硕士学位论文之基于单片机和GSM的农村污水处理嵌入式系统设计

i式、自动模式和GSM管理模式下运行。计和软件设计两部分。为了在恶劣的工业环境下可靠运行，本文主要需要解决的硬件和软件的可靠性问题。为了在控制系统和指定的手机用户之间实现控制、查询和变更流程，本文还需要探索本文按照模块化设计思想，把主控制器和键盘显示控制器分成了若干单元电路，完成了主控制器和键盘显示控制器的电路原理图和PCB图的设计。同时，根据本控制器的工作环境的要求，对原理图和PCB图进行可靠性设计，实现了控制器可以在工业环本文按照分层设计思想，把主控制器和键盘显示控制软件分为三层结构。本文重点实现主控制器的软件的可靠性设计和单片Designandimplementationofruralsewagetreatmenttwomajortechnologies.ItconsistsofMCUcontroltechnologyandGSMremotemonitoringtechnology.Itcanruninmanualmode,automaticmodeDesignandimplementationofindustrialenvironmentthereliabilityproblemofthehardwareandtheprocessbetweenthephoneusers,weneedtoexplorethemethodofMCUdynamicAccordingtotheideaofmodulardesign,thintoanumberofunitcircuit,completedthemaincontrolleraccordingtothecontrollerrequirementsoftheworkingenvironment,thereliabilitydesigntheimplementationofthemethodoflearningShortMessage浙江大学硕士学位论文I目录 i 1 1 2 2 31.5本章小结 3 42.1可靠性的定义 4 4 4 6 72.4本章小结 8目录浙江大学硕士学位论文目录Ⅱ3.1任务概述 93.2需求的具体指标 9 9 3.3系统需求分析 3.4本章小结 4.1硬件总体结构 4.2总体设计阶段的硬件可靠性设计 4.3软件总体结构 4.3.4键盘显示控制器应用层功能描述 4.3.5键盘显示控制器二级驱动层功能描述 4.4总体设计阶段的软件可靠性设计 4.5本章小结 5.1主控制器电路设计 5.2键盘显示控制器电路设计 5.2.1键盘显示控制器RS485通信电路和可靠性设计 5.4主控制器和键盘显示控制器PCB图设计 5.5本章小结 6.1主控制器应用层程序设计 目录浙江大学硕士学位论文目录 6.1.3软件监控应用层程序 6.2主控制器二级驱动层程序 6.2.2主控制器和键盘显示控制器通信二级驱动层程序 6.3主控制器一级驱动层程序设计 目录浙江大学硕士学位论文目录V6.3.4主控制器和键盘显示控制器通信一级驱动层程序 6.4本章小结 7.1数据保护和恢复应用层程序实现 7.2数据保护和恢复应用层程序运行效果 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。浙江大学硕士学位论文图目录图3.1人机界面图 图3.2系统流程图 图4.2电源分布图 图4.3软件总体结构图 图5.1主控制器单片机最小系统图 图5.2主控制器DC-DC电源电路原理图 图5.3主控制器RS232通信接口电路原理图 图5.4主控制器输入和显示电路原理图 图5.7键盘显示控制器键盘输入电路原理图 图5.8键盘显示控制器晶体管输出电路图 图5.9主控制器PCB图 图5.10键盘显示控制器PCB图 图6.2数据保存应用层程序流程图 图6.3数据恢复应用层程序流程图 浙江大学硕士学位论文图目录 图6.7原水泵自动控制应用层程序流程图 图6.8排泥自动控制应用层程序流程图 图6.12短消息学习电脑软件控制界面图 图6.13输入信号数据转换二级驱动层程序流程图 图6.16读EEPROM一级驱动层程序流程图 图7.2远程短消息变更的效果图 图7.3远程短消息查询的效果图 图7.4远程短消息主动报警的效果图 浙江大学硕士学位论文表目录表4.1主控制器应用层程序表 表4.2主控制器二级驱动层程序表 表4.3主控制器一级驱动层程序表 表4.4键盘显示控制器应用层程序表 表4.5键盘显示控制器一级驱动层程序表 浙江大学硕士学位论文1第1章绪论1.1课题背景“十二五”期间，农村环境保护的重点内容之一是农村生活污水的处理和防治1。政府对农村生活污水处理越来越重视，吸收了国外先进的处理工艺和经验，采用的工艺与国外发达国家的差距也是越来越小。然而，目前农村污水处理控制系统不能比较第一、目前农村污水处理控制系统自动化和可靠性差。城市污水处理工程控制系统自动化程度高，往往采用PLC、工控机、以太网、DCS控制系统，可靠性高，但价格昂贵2。然而，农村污水处理控制系统由于受价格因素的影响，采用传统的旋钮开关和继电器控制，由于没有CPU参与，实现复杂的自动控制电路比第二、目前农村污水处理控制系统不能及时把设备故障信息通知给管理员。首先，农村污水处理控制系统放置的地理位置偏远，管理员很难做到每天去照看设备。其次，农村污水处理设备配备的管理员知识水平低，即使发现设备停机，也不知道哪个部件出现了故障。由于设备故障不能及时通知给设备管理员，设备就不能及时得到维护，这样就会影响设备的使用寿命和污水的处理效果。浙江大学硕士学位论文第1章绪论21.2研究的动机和目标通过对目前农村污水处理控制系统的分析，目前农村污水处理控制系统存在本身自动化程度低和对设备维护困难的问题。这些已经不适越来越复杂的组合工艺控制的需求和人们对设备远程管理的需求。为此，设计出一种适合中国农村发展的污水处理1.3基于单片机和GSM的农村污水处理控制器提出自动控制方面，单片机本身就是为控制而设计的，是嵌入式系统独立发展的分支3。单片机的可靠性越来越高，而且单片机性价便宜，适合于批量生产。在工业控制自动化、小家电、汽车、网络通信等领域被广泛应用。也非常适合在农村污水处理控制系统中的应用。单片机在线下载程序功能和仿真功能的出现，大大节约了程序的调试的时间，非常适合现场程序调试4。GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)应用技基站的建设，到2008年9月，已达30.7万个，GSM的信号覆盖华为等短消息模块，而且价格便宜，可靠性高，使用通用的国际标准，只要发送AT指令就可以给手机发送短消息。