质指标的监测主要靠工作人员到现场手工取样，带回实验室分析后再作出结论，周期长、效率低的问题，还可以提

2、高对水质的监测频次，克服过去由于监测频次低，所造成的后果是总结出来的水质参数可信度较低，该系统不仅能自动监测水质参数，结构简单、成本低，而且能及时发送监测数据，不必人工干预，特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况，有效地提高了水资源的利用率，有较好的推广应用价值。关键词：GPRS；MSP430F149；单片机；实时监测；传感器Based on the Water Quality Parameters of GPRS Design of the Monitoring System Microcontroller msp430 Hardware DesignDesign DescriptionA

3、ccording to the problem existing in the main water quality monitoring system, such as the week ability of water sampling, the not timely data processing, and the warming mechanism of water quality change, the real-time remote monitoring system of water quality is designed, which is based on the micr

4、ocontroller GPRS and MSP430F149. First, the water quality data information is collected by the data acquisition module sensor, then after amplification processing to microcontroller. After that, the real-time monitoring water quality conditions will be transmitted to monitoring information processin

5、g center through GPRS.Therefore, the staff can master the jurisdictions water quality information without leaving home, making monitoring center in mechanism of management to realize the transformation from information artifialization.This system will overcome the the problem of long cycle and low e

6、fficiency existing in the past, that is the monitoring of various water quality, and mainly the staff spot sampling and then take them back to the laboratory to analysize and make conclusion. And it also can improve the water quality monitoring frequency and overcome the low credibility of water qua

7、lity parameters caused by the low monitering frequency. Moreover, this system not only automaticlt monitor the water quality parameters, and its simple structure, low cost, but also timely send monitoring data without manual intervention, especially for the weather of more complex and unattended con

8、ditions.Thus, it can improve the utilization ratio of water resources and has higher application value.Key Words：GPRS；Microchip；Real Time Monitoring System；Sensor朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295234025 1绪论 PAGEREF _Toc295234025 h 1 HYPERLINK l _Toc295234026 2水质监测系统的概述 PAGEREF _T

9、oc295234026 h 2 HYPERLINK l _Toc295234027 3系统的硬件组成 PAGEREF _Toc295234027 h 3 HYPERLINK l _Toc295234028 系统硬件结构框图 PAGEREF _Toc295234028 h 3 HYPERLINK l _Toc295234029 硬件电路组成 PAGEREF _Toc295234029 h 3 HYPERLINK l _Toc295234030 复位电路 PAGEREF _Toc295234030 h 3 HYPERLINK l _Toc295234031 晶振电路 PAGEREF _Toc295

10、234031 h 4 HYPERLINK l _Toc295234032 3.2.3 12864液晶显示器 PAGEREF _Toc295234032 h 5 HYPERLINK l _Toc295234033 3.2.5 稳压电源电路 PAGEREF _Toc295234033 h 6 HYPERLINK l _Toc295234034 单片机MSP430 PAGEREF _Toc295234034 h 7 HYPERLINK l _Toc295234035 的简介 PAGEREF _Toc295234035 h 7 HYPERLINK l _Toc295234036 3.3.2 MSP43

11、0的特点 PAGEREF _Toc295234036 h 7 HYPERLINK l _Toc295234037 3.3.3 单片机MSP430F149的最小系统 PAGEREF _Toc295234037 h 9 HYPERLINK l _Toc295234038 3.4 传感器的选择 PAGEREF _Toc295234038 h 10 HYPERLINK l _Toc295234039 温度传感器 PAGEREF _Toc295234039 h 10 HYPERLINK l _Toc295234040 压力传感器 PAGEREF _Toc295234040 h 11 HYPERLINK

12、l _Toc295234041 流量传感器 PAGEREF _Toc295234041 h 12 HYPERLINK l _Toc295234042 3.5 GPRS模块 PAGEREF _Toc295234042 h 12 HYPERLINK l _Toc295234043 3.5.1 GPRS网络实现 PAGEREF _Toc295234043 h 13 HYPERLINK l _Toc295234044 3.5.2 GPRS数据传输的实现方式 PAGEREF _Toc295234044 h 13 HYPERLINK l _Toc295234045 3.5.3 G200模块的特点 PAGE