利用GSM技浙江大学硕士学位论文第1章绪论31.4主要完成的工作第一、硬件部分，利用Prote199设计软件对主控制器、键盘显示控制器的原理和PCB板进行设计和制作。和键盘显示控制器的单片机程序输入和编译。用Delphi软件完1.5本章小结针对目前农村污水处理控制系统存在的两大问题，提出了基于单片机和GSM的农村污水处理控制器(本控制器)。首先提出了技术上需要解决的两大问题：软硬件的可靠性问题和如何让单片机动态学习Unicode码形式的短消息问题。然后，提出了需要4第2章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器关键技术综述2.1可靠性的定义所谓可靠性就是产品在限定的时间和条件下来实现规定功能的一种能力。系统的可靠性由硬件和软件可靠性两部分组成。硬件可靠性就是按照用户的要求，完成硬件系统的预计目标，实现硬件功能的正确性；软件可靠性就是按照用户的要求，完成软件系统的预计目标，实现软件功能的正确性。2.2提高可靠性的方法为了提高基于单片机系统的可靠性，要从硬件和软件两方面来考虑，来提高整个系统的抗干扰能力。基于单片机系统在可靠性设计时，要从软件和硬件能否适应工作环境的角度去分析和设2.2.1提高硬件可靠性的方法如何提高硬件的可靠性呢?第一、要找到干扰源，我们要分要选择元件，单片机尽量选用集成度高的芯片，最好是一块单片机和少量外围元件就可以构成最小系统；系统工作在极限温度环境，要选用工业级的集成电路，对各电子元件要做老化试验，合浙江大学硕士学位论文第2章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器关键技术综述5格后，方可使用。第三、降低单片机系统的频率，在满足系统执行速度的前提下，可以适当降低系统时钟，通信的波特率，还可以让单片机进入睡眠状态。第四、控制系统结构的设计，好的系其他还有接地设计，屏蔽与去耦设计等6。控制系统硬件的电源部分对提高系统的可靠性非常重要。许多单片机系统的干扰来自于耦合的电源干扰。为了抑制来自电源流电源进线要经过π型低通滤波器，对于高频干扰的抑制效果非常好；由于从交流220V变到低压交流电，一般采用变压器变压的方式，来自交流220V的高频干扰可以从变压器的初级通过变压器初次级间的寄生电容耦合到变压器次级，这种情况可以采用变压器初次间加屏蔽接地方式抑制，并在输出端加高频滤波电容0可减少线电阻，提高抗干扰能力；易发热的元件，需留PCB板散的元器件布置要合理，一般可按单元电路，把外围器件尽量放在如系统的晶振，复位电路，电压监控电路要与单片机放在一起。按电路功率的大小布置电路单元，一般可以按电源电路，大电流浙江大学硕士学位论文第2章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器关键技术综述6的电路，小电流电路分布，易受干扰的电路不要放在PCB边缘9。综上所述，提高系统硬件的可靠性可以采用抑制干扰源、元件的选择、地线处理、电源布置、控制系统结构设计、PCB布局等措施。2.2.2提高软件可靠性的方法如何提高软件的可靠性呢?数字滤波技术是常用的用来提高可靠性的方法，它是通过分析干扰源和有效信号的不同点，找到干扰源发生的规律，用软件的方法过滤干扰信号，来提高软件的可靠性。还可以通过指令冗余方法，软件陷阱方法，睡眠唤醒法等提高软件的可靠性6。由于指令冗余方法，软件陷阱方法对于因程序指针PC异常而随机构成的死循环无能为力，“看门狗(Watchdog)”技术能够监视这种死循环，当“看门狗”时间溢出，程序指针PC就能跳到程序开始地址，程序就能再次正常运程序指针PC有可能非正常地跳到子程序或程序块内，改变了子程序内变量的内容，得到错误的结果。对于这种情况，我们可以采用“软件锁”的方法。为了保护重要的数据或操作，提高数据访问的安全性，我们先在子程序或程序块调用之前设置“软件以在最后一字节设为校验字节，然后在访问重要数据或操作之浙江大学硕士学位论文第2章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器关键技术综述7件锁”,我们才能对重要数据访问或操作，否则，作相应的处理后，让程序正常返回7。综上所述，提高软件的可靠性可以采用数字滤波、指令冗余我们把这种编码称为“GB2312-80”,这种编码规范与ASCII码兼容，它是用2个字节来表示一个中文字符1。Unicode码是通过二个字节来统一表示一个字符或符号，是一种通用的国际标准，我们称它为ISO/IEC10646编码。Unicode码采用256行×256列的平面来表示的编码空间。Unicode码和GB码都用两个字节来表示一个汉字，但是GB码与Unicode码之间的互换并无规律、也无算法，通常只能通过查表实现。利用两张表，一张放GB码，一张放Unicode码，每张表大小为14K字节，我们可以通过对分查表的方法来实现1]。是一款标准汉字字库芯片，它的内部含有11×12点阵汉字库和15×16点阵汉字库，还包含GB2312国标字集表、ASCII字符集表、Unicode码字符集表。我们可以利用此芯片浙江大学硕士学位论文第2章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器关键技术综述8ROM内的内码转换表，实现Unicode码字符和GB码字符的相互转换[1。综上所述，实现GB码和Unicode码转换的方法有两种，一2.4本章小结浙江大学硕士学位论文9第3章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器需求分析3.1任务概述本控制器的控制方式分为手动控制、自动控制和GSM管理三种模式。手动控制模式是一种开环控制模式，主要完成调试和人工跟踪部件故障功能，需要人工干预；自动控制模式是一种闭环控制模式，本嵌入式系统完全按照农村污水处理工艺控制要求，采集现场的输入信号，控制现场的执行部件，定位故障的种类；GSM管理模式是在插入手机SIM卡并注册成功后，本控制器会主动加入GSM控制方式，能够把故障及时通知管理员、售后技术工程师和监控电脑。3.2需求的具体指标3.2.1工艺控制指标本控制器的工艺控制由人机界面和控制部分以及远程GSM模块组成。控制器安装和更换方便，采用标准导轨，体积小；硬件扩展方便。控制分为手动控制、自动控制和GSM管理三种模式。手动控制主要通过按钮和指示灯显示方式实现对电机、水泵、阀门等动力的开环控制。