13、REF _Toc295234045 h 13 HYPERLINK l _Toc295234046 各部分的作用 PAGEREF _Toc295234046 h 14 HYPERLINK l _Toc295234047 与单片机的连接 PAGEREF _Toc295234047 h 15 HYPERLINK l _Toc295234048 4系统硬件电路设计 PAGEREF _Toc295234048 h 16 HYPERLINK l _Toc295234049 4.1 电路设计的一般步聚 PAGEREF _Toc295234049 h 16 HYPERLINK l _Toc295234050

14、4.2 原理图的设计 PAGEREF _Toc295234050 h 16 HYPERLINK l _Toc295234051 4.3 PCB图的设计 PAGEREF _Toc295234051 h 17 HYPERLINK l _Toc295234052 5 LCD显示与串口通信的仿真 PAGEREF _Toc295234052 h 20 HYPERLINK l _Toc295234053 5.1 Keil和Proteus联调 PAGEREF _Toc295234053 h 20 HYPERLINK l _Toc295234054 5.2 仿真原理图 PAGEREF _Toc29523405

15、4 h 21 HYPERLINK l _Toc295234055 仿真结果 PAGEREF _Toc295234055 h 22 HYPERLINK l _Toc295234056 6 总结 PAGEREF _Toc295234056 h 23 HYPERLINK l _Toc295234057 致谢 PAGEREF _Toc295234057 h 24 HYPERLINK l _Toc295234058 参考文献 PAGEREF _Toc295234058 h 25 HYPERLINK l _Toc295234059 附录 PAGEREF _Toc295234059 h 261绪论水是人类赖

16、以生存的自然资源，对水的用途不仅有量的要求还必须有质的保证。但是，人类在日常的生产与生活活动中，将大量的生活污水、工业废水、农业退水及各种废弃物未经处理直接排入水体，造成江河、湖库和地下水等水源污染，引起水质恶化，影响生态系统，威胁人体健康，因此需要及时了解和掌握水环境质量状况。当今世界的水环境面临两大问题：水资源短缺和谁污染加重。工业废水和城乡生活污水向江河湖海及土壤中的大量排放，使地表水和地下水的水质日益恶化，更加剧了水资源的紧张，严重制约了经济的发展且危害着人类的健康。严峻的水形势提高了人们对水污染控制的重视程度，各国都在加大和加快水污染治理的力度和速度。随着淡水资源的日益减少以及水污染

17、的不断加重，水质监测变得越来越重要。由于用水的用户具有地点分散而且用户多的特点，有效且可靠的实现对水质的检测已成为一个必须解决的问题。目前，实现对水质指标数据的测试与检测的方法很多，大都存在维护不方便以及使用费用过高的问题，随着通信技术和计算机技术的迅速发展，远程数据采集和实时监控已经有了比较好的解决途径。无线远程数据采集和监控与传统有线方式相比具有不受地理环境、气候等因素限制的优点，已经在许多行业得到应用。用于手机短信收发的GPRS模块提供的短信功能具有随时在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广的特点,特别适合于传送小流量低频度检测数据。传统的解决办法往往是自建专用无线通信网或有线通信网来进行

18、数据传输，但这些技术大多存在通信范围有限、费用高、通信需要拨号等不足，针对这一现状，本文提出了基于GPRS的水质参数监测系统。该系统应用短信技术，实时采集水质数据并判断水质的变化，如果有变化，则以短信的方式将实时水质数据发送到监测部门监控系统以及相关管理人员的手机上，以便及时进行水质预报，减少水害损失，提高水资源的利用率，产生较大的社会效益和经济效益。2水质监测系统的概述远程水质监测系统主要分为数据采集、数据传输和数据分析三部分，系统结构框图如图1所示。系统现场单元通过在线监测仪表（如传感器）实时采集到各项数据，并将数据打包、保存在存储器中，然后有无线通讯模块经GPRS数据传输网络把数据传输集