自动控制主要通过检测液位、限位、故障等信号实现对电机、水泵、阀门、风机、紫外线等动力的联合动浙江大学硕士学位论文第3章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器需求分析作。GSM管理主要通过GSM技术实现对设备的远程管理。人机界面的定义如图3.1。控控电故手动自动功能转盘电机原水系嘴外线除臭图3.1人机界面图3.2.2硬件指标本控制器的硬件部分主要由主制器、键盘显示控制器、GSM通信模块、用户手机、电脑和动力驱动器件等组成。GSM通信模块采用西门子TC35通信模块，可以和单片机一起实现双向短消息通信12。需要设计的部分包括主制器、键盘显示控制器。为了安装和维修方便，主控制器需要用导轨安装，嵌入到控制箱内；键盘显示控制器可以通过插件，直接更换；TC35通信模块和主控制组合放在同一个控制盒内。主控制器是核心部分，需要设计两路RS232通信接口，第一浙江大学硕士学位论文第3章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器需求分析其中第二路接口兼作为与电脑的通信接口。同时，主控制器可以采集8路开关量输入和5路继电器开关量输出，输入输出都有信键盘显示控制器是人机界面部分，需要设计一路RS232通信接口和一路RS485通信接口，16路键盘输入和16路晶体管输出。其中232通信接口可以与主控制器通信，RS485通信接口为备用接口，可以和外部流量计、超声波液位计、污泥界面仪，以太网在硬件设计时，需要结合本控制器的工作环境设计硬件电路及可靠性。从全局看，要注意电路的结构，按单元设计电路，特别是单片机电源的分布情况。从细节看，要注意元器件的选择，PCB板上元件整体布局和走线，光电隔离、保护等抗干扰措施的3.2.3软件指标本控制器的软件分为单片机软件和电脑软件。其中单片机软件由主控制器程序和键盘显示控制器程序组成。本控制器采用前后台系统。应用层软件要按照工艺控制要求编制。系统软件分为一级驱动层和二级驱动层。一级驱动层是针对硬件资源的操作；二级驱动层是对一级驱动层的变量作进一步处理，方便应用层使用。浙江大学硕士学位论文第3章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器需求分析主控制器、键盘显示控制器和GSM通信模块之间的通信程序需要自动断线检测和恢复功能。主控制器可以通过GSM通信模块分别向3个手机发送短消息和接收短消息，短消息的接收时间控制在1分钟内。电脑软件和主控制器程序配合，使主控制器具备就地短消息批量学习功能。手机和主控制器软件配合，使主控制器具备远程短消息逐个学习功能及监控功能。在硬件的基础上设计程序时，要对程序进行可靠性设计。从全局看，要注意程序的结构，需要采用分层模块化设计，来提高程序的可读性，可移植性，分清需要经常修改的程序和固定的程序。从细节看，要注意通信程序的协议可靠性，通程序受干扰后的处理；程序复位后的恢复；关键参数的可靠保存；单片机内部定时器中断、通信中断等失效后的处理等。3.3系统需求分析3.3.1业务流程本控制器对时间的要求。主控制器通过GSM模块向3个手机发送短消息，总时间控制在60秒内；主控制器和键盘显示控制器完成一次的通信时间控制在50毫秒内。输入信号的响应时间20毫秒内。本控制器对故障处理要求。当主控制器和键盘显示控制器出浙江大学硕士学位论文第3章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器需求分析现通信异常时，如果5次通信不成功，主控制器和键盘显示控制器分别“看门狗”复位，从复位地址开始重新执行程序，控制输位信号，使GSM通信模块从软件故障中恢复；当系统检测到外部售后技术工程师、监控电脑的手机或终端发送短消息，以中文方式提示故障产生的原因，同时，主控制器通知键盘显示控制器进本控制器对环境的要求。本控制器工作的工业环境，感性动力负载多，工作温度-40℃到75℃之间，湿度高。本控制器对信号控制的要求。主控制器可以检测8路开关量信号和控制5路继电器开关量输出；键盘显示控制器可以检测16路按键信号和控制16路晶体管开关量输出。本控制器对数据管理的要求。按关键信息记录的个数，主控本控制器对安全的要求。如果需要远程修改主控制器存储的短消息等关键数据，那么主控制器必须要收短消息中包含的权限段才可以修改。如果修改成功，主控制器需要给操作的手机返回“成功”的提示。浙江大学硕士学位论文第3章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器需求分析本控制器对可靠性的要求。本控制器的关键元件能够承受工业环境-40℃到75℃的温度，部分元件能承受-40℃到105℃的温度，还要承受电源进线二级防雷后，浪涌的冲击。在工业环境下3.3.2功能性需求手动控制模式主要包括DE滤池电机正反转控制、自吸泵的启停控制、转盘电机的开关控制、原水泵的启停控制、除臭风机行程开关安全保护的限制。先将“控制电源”按钮按下，电源指示灯亮，控制器的面板可以操作。按下“手动/自动”按钮，指示灯灭，控制器切换到手动状态；再按“手动/自动”按钮，指示灯亮，控制器切换到自动状态，并能够保持停电前的手动/自再按“自吸泵”按钮，自吸泵指示灯灭，自吸泵停止。按下“转盘电机”按钮，转盘电机指示灯亮，转盘电机启动；再按“转盘电机”按钮，转盘电机指示灯灭，转盘电机停止。按下“原水泵”按钮，原水泵指示灯亮，原水泵启动；再按“原水泵”按钮，原水泵指示灯灭，原水泵停止。按下“紫外线”按钮，紫外线指示灯亮，紫外灯打开；再按“紫外线”按钮，紫外线指示灯灭，紫外灯关闭。按下“除臭”按钮，除臭指示灯亮，除臭启动；再按“除臭”按钮，除臭指示灯灭，除臭停止。按下“排泥”按钮，浙江大学硕士学位论文第3章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器需求分析排泥停止。自动控制模式主要包括原水泵的自动控制、线消毒自动控制、超滤自动控制等。自动控制模式时当原水的液位处于高的液位时原水泵启动；当原水的液位处于低的液位时原位时，通过电机正反转，带动自吸泵，对滤布进行清洗，电机正反转一次，为一个周期，由限位开关改变运行方向，清洗2个周期后等待下次清洗。排泥按24小时排泥1次，排泥时间为2分钟。上电时额外排泥1次。