19、中到Internet服务器的数据中心DSC。当需要掌握监测点的情况时，监控人员可以在终端PC上通过数据管理系统来查看、统计和分析服务器上数据中心DSC的各项数据。当某参数超过警告值时，报警装置随时作出反应。图 2-1 系统总结构框图现场单元主要由测量仪表、传感器、无线通信模块DUT和控制单元组成。其中，测量仪表提供监控点瞬时流量、累积流量等数据；传感器提供水质参数；无线通信模块DUT与GPRS网络进行通信，负责传输现场单元的仪表和传感器的测量数据；控制单元有单片机及外部电路组成，是现场单元的核心部分，负责协调测量仪表、各传感器和无线通信模块的资源，使它们有条不紊地工作。3系统的硬件组成框图本设

20、计中的水质监测系统硬件主要由MSP430F149的最小系统、12864LCD液晶显示器、GPRS通信电路、稳压电源电路、传感器。由传感器采集到的水质信息通过MSP430F149处理后，通过GPRS模块，将水质信息传输到远程控制端（手机或PC机）主要功能模块组成框图如下：图3-1 系统的硬件结构框图复位是单片机的初始化操作。单片机启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。当MSP430系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个

21、机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作采用上电复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。图中电容C1和电阻R1对电源十5V来说构成微分电路，上电复位电路是利用RC充电原理实现的,初始上电,电容两端等电位,则RESET为高电平,随着对电容的充电,RESET端电位逐渐降低,直至低电平,复位过程结束.RC的选取应使RESET端保持10ms的高电平,才能实现可靠复位. 图3-2 MSP430F149最小系统复位电路单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC0000H，这表明程序从0000H地址

22、单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值。系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。单片机在系统复位时，将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，至于内部RAM内部的数据则不变。MSP430系列单片机时钟模块包括数控

23、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内部，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(LFXTl)满足了低功耗及使用32768kHz晶振的要求。LFXTl振荡器默认工作在低频模式，即32768kHz，也可以通过外接450kHz8MHz的高速晶体振荡器或陶瓷谐振器工作在高频模式，在本电路中我们使用低频模式，经过XIN和

24、XOUT连接到MCU。图3-3 低速晶振电路高速晶振也称为第二振荡器XT2，它为MSP430F149工作在高频模式时提供时钟，XT2最高可达8MHz。在系统中XT2采用4MHz的晶体，XT2外接2个22pF的电容经过XT2IN和XT2OUT连接到MCU。图3-4 高速晶振电路 12864液晶显示器本系统LCD显示器主要显示的是传感器检测到的信号，FYD12864-0402B是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活

25、的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。12864液晶显示器采用ST7920作驱动。12864液晶接口是一个间距的20脚单排插针座，可以连接任何以ST7920为驱动器的12864液晶模块。12864液晶接口各位的定义，接口左起是第1位。第3位V0为调整液晶偏压输入端，通常不用连接，考虑到通用性我们将V0连接到了一个3296标准封装的电位器(R

26、16)的中间抽头处，并焊接上一个电位器进行调整。第15位是液晶数据传输模式的选择位，如果PSB接高电平则液晶工作在并行数据传输模式，如果PSB接低电平则液晶工作在串行数据传输模式。此位连接到了跳线座P13的第2脚，P13的第1脚与VCC连接，第3脚与GND连接，可以使用短路帽来决定PSB连接到那一种电平。第17位是液晶的复位端，此端口直接与VCC相连，电后液晶模块自动完成复位功能。在对液晶进行操作之前，首先设置好正确的数据传输模式。液晶控制端口使用的逻辑电平，而背光驱动则使用+5V。图3-5 LCD液晶显示电路3.2.5 稳压电源电路本系统需要使用+5V和+33V的直流稳压电源，其中MSP43

27、0Fl49及部分外围器件需要+30V电源，另外部分需要+5V电源。在本系统中，以+5V直流电压为输入电压，+30V由+5.0V直接线性降压。电源电路图如下所示：图3-6 电源电路 MSP430是德州公司新开发的一类具有16位总线的带 FLASH 的单片机,由于其性价比和集成度高，受到广大技术开发人员的青睐。它采用 16位的总线,外设和内存统一编址，寻址范围可达64K,还可以外扩展存储器。具有统一的中断管理，具有丰富的片上外围模块，片内有精密硬件乘法器、两个 16位定时器、一个 14路的 12位的模数转换器、一个看门狗、6路 P口、两路 USART通信端口、一个比较器、一个 DCO内部振荡器和两

28、个外部时钟，支持 8M 的时钟.由于为FLASH型,则可以在线对单片机进行调试和下载，且 JTAG口直接和 FET(FLASH EMULATION TOOL)的相连,不须另外的仿真工具,方便实用,而且,可以在超低功耗模式下工作，对环境和人体的辐射小，测量结果为100mw左右的功耗(电流为 14mA左右)，可靠性能好,加强电干扰运行不受影响，适应工业级的运行环境，适合与做手柄之类的自动控制的设备.我们相信 MSP430单片机将会在工程技术应用中得以广泛应用，而且，它是通向 DSP系列的桥梁,随着自动控制的高速化和低功耗化 ，MSP430系列将会得到越来越多人的喜爱.通过两过多月的毕业设计，我对

29、MSP430有了初步了解，对内部的硬件资源和自身的汇编语法进行了实验，并开发了一个应用板，并进行了调试.鉴于时间和能力有限，没能对所有的应用一 一实验。 3.3.2 MSP430的特点1. MSP430系列单片机的主要特点：（1）低电源电压范围，1.83.6V。（2）超低功耗，拥有5种低功耗模式(以后会详细介绍)。（3）灵活的时钟使用模式。（4）高速的运算能力，16位RISC架构，125ns指令周期。（5）丰富的功能模块，这些功能模块包括：A：多通道1014位AD转换器；B：双路12位DA转换器；C：比较器；D：液晶驱动器；E：电源电压检测；F：串行口USART(UART/SPI）；G：硬件乘

30、法器；H：看门狗定时器，多个16位、8位定时器（可进行捕获，比较，PWM输出）；I：DMA控制器。（6）FLASH存储器，采用先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的运行；（7）MSP430芯片上包括JTAG接口，仿真调试通过一个简单的JTAG接口转换器就可以方便的实现如设置断点、单步执行、读写寄存器等调试；（8）快速灵活的变成方式，可通过JTAG和BSL两种方式向CPU内装在程序。2.MSP430单片机的复位MSP430的复位信号有2种：上电复位信号（POR）、上电清除信号（PUC）。还有能够触发POR和PUC的信号：5种来在看门狗，1种来自复位管脚，1种来自写FLASH键值出

31、现错误所产生的信号。POR信号只在2种情况下发生：（1）微处理上电；（2）RST/NMI管脚上产生低电平时系统复位。PUC信号产生的条件：（1）POR信号产生；（2）看门狗有效时，看门狗定时器溢出；（3）写看门狗定时器安全键值出现错误；（4）写FLASH存储器安全键值出现错误。POR和PUC两者的关系：POR信号的产生会导致系统复位并产生PUC信号。而PUC信号不会引起POR信号的产生。无论是POR信号还是PUC信号触发的复位，都会使MSP430从地址0 xFFFE处读取复位中断向量，程序从中断向量所指的地址处开始执行。触发PUC信号的条件中，除了POR产生触发PUC信号外，其他的豆科一通过读

32、取相应的中断向量来判断是何种原因引起的PUC信号，以便作出相应的处理。系统复位（指POR）后的状态为：（1）RST/NMI管脚功能被设置为复位功能；（2）所有I/O管脚被设置为输入；（3）外围模块被初始化，其寄存器值为相关手册上的默认值；（4）状态寄存器SR复位；（5）看门狗激活，进入工作模式；（6）程序计数器PC载入0 xFFFE处的地址，微处理器从此地址开始执行程序。典型的复位电路有一下3种：（1） 在RST/NMI管脚上接100K欧的上拉电阻。（2）在（1）的基础上再接0.1uf的电容，电容的一端接地，可以使复位更加可靠。（3）再（2）的基础上，再在电阻上并接一个型号为IN4008的二极

33、管，可以可靠的实现系统断电后立即上电。3.MSP430单片机的时钟系统 MSP430根据型号的不同最多可以选择使用三个振荡器。我们可以根据需要选择合适的振荡频率帮可以在不需要的时候随时关闭振荡器，以节省功耗。这3个振荡器分别为：（1）DCO 数控RC振荡器。它在芯片内部，不用时可以关闭。DCO的振荡频率会受周围环境温度和MSP430工作电压的影响，且同一型号的芯片所产生的频率也不相同。但DCO的调节功能可以改善它的性能，他的调节分为以下3步：a：选择BCSCTL1.RSELx确定时钟的标称频率；b：选择DCOCTL.DCOx在标称频率基础上分段粗调；c：选择DCOCTL.MODx的值进行细调。