要变更时，管理员可以通过远程短消息学习方式，更改短消息的控制设备的开关机；当需要对本控制器内的短消息内容查询时，管理员也可以通过GSM管理监控方式，查到已经设置好的短消息3.3.3系统的流程浙江大学硕士学位论文第3章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器需求分析电脑之间的数据交换通过232通信接口实现；主控制器与管理者主控制器负责控制和数据处理。当主控制器驱动层以中断方式接收到完整的数据段时，再处理和判断数据并执行相应的操作。当需要把应急情况通知设备管理员、售后技术工程师、监控电脑等时，主控制器通过GSM通信模块发送短消息实如图3.2。开始主控制器上电接收到完整数据段了吗?判断数据来自键盘显示控制块，并处理数据，执行相应NO执行控制过程需要应急情况通知吗?等发送短消息图3.2系统流程图浙江大学硕士学位论文第3章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器需求分析3.4本章小结本章按照系统的设计任务，首先从本控制器的工艺控制指特别要注意可靠性的要求。接着，提出本控制器的业务流程、功能性需求和系统流程图。浙江大学硕士学位论文第4章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器总体设计4.1硬件总体结构本控制器的硬件总体结构如图4.1,它们是主控制器、键盘继电器输出和显示电路、晶体管输出和显示电路、接触器和大功率继电器等。口电路等组成。卡电路组成。主控制器与键盘显示控制器的数据交换，与电脑的数据交换，与GSM模块的数据交换，都是通过RS232接口实现。浙江大学硕士学位论文第4章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器总体设计用户手机3用户手机3继电器输出和显示晶体管输出和显示用户手机2GSM模块TC35GSM模块接口电路RS232通信接口IRS232通信接口介键盘显示控制器单介RS485接口用户手机1DC-DC电源DC-DC电源输入键盘电路图4.1硬件总体结构图4.1.1主控制器硬件功能描述示电路，可以采集8路光电隔离的开关量信号，以及对输入信号的状态指示；通过继电器输出和显示电路，可以为接触器等提供浙江大学硕士学位论文第4章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器总体设计5路继电器输出类型的控制信号，以及对输出信号的状态指示；通过RS232通信接口，可以与GSM模块、键盘显示控制器和电脑进行数据交换或在线下载程序，以及对通信状态的指示；通过单片机内部的EEPROM,可以长期保存关键参数，如：短消息内容、4.1.2键盘显示控制器硬件功能描述键盘显示控制器的单片机也是STC12C5A32S2,通过输入键盘电路，可以采集16路独立按键信号；通过晶体管输出和显示电路，可以为大功率继电器提供16路晶体管输出类型的控制信号和输出状态指示；通过DC-DC电路，可以为键盘显示控制器自己提供电源；通过RS232通信接口，可以与主控制器进行数据交换4.2总体设计阶段的硬件可靠性设计可靠性在系统整体结构设计时就需要重点注意。在设计初浙江大学硕士学位论文第4章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器总体设计期，电源的分布关系到本系统整体的可靠性。在农村的工业环境下，有些农村的380V电源进线容易受到感应雷的影响，所以在进线的初级需要做二级防雷处理。在开关电源的输出端，如果电压瞬间超过40V,就会超过DC-DC电源电路的最高允许电压，所以在进入DC-DC电源之前需要做了浪涌吸收处理。接着，开关电源的24V输出端通过DC-DC转换电路，把变压以后的不同电压值后，24V开关电源输出端单点接地，这样可以抑制主控制器、键体稳定性打好基础。本控制器的电源分布如图4.2。浙江大学硕士学位论文第4章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器总体设计主控制器主控制器工业交流工业交流电源ww开关电源主控制器继电器线圈主控制器继电器线圈模块键盘显示二级防雷模块二级防雷模块瞬变浪涌抑制DC-DC电源图4.2电源分布图4.3软件总体结构本控制器的软件总体结构如图4.3,它们是主控制器单片机程序、键盘显示控制器单片机程序和电脑软件。主控制器单片机程序包括三层，分别是主控制器应用层、主控制器一级驱动层、分别是键盘显示控制器应用层、键盘显示控制器一级驱动层、键浙江大学硕士学位论文第4章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器总体设计盘显示控制器二级驱动层。主控制器应用层主控制器应用层电脑软件级驱动层键盘显示控制器应用层动层驱动层图4.3软件总体结构图主控制器应用层主要按工艺的控制要求实现本控制器手动控制模式、自动控制模式和GSM管理模式。同时，与一级驱动层、定时器等资源失效的可靠性。主控制器应用层程序如表4.1。表4.1主控制器应用层程序表手动控制模式应用层程序自动控制模式应用层程序浙江大学硕士学位论文第4章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器总体设计GSM管理模式应用层程序故障报警处理应用层程序数据保护和恢复应用层程序软件监控应用层程序4.3.2主控制器二级驱动层功能描述主控制器二级驱动层的主要功能是：进一步处理来自一级驱同时提高程序的移植性和可读性；完成主控制器和键盘显示控制通信异常处理程序可以判断通信数据异常，通信线路异常，从而提高软件的可靠性。主控制器二级驱动层程序如表4.2。表4.2主控制器二级驱动层程序表输入输出信号数据转换二级驱动层程序主控制器和键盘显示控制器通信二级驱动层程序主控制器和GSM模块通信二级驱动层程序通信异常处理二级驱动层程序4.3.3主控制器一级驱动层功能描述主控制器一级驱动层接收到来自应用层和二级驱动层的数据后，可以直接操作单片机的硬件寄存器资源和外部接口电路，同时，把处理好的硬件资源和接口电路的数据供二级驱动层进一浙江大学硕士学位论文第4章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器总体设计表4.3主控制器一级驱动层程序表信号输入驱动一级驱动层程序控制输出驱动一级驱动层程序EEPROM读写一级驱动层程序主控制器和电脑通信一级驱动层程序主控制器和键盘显示控制器通信一级驱动层程序主控制器和GSM模块通信一级驱动层程序系统定时一级驱动层程序4.3.4键盘显示控制器应用层功能描述键盘显示控制器主要完成设备运行状态的指示和来自主控制器的通信数据处理，其中通信数据处理程序包括通信异常时的可靠性设计和软件监控程序。键盘显示控制器应用层程序如表表4.4键盘显示控制器应用层程序表设备运行状态指示应用层程序通信数据处理应用层程序软件监控应用层程序浙江大学硕士学位论文第4章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器总体设计4.3.5键盘显示控制器二级驱动层功能描述由于键盘显示控制器完成的功能不复杂，无需对来自一级驱动层的数据进一步处理，所以二级驱动层为预留功能，供以后增加程序用。4.3.6键盘显示控制器一级驱动层功能描述键盘显示控制器一级驱动层主要完成对键盘的检测，控制状态指示输出，串口1通信和系统定时产生等。键盘显示控制器一级驱动层程序如表4.5。表4.5键盘显示控制器一级驱动层程序表键值读取一级驱动层程序控制状态指示输出一级驱动层程序串口1通信一级驱动层程序系统定时一级驱动层程序4.3.7电脑软件功能描述电脑软件主要把文本框中的文字，如项目名称、接收短消息内容、控制命令等的GB码转化成Unicode码，以及把ASCII码形式的接收手机号码，通过串口发送给主控制器，并存储在单片浙江大学硕士学位论文第4章基于单片机和GSM的农村污水处理控制器总体设计4.4总体设计阶段的软件可靠性设计总体设计阶段的软件可靠性设计主要体现如下：分层结构使程序结构清晰，整个软件分为三层，它们是一级驱动层、二级驱动层和应用层，一级驱动层程序由不用修改的程序组成，二级驱动层程序和二级驱动层程序基本不用维护，只需要维护应用层程序，这样有利于提高程序的可维护性、可读性，从而在总体设计阶段提高程序的可靠性。4.5本章小结本控制器的总体结构由硬件总体结构和软件总体结构组成。本章首先描述了本控制器硬件具备的主要功能，接着描述本控制器软件所具备的主要功能，其中软件部分包括单片机程序和电脑程序。在软硬件总体设计阶段，也考虑了总体的可靠性设计。浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计5.1主控制器电路设计RS232通信接口电路、开关量输入和显示电路、继电器输出和显示电路等的设计。对这些电路的设计包括典型的电路设计和可靠性设计。5.1.1主控制器单片机最小系统和可靠性设计主控制器的最小系统具备高的集成度，外围只需要几个元件。硬件方面，单片机内部集成了专用复位电路，独立时钟的看门狗电路，8路10位高速度AD转换电路，32K字节的程序空间，28K字节的EEPROM,1024个字节的外部RAM和256字节的内部RAM,40个I/0端口，2个全双工串口等。软件方面，单片机内已固化在线可编程系统程序，无需专用编程器就可以在线下载以前，单片机最小系统中单片机集成化低，为了满足可靠性需要，还需在外围增加看门狗、复位、电压监控等电路，现在的浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计单片机内都已经集成了这些和可靠性有关的电路，单片机本身就可以构成最小系统，大大缩小了占用PCB板的空间，比以前的单片机最小系统可靠性更高。在单片机电源端加入去耦电容，减少对其他电路的干扰。晶振XT1尽可能靠近单片机，金属外壳接地。由于单片机最小系统用敷铜网格屏蔽，这样可以吸收来自空间的高频干扰，使单片机最小系统运行更可靠。在拔插电源的瞬间或外部220V交流电的扰动，普通的RC复位电路很难保证单片机的可靠复位，会出现单片机“死机”的情况。为了避免这种情况的发生，以前往往额外加上具备电压检测的复位电路或专用复位集成电路如MAX810、X25045,现在的单片机内部已经集成了MAX810专用复位电路，体积小，更能保证单在选择元器件时，为了适应工业环境，单片机选择了工业级的系列，能够保证单片机最小系统在-40℃到85℃环境下可靠运从数据保存的安全性考虑，偏低的电压会影响读取数据的可靠性。P4.6端口的第二功能是低电压检测端，可以检测到数据在读写前，电压是否偏低。独立时钟的硬件“看门狗”电路，可以保证程序跳飞时，不出现“死机”现象。浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计3十品品品VCCSTC12C5A32S2-35I-RXD2XTAL2寸=P2.4P2.3图5.1主控制器单片机最小系统图5.1.2主控制器DC-DC电源电路和可靠性设计赫兹，最大的输入电压值为40伏，最大的输出电流值为3安培，并具备有降频限流、过压等保护电路15。浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计电压+24V通过D3二极管接入，C1为滤波电容，电解电容C1的耐压值一般取输入电压的1.5倍，经估算电解电容C1的耐压值为36V,工程上，取标准的耐压值50V。2脚输出与肖特基二极管D1和屏蔽磁芯电感L1和C3构成典型的降压型电路，D1为续流电解电容C3为滤波电容，一般容量取82uF到820uF之间，耐压值至少为输出电压的1.5倍，电压越高输出纹波越小，取470uF/50V的电解电容。3脚为接地端。4脚为电压比较采集端，使输出电压稳定在设计值。5脚为输出使能端，高电平时输出关单片机最小系统的可靠性设计很重要，外围电路的设计也非的4脚电压比较采集端与电感L1,L2的连线需要远离电感，并用地线平行围住屏蔽，外围元件尽可能靠近LM2596,使输出电压更稳定，从而提高了电路的可靠性。压比较采集端的影响。考虑到电路的工作环境，电解电容选用温浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计度值为-40℃到105℃,特别是，电容要采用低阻抗型的，如果采为了使输入瞬态电压不超过LM2596的最大输入电压，电压在接线时，由于不小心，将24V的输入电源接反而烧坏主控制器内的集成电路。为了防止这种情况发生，加入了二极管D3,N40072_4F2言F4浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计图5.2主控制器DC-DC电源电路原理图5.1.3主控制器RS232通信接口电路和可靠性设计过此集成电路完成TTL电平到RS232电平的相互转换。当TTL电虽然集成电路典型应用电路非常重要，但是有些具体应用的可靠性，还要用试验来得到可靠的电路。在典型的MAX232应用电路中是看不到R1,R2,R3,R4四个电阻的。