34、（2）LFXT1 接低频振荡器。典型为接32768HZ的时钟振荡器，此时振荡器不需要接负载电容。也可以接450KHZ8MHZ的标准晶体振荡器，此时需要接负载电容。（3）XT2 接450KHZ8MHZ的标准晶体振荡器。此时需要接负载电容，不用时可以关闭。低频振荡器主要用来降低能量消耗，如使用电池供电的系统，高频振荡器用来对事件做出快速反应或者供CPU进行大量运算。MSP430的3种时钟信号：MCLK系统主时钟；SMCLK系统子时钟；ACLK辅助时钟。（1）MCLK系统主时钟。除了CPU运算使用此时钟以外，外围模块也可以使用。MCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作

35、为其信号源。（2）SMCLK系统子时钟。供外围模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。SMCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作为其信号源。（3）ACLK辅助时钟。供外围模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。但ACLK只能由LFXT1进行1、2、4、8分频作为信号源。PUC复位后，MCLK和SMCLK的信号源为DCO，DCO的振荡频率为800KHZ。ACLK的信号源为LFXT1。MSP430内部含有晶体振荡器失效监测电路，监测LFXT1（工作在高频模式）和XT2输出的时钟信号。当时钟信号丢失50us时，监测电路捕捉到振荡器失效。如果MC

36、LK信号来自LFXT1或者XT2，那么MSP430自动把MCLK的信号切换为DCO，这样可以保证程序继续运行。但MSP430不对工作在低频模式的LFXT1进行监测。4. 低功耗模式超低功耗 MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。 首先， MSP430 系列单片机的电源电压采用的是 1.83.6V 电压。因而可使其在 1MHz 的时钟条件下运行时， 芯片的电流会在 200400uA 左右，时钟关断模式的最低功耗只有 0.1uA 。 其次，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的系统时钟系统：基本时钟系统和锁频

37、环（ FLL 和 FLL+ ）时钟系统或 DCO 数字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡器（ 32768Hz ） , 有的使用两个晶体振荡器）。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。 由于系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（ AM ）和五种低功耗模式（ LPM0LPM4 ）。在等待方式下，耗电为 0.7uA ，在节电方式下，最低可达 0.1uA 。 3.3.3 单片机MSP430F149的最小系统最小系统的核心元件是单片机MSP430F149，单

38、片机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、12位AD转换器、2个串行通信接口等模块。如下图3-7所示，MSP430F149的最小系统。图3-7 MSP430F149最小系统3.4 传感器的选择本系统使用了温度、压力、流量传感器，各传感器的选择如下：温度传感器温度传感器选择DS18B20。DS18B20可组网数字温度传感器 HYPERLI

39、NK :/baike.soso /v514770.htm?ch=ch.bk.innerlink t _blank 芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。1.应用范围(1). 该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域(2). HYPERLINK :/baike.soso /v513287.htm?ch=ch.bk.innerlink t _blank 轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。(3). 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温rlink t _blank 干燥箱等。(4). 供

40、热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制2.特点独特的一线接口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需 HYPERLINK :/baike.soso /v260182.htm?ch=ch.bk.innerlink t _blank 备用电源 测量温度范围为-55至+125 。华氏相当于是-67 F到257 HYPERLINK :/baike.soso /v854131.htm?ch=ch.bk.innerlink t _blank 华氏度 -10 至+85范围内精度为0.5温度传感器可

41、编程的分辨率为912位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围包括恒温控制，工业系统， HYPERLINK :/baike.soso /v508664.htm?ch=ch.bk.innerlink t _blank 消费电子产品温度计，或任何热敏感系统 描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数。信息被发送到/从DS18B20 通过1线接口，所以 HYPERLINK :/baike.soso /v622534.htm?ch=ch.bk.innerlink t _blank 中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。

42、为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。3. DS18B20内部组成DS18B20内部结构主要有四部分组成：64位光刻ROM，温度传感器，温度报警触发器TH和TL,配置寄存器。(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48位是该DS18B20自身的