在实际应用过程中，我们通过RS232接口下载程序，不小心的热拔插有可能烧坏于串口热拔插时，有时接地线先断开，在RS232电平端会出现过个560欧的限流电阻，这种现象再也没发生。小小的四个电阻使136V5478GSM模块接口电路发送端C2-图5.3主控制器RS232通信接口电路原理图5.1.4主控制器开关量输入电路和可靠性设计为了提高长距离开关信号传输的可靠性，我采用三方面措施。输入开关信号经TIL521光电隔离以后，供给单片机引脚读提高输入信号的抗干扰能力。所谓负逻辑是指当输入信号开关合上时，单片机的输入引脚能检测到低电平，此时的电平为输入有效信号；当输入信号开关打开时，单片机的输入引脚能检测到高电平，此时的电平为无效信号。一般负逻辑的传输方式与正逻辑滤传输线路上的尖脉冲。指示灯电路为主控器提供软件无关的输入信号指示，有利于调试硬件。主控制器输入和显示电路原理如图5.4。浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计输入无源信号+24V221+5V单片机输入端口图5.4主控制器输入和显示电路原理图5.1.5主控制器继电器输出电路和可靠性设计单片机输出引脚经TIL521光电隔离和集成电路UL2003功率放大后，驱动12V的继电器工作，再通过继电器去控制接触器。经过三级隔离措施，大大减少外部动力设备对单片机系统的影响，提高电路的可靠性。光偶TIL521起到光电隔离和避免单片机上电瞬间，继电器浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计内部集成7个NPN型的三极管和7个续流二极管。续流二极管可以保护三极管关断时被继电器如图5.5。一一+12V接接触器线圈+5V石含岩茗含岩台。单片机输出端口VK+12V>~图5.5主控制器继电器输出和显示电路原理图5.2键盘显示控制器电路设计键盘显示控制器电路设计包括单片机最小系统、DC-DC电源路、晶体管输出电路等的设计。5.2.1键盘显示控制器RS485通信电路和可靠性设计键盘显示控制器RS485通信电路原理如图5.6。集成电路浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计送驱动器起作用，通信处于发送状态；当SN75176的/RE脚为低电平时，接收器起作用，通信处于接收状态。总线A与B为差分当本控制器与其他外设长距离通信时，特别是与液位传感器、流量传感器等通信，需要提供可靠的RS485接口。由于上电复位和“死机”时，单片机收发控制端DE处于高信无法继续，所以在设计时加入了下拉电阻R3,这样能够保证单由于总线上所有SN75176处于接收状态，总线就会浮空，键盘显示控制器单片机接收端出现低电平，则会误触发单片机接收当总线出现浮空状态时，R5和R4就会使A从而在键盘显示控制器单片机接收端出现高电平，解决了误触问题，提高了RS485通信的可靠性。通信线采用双绞线可以抑制共模干扰，提高通信的可靠性。浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计三三AD楼485总线12842367图5.6键盘显示控制器RS485通信电路原理图5.2.2键盘显示控制器键盘输入电路设计本控制器的键盘为16路独立键盘。按键信号经电阻R9和电容C5滤波后，供单片机内部的斯密特电路整型。滤波电路的作用是可以衰减尖脉冲，防止单片机内部的斯密特电路误触发，提端口，烧坏单片机输入端口。其中一路键盘显示控制器键盘输入电路原理如图5.7。浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计+5V221图5.7键盘显示控制器键盘输入电路原理图5.2.3键盘显示控制器晶体管输出电路设计键盘显示控制器晶体管输出共有16路。每路晶体管都可以带动大功率24V继电器线圈和面板上24V信号灯。为了防止单片机上电瞬间继电器误动作，单片机经R11电阻和下拉电阻R13,再驱动三极管Q1。当单片机上电复位时，单片机的默认输出为弱上拉状态，由于下拉了R13电阻，单片机输出电流有限，输出变把单片机的控制引脚设置成强推挽输出时，单片机就可以控制晶D4可以保护三极管Q1被反向电压击穿。键盘显示控制器晶体管输出电路原理如图5.8。浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计+24V图5.8键盘显示控制器晶体管输出电路图相对位置较近时，天线对SIM卡的干扰非常大，严重时候还会使有些SIM卡注册不能成功。为此，我把调整天线与SIM卡的距离控制在10厘米以上，SIM卡不能注册成功的问题就得到解决。5.4主控制器和键盘显示控制器PCB图设计开发集成环境完成PCB的设计。设计时，从可靠性出发，要注意浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计元件的布局，模拟地和数字地的处理，强弱电之间爬电距离的处理，旁路电容的正确布线，元件的引脚的工艺处理等，主控制器PCB如图5.9,键盘显示控制器PCB如图5.10。浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计图5.9主控制器PCB图图5.10键盘显示控制器PCB图5.5本章小结本章按照模块化设计思想，把主控制器和键盘显示控制器分成了若干单元电路，再对单元电路分别设计，完成了主控制器和键盘显示控制器的电路原理图设计和PCB图的设计。同时，根据本控制器的工作环境和其他要求，对原理图和PCB图进行可靠性浙江大学硕士学位论文第5章硬件详细设计浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计6.1主控制器应用层程序设计主控制器应用层由主程序和子程序组成。子程序包括手动控模式和自动控制模式通过“手/自动”按钮切换。如果检测到有注册成功的SIM卡存在，就自动转入到GSM管理模式。6.1.1主程序可靠性设计硬件抗干扰是一种主动式的措施，而软件抗干扰就是一种被水泵、电磁阀等感性负载。在电机启动和停止的瞬间，串入电源和空间辐射的干扰就会串入到本控制器。这种干扰严重时会使单片机程序计数器PC值发生改变，造成控制不按预想的步骤执行，还会使单片机“死机”。严重的干扰还会使单片机内部定时器中的可靠执行和满足工艺工序控制的需要，在控制器的主程序中添加了针对性的抗干扰程序如：数据恢复程序，数据保存程序，软浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计喂“看门狗”只能在主程序中喂一次。主控制器主程序的控制流程如图6.1。浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计开始开始NOGSM管理模式数据保护程序监控程序喂看门狗NOP软件陷阱返回图6.1主控制器主程序控制流程图6.1.2数据保存和恢复应用层程序管理模式的控制程序就会从程序的0000H地址开始执行，这种情浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计况在工艺工序的控制过程中是不允许的。为了保证工序的连续性，必须采取数据保存和恢复措施。在非上电复位时，单片机RAM中的数据能保持复位前的状态。利用这个特性，数据保存程序，在一个循环周期内，保存一次关键的数据如输入输出信号变量、工序执行的状态步骤等。当单片机受到干扰复位后，数据恢复程序就可以恢复对应的关键数据。可信呢?我采取了三个措施，在保存数据时，我采用3块数据块保存，在恢复数据时，只有连续的两块或两块以上的数据完全相同时，数据才是可信的；在保存数据时，每块数据都采用校验方式，对数据进行异或运算后再加0xa0,放入最后一个字节作为校验字节，在恢复数据时，只有校验通过，数据才是可信的；数据块的地址间隔要尽量远。数据保存应用层程序流程如图6.2。数据恢复应用层程序流程如图6.3。浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计开始开始关键变量值存数据块1,2,3返回图6.2数据保存应用层程序流程图浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计开始NO连续两个数据块NO返回值赋为0x00返回值赋为0xff返回图6.3数据恢复应用层程序流程图6.1.3软件监控应用层程序包含了大量的时间等待，所以时间片的发生都由定时器TO中断来完成，定时器受到干扰，有可能会关闭中断，导致工序的步骤如何避免这种情况的发生呢?我采用主程序中加入软件监控程序，实现主程序和定时器TO中断相互监控。软件监控程序中，每100毫秒设置主程序运行标志Mmon为0xeb,每500毫秒浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计为0,认同样，定时器TO中断程序中，每5毫秒设置定时器TO运行标志浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计开始开始主程序运行标志Mmon=0xeb计数主程序循环次数，约100毫秒定时器0运行标志返回位NO图6.4软件监控应用层程序流程图6.1.4原水泵手动控制应用层程序在手动模式下，当“原水泵”按钮按下，原水泵启动，再按“原水泵”按钮，原水泵停止。原水泵手动控制应用层程序流程如图6.5。开始在手动控制模式吗?原水泵按键按下吗?原水泵启动了停止原水泵，键值清0NONONO启动原水泵，键值清0图6.5原水泵手动控制应用层程序流程图6.1.5DE滤池清洗手动控制应用层程序在手动模式下，按下“减速电机正转”按钮，当电机处于停止状态并且正转限位无效时，电机正转启动；当电机处于正转或反转状态，电机停止。当正转限位有效时，电机停止。按下“减速电机反转”按钮，当电机处于停止状态并且反转限位无效时，浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计电机反转启动；当电机处于正转或反转状态，电机停止。当反转限位有效时，电机停止。DE滤池清洗手动控制应用层程序流程如图6.6。开始在手动控制模式吗?电机正转按钮按下了吗?电机处于停止状态并且限位无效吗?返回NONO电机停止NO浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计图6.6DE滤池清洗手动控制应用层程序流程图6.1.6原水泵自动控制应用层程序当原水池的液位处于高液位时原水泵启动；当原水池的液位处于低的液位时原水泵停止。原水泵自动控制应用层程序流程如图6.7。吗?原水泵跳闸报液位处于低的液位吗?NONONO浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计图6.7原水泵自动控制应用层程序流程图6.1.7排泥自动控制应用层程序排泥按24小时排泥1次，排泥时间为2分钟。上电时额外排泥1次。排泥自动控制应用层程序流程如图6.8。开始0排泥阀打开，排泥时间赋2分，排泥步骤赋2在自动模式吗?1NO24小时到9时间赋2分，排泥步骤值加19NO2到了吗?止时间赋24小时，排泥步骤赋1返回浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计图6.8排泥自动控制应用层程序流程图设备管理人员的手机号码有时候需要更换，需要对设备进行远程手机号码设置，有时侯分时间段需要通过手机远程关机和开机设备，这会出现查询、变更和控制三方面业务的问题。如何实现这三方面的业务呢?就是要在技术上实现手机与本控制器的对话。让单片机学习简单的对话，也就是让单片机动用GB码和Unicode码转换的查表方法，表格容量大，文字代码无重复，但牺牲了速度，对控制系统的实时性不利。浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计在实际短消息应用中，用到的文字很少，一种方案是按用到的文字去除重复的文字，通过编制电脑软件，生成两张缩微版的Unicode码的转换，这种方法查表时间大大缩短，但在远程手机操作中，缺乏灵活性，实现有一定的难度，不能解决业务上的问另一种方案就是让主控制器动态学习短消息，也是本文采用的方案，通过编制电脑软件将需要学习的短消息内容翻译成短消息内容进行对话，与方案一相比，虽然会出现重复字符的情况，但编码提取的速度大大提高。同时，由于手机发送中文短消息，以PDU方式发送方式，收到短消息的内容直接就是Unicode非常方便。主控制器动态学习短消息分为两个过程，先让控制器从电脑上批量学习短消息，如果后期设备管理员需要变更、查询、控制所谓就地短消息学习就是通过电脑，让主控制器单片机学习为了存储更多的短消息内容，我把项目名称作为共用字段单独存储。学习短消息的内容包括：项目名称Unicode编码、反馈信号Unicode编码、控制信号Unicode编码、接收短消息的手机号ASCII码等。