43、序列号，最后8位是前面56位的 HYPERLINK :/baike.soso /v126791.htm?ch=ch.bk.innerlink t _blank 循环冗余校验码（ HYPERLINK :/baike.soso /v362331.htm?ch=ch.bk.innerlink t _blank CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，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 HYPERLINK :/baike.soso /v2782

44、158.htm?ch=ch.bk.innerlink t _blank 二进制补码/ HYPERLINK :/baike.soso /v7633374.htm?ch=ch.bk.innerlink t _blank LSB形式表达，其中S为符号位。压力传感器压力传感器选用PRC-802型硅压阻式压力传感器，PRC-802型硅压阻式压力传感器是利用硅压阻式压力芯体组装而成的。压力接口和外壳均为不锈钢，具 有很好的抗腐蚀性和长期稳定性.传感器在宽温度范围内进行了补偿，保证了传感器的技术指标。公司可以为用户量身定做，承接特殊结构尺寸和温度要求的产品。（1）产品特点:316L不锈钢隔离膜片、全不锈钢结

45、构；高精度、高输出； 高可靠、耐腐蚀性优良； 外型结构多样化； 质保期:18个月.（2）主要技术指标：量程范围:0200Kpa或0100Mpa；压力形式:表压、绝压；测量精度:0.5%/0.1%FS(包含线性，重复性，迟滞指标)；输出形式:电压输出,50mv 供电形式:12VDC； 瞬时过载:2倍满量程； 工作温度:-40125； 响应时间:10ms； 补偿温度:-1070； 灵敏度温度漂移：0.02%FS/； 长期稳定性：0.2%FS/年； 安装方式：螺纹安装；压力接口:M201.5、M121、G1/4（用户可定制）。（3）适用范围：液压及气动控制系统；液位测量与控制；石化、环保、空气压缩；

46、 电站运行巡检、机车制动系统；热电机组、空调机组、制冷设备； 轻工、机械、冶金； 其他自动控制和检测系统； 工业过程检测与控制；实验室压力校验。流量传感器流量传感器选用：RC1002智能电磁流量计。RC1002型智能电磁流量计适用于测量封闭管道中流动的导电性液体的体积流量，具有LCD显示、脉冲输出和420mA输出。它广泛用于水处理、化工、造纸、医药、冶金、城市建设等领域的计量控制系统。（1）主要特点: 压力损失小 无阻挡件，压损小，寿命长精度高 精度可达0.5%流速 0.310m/s双向 正反向流量均可测量失电保护 EEPROM可保护设定参数和累计值高清晰度LCD显示阻尼功能 150秒可选响应

47、时间（2）主要技术指标：介质电导率： 5us/cm电流输出： 420mA DC，负载电阻(0750)脉冲输出/频率输出报警输出 上下限报警输出LCD显示： ，瞬时，累计显示规格： 101000mm衬里： 氯丁橡胶，聚四氟乙烯，聚氨酯橡胶电压：AC85250 4563Hz；DC 16V36V 介质温度：T1120，T2180工作压力： 2.5MPa环境温度： 10+553.5 GPRS模块 GPRS（General packet radio service）是通用分组无线业务的简称。它是在1993年提出的，是GSM Phase2+规范实现的内容之一，是第二代移动通信技术向第三代（3G）的过渡，通

48、常也将GPRS称为2.5G。 GPRS网络实现GPRS是通过升级GSM网络实现的，它采用TDMA方式传输语音，采用分组的方式传输数据。GPRS采用线路交换的方式来实现语音通话，但在因特网上的数据传递则采用分组交换方式。由于这两组网络具有不同的交换体系，导致彼此间的网络通信几乎都是独立运行的。 GPRS数据传输的实现方式GPRS 在原有GSM网络基础之上，新增了两个节点SGSN（Serving GPRS Support Node）和GGSN（Gateway GPRS Support Node），形成了移动分组数据交换网络。SGSN是GSM网络结构中的一个节点，它与SMC处于网络体系的同一层。SG

49、SN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接受。GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网连接到SGSN，是连接GSM网络和外部分组交换网（如因特网和局域网）的网关。GGSN主要是起网关作用，也有将GGSN称为GPRS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TCP/IP或X.25网络。SGSN和GGSN利用GPRS隧道协议（GTP），对IP或X.25分组进行封装，实现二者之间的数据传输。因此，GPRS的基本功能实在移动终端和计算机通信网络的路由器之间，提供了分组传递业务。GPRS网络分

50、为两个部分：无线接入和核心网络。无线接入部分在移动台与基站子系统BSS之间传递数据；核心网在BSS与标准数据通信网络边缘路由器之间中继传递数据。 本设计选用了G200GPRS通信模块。这款GPRS模块的目的是让即使不懂GPRS无线通信和互连网络知识的人也能很好的利用GPRS技术为工控项目服务。G200模块的核心硬件是使用世界知名移动通信产品厂商生产的GPRS集成块而设计生产的，具有很高的可靠性。 G200模块的特点 1、不必关心模块的射频电路部分（使用的是移动运营商的公网）。及相关硬件连接。 2、不必关心AT指令集。对应用工程师而言下很大的工夫去消化几十页甚至是上百页的英文的AT指令集使用资料

51、，是一件要花很多时间费很大精力的事情。所有与AT响应有关的操作都是由G200模块在模块的内部完成。 3、不必关心TCP/IP协议及互连网络的相关知识：由于GPRS 模块是基于互连网的通信方式，在使用中就要与 INTERNET 网络打交道，所有与网络的信息交换都是 G200 模块在内部自动完成的。无须用户参与。 4、不必用户单独拥有一个固定的IP地址。 5、具有格式及透明传输两种传输格式。 6、与各种组态软件直接连接无须专用的驱动程序。 7、支持总线式的被动传输数据方式。 8、使用G200时，用户只需要拥有以前所熟悉的串口通信知识就可通过GPRS网络进行通信。3.5.4各部分的作用1、外形尺寸图

52、见附件一，示意见图38 图 3-8外形尺寸2 、安装方法：本机在两个侧面各有四个安装螺孔，尺寸为M3。安装尺寸见附件一：外形尺寸图。 3 、指示灯： 本机有四个单绿色和一个单红色指示灯，分别对应外壳印字上的 L1,L2,L3,L4,POW。其中 L1-L4 是模块的信号指示灯，如同手机屏幕上的信号强度指示，从L1开始，指示灯亮的越多，表明信号强度越强。POW指示灯是内置GPRS模块的状态指示灯，当未登陆GPRS网络时，指示一直亮，登陆之后，每隔2秒钟闪烁一次。 4 、天线连接座：本连接座的连接器为SMA型，连接外接天线。5、连接插座：本机的连接插座由两芯和五芯的两个插座组成，其功能如下(1)

53、两芯电源线插座： VCC：直流正电源输入，电压范围为5-12V GND：电源地 (2) 五芯数据线插座： RXD：模块的串口接收，与单片机的TXD相连 TXD：模块的串口发送，与单片机的RXD相连 GND：地线（与电源地相连） NC1：设置用 NC2：设置用 3.5.5与单片机的连接 模块的五芯口的电平是TTL，如果单片机的接口电平不是TTL，要在模块与单片机之间用电平转换线连接以便转换接口电平以适应单片机的接口电平。TTL电平的单片机与模块的连接图如下： 图 3-9 单片机与TTL电平的连接4系统硬件电路设计本设计采用Protel 2004软件画电路图，Protel 2004是Altium公

54、司最新一代全线的桌面板级设计系统。Protel 2004运行在优化了设计浏览器的平台上，并具备了当今所有先进的设计特点，以便应对各种复杂的PCB设计过程。通过把设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合在一起，Protel 2004为用户提供了全线的设计解决方案。4.1 电路设计的一般步聚一般来说，一个产品的电路设计的最终表现形式为印制电路板，为了获得印制电路板，整个电路设计过程基本可以分为4个主要步聚：1) 原理图的设计：原理图的设计主要是利用Protel 2004的原理图设计系统(Schematic)来设计原画图。2) 生成网络表：网络表是原理图设计与印

55、制电路板（PCB）设计之间的一座桥梁。网络表可以从原理图中获得，也可从印制电路板中提取。3) 印制电路板的设计：印制电路板的设计主要是针对Protel 2004的另外一个重要的部分PCB而言的，在这个过程中，借助Protel 2004提供的强大功能实现民路板的板面设计，可以完成高难度的布线工作。4) 生成印制电路板报表并打印印制电路板图：设计完成印制电路板后，还需要生成印制电路板的有关报表，并打印印制电路板图。整个电路板的设计过程首先是编辑原画图，然后由原理图文件向PCB文件装载网络表，最后再根据元件的网络连接进行PCB的布线工作。本设计包含了最小系统电路、数据采集模块、稳压电源电路及GPRS

56、通信模块和12864液晶显示电路。通过Protel 2004将这5个子模块电路根据它们的电气特性整合在一起，画出电路原理图，并根据电路原理图进行PCB线路的排版布线，最后绘制成印刷电路图。4.2 原理图的设计原理图设计是整个电路设计的基础，它决定了后面工作的进展。一般地说，设计一个原理图的工作包括：设置原理图图纸大小，规划原理图的总体布局，在图纸上放置元件，进行走线，然后对各元件以及走线进行调整，最后保存并打印输出。原理图的设计过程有：1）启动Protle原理图编辑器。必须先启动原理图编辑器，才能进行设计绘图工作。2）设置原理图图纸大小以及版面。设计绘制原理图前，必须根据实际电路的复杂程度来设

57、置图纸的大小，设置图纸的过程实际上是一个建立工作平面的过程，用户可以设置图纸的大小、方向、网格大小以及标题栏等。3）在图纸上放置设计需要的元件。这个阶段，就是用户根据实际电路的需要，从元件库里取出所需的元件放置到工作平面上。用户可以根据元件之间的走线等联系，对元件在工作平面上的位置进行调整、修改，并对元件的编号、封装进行定义和设定等，为下一步工作打好基础。4）对所放置的元件进行布局走线。该过程实际就是一个画图过程。用户利用Protel提供的各种工具、指令进行走线，将工作平面上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。5）对布局走线后的元件进行调整。在这一阶段，用户利用Pr

58、otel所提供的各种功能对所绘制的原理图进行进一步的调整和修改，以保证原理图正确和美观。这就需要对元件位置的重新调整，导线位置的删除、移动，更改图形的尺寸、属性及排列。6）保存文档并打印输出。这个阶段是对设计完的原理图进行存盘、打印操作。这个过程实际是对设计完成的图形文件进行管理的过程，是一个设置打印参数和打印输出的过程。 最后绘制出来的原理图如图4-1所示： 图4-1 水质监测系统原理图4.3 PCB图的设计印制电路板设计的一般频聚如下：1）绘制原理图，这是电路板设计的先期工作，主要是完成原理图的绘制，包括生成网络表。当然，有时也可以不进行原理图的绘制，而直接进入PCB设计系统。2）规划电路

59、板，在绘制印制电路板之前，用户要对电路板有一个初步的规划，比如说电路板采用多大的物理尺寸、采用几层电路板（单面板还是双面板）、各元件采用何种封装形式及其安装位置等。这是一项极其重要的工作，是确定电路板设计的框架。3）设置参数，参数的设置是电路板设计的非常重要的步骤。设置参数主要是设置元件的布置参数、层参数、布线参数等等。一般来说，有些参数用其默认值即可；有些参数第一次设置后，以后几乎无须修改。4）装入网络表及元件封装，网络表是电路板自动布线的灵魂，也是原理图设计系统与印制电路板设计系统的接口。因此这一步也是非常重要的环节。只有将网络表装入之后，才可能完成对电路板的自动布线。元件的封装就是元件的

60、外形，对于每个装入的元件必须有相应的外形封装，才能保证电路板布线的顺利进行。5）元件的布局，元件的布局可以让Protel自动进行。规划好电路板并装入网络表后，用户可以让程序自动装入元件，并自动将元件布置在电路板边框内。Protel也可以让用户手工布局。元件布局合理，才能进行下一步的布线工作。6）手动预布线。对比较重要的网络连接和电源网络的连接应该手动预布线。7）锁定手动预布的线，然后进行自动布线，Protel采用世界上最先进的无网格、基于形状的对角线自动布线技术。只要将有关的参数设置得当，元件的布局合理，自动布线的成功率是100%。8）手工调整，自动布线结束后，往往存在令人不满意的地方，需要手