主控制器应用层读取来自一级驱动层已解码好的数据，数据段中包含命令和短消息内容或手机号。如果是写入命令，那么将息内容或手机号，再通过一级驱动层的串口1驱动程序，按固定编码格式发送给电脑，在电脑应用软件的文本框中显示。来自一级驱动层的第一种数据格式为：第一字节和第二字节为ASCII码形式的命令，第三字节开始是Unicode码，每个Unicode码由4字节ASCII码组成，也就是要学习的Unicode码形式的短消息内容，最后一个是字符串结束符“\0”。写入项目名称的命令为“a0”,写入5个反馈信号的命令为“al"到“a5”,写入3个控制命令为"a6"到“a8";读取项目名称的命令为"b0”,读取5个反馈信号的命令为“bl”到“b5”,读取3个控制命令来自一级驱动层的第二种数据格式为：第一字节和第二字节浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计为ASCII码形式的命令，第三字节开始也是ASCII码，也就是要学习的用户接收手机号码，最后一个是字符串结束符“\0”。写入3个用户手机号的命令为“a9”到"ab";读取3个用户手机号的命令为“b9”到"bb"。例如主控制器应用层接收到来自一级驱动层的字符串为“a06D4B8BD5987976EE0031”,代表电脑向主控制器项目名称对应的EEPROM地址中写入短消息“测试项目1”。又如主控制器应用层接收到来自一级驱动层的字符串为“b0”,代表电脑从主控制器的EEPROM中读取项目名称对应的短消息Unicode码。GSM管理模式就地短消息学习应用程序流程如图6.9。接收电脑数据成功吗?NO判断命令有效吗?NO对应命令的短消息学习内容写入到EEPROM,读取EPROM数据，通过一级驱动层编码，发送给电脑验证浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计图6.9GSM管理模式就地短消息学习应用层程序流程图所谓远程短消息学习就是通过指定的用户手机和GSM模块TC35,让主控制器单片机学习短消息的编码，方便项目名称改变学习短消息的内容包括：项目名称Unicode编码、反馈信号Unicode编码、控制信号Unicode编码、接收手机号等。主控制器应用层读取来自二级驱动层已解码好的数据，如果是写入命令，那么将短消息数据存入单片机内部指定地址的如果是读取命令，那么将读取单片机内部指定地址的来自二级驱动层的数据格式为：第一字节到第十二字节是命令，由12个ASCII码组成，代表3个Unicode码，第十三字节开始是要学习的短消息内容，字节个数为4的倍数，最后一个是字符串结束符“\0”。写入项目名称的命令字符串为浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计“006100305199”,这个字符串表示3个Unicode码，可在手机上显示“a0写”;按手机上显示的形式，写5个反馈信号的命令为“a1写”到“a5写”,写3个控制的命令为“a6写”到“a8写",写3个手机号码的命令为“a9写”到“ab写"。同样，读命令只要把"a"改为“b"。例如通过手机号主控制器发送“a0写顺昌动层解码，就会从二级驱动层得到短信内容的Unicode码为“006100305199987A660C4EOA57D467510042004F0058”,以及手机号的ASCII码"8613566345647"。经学习好的短消息控制命令，实现远程控制和短消息的查询服管理模式远程监控应用层程序的流程如图6.10。浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计开始开始NO返回NO图6.10GSM管理模式远程监控应用层程序流程图6.1.12GSM管理模式远程主动报警应用层程序所谓远程GSM报错就是当主控制器检测到故障等紧急情况可以及时向已设置的用户手机发送报警信息，提醒用户及时处理。紧急情况如原水泵过载报警、转盘电机过载报警、防盗报警等。GSM管理模式远程主动报警应用层程序流程如图6.11。浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计开始NO读取EEPROM中的用户手机号，读取EEPROM中与信号返回短消息学习电脑程序主要完成向文本框输入短消息文本，把文字GB码解析成Unicode码，按通信格式传输给主控制器，供主控制器学习；从主控制器一级驱动层读取Unicode码，并把Unicode码解析成GB码，在文本框中显示。GSM管理模式短消息学习电脑软件控制界面如图6.12。浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计电脑与德安PLC连接8BF78F935165987976EE540079F0F8BF78F935165987976EE540079F0F10.0啶义10.1定义10.2定义10.3定义10.4定义10.0信号10.1信号10.2信号10.3信号10.4信号开机开机图6.12短消息学习电脑软件控制界面图6.2主控制器二级驱动层程序6.2.1输入信号数据转换二级驱动层程序一级驱动层的数据有来自主控制器本身输入信号和输出控制信号，也有来自键盘显示控制器的按键信号等。对于不同的输入信号，有些能直接给应用层使用，有些还要经过二级驱动层的进一步处理，否则会影响应用层的程序可读性，比如空气开关报警信号是输入值为"1"时有效，防盗报警器的信号是“0”时有浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计二级驱动层主要把应用层不能直接使用的一级驱动层信号进一步处理后，和不用做处理的信号同时映射到预定义的数据结构中，方便应用层调用，提高程序的可移植性。输入信号数据转换二级驱动程序流程如图6.13。开始一级驱动层的数据需要处理吗?NO数据赋值给应用层数据结构返回图6.13输入信号数据转换二级驱动层程序流程图6.2.2主控制器和键盘显示控制器通信二级驱动层程序主控制器和键盘显示控制器通信二级驱动层收到一级驱动层的数据，数据格式为：第一字节为“P”,代表数据来源地址是浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计键盘显示控制器；第二字节到第三字节为传输数据段，第二字节数据代表按键值，第三字节数据代表超生波的液位值。同时，把按键值做按下有效处理。主控制器和键盘显示控制器通信二级驱动层，把来自应用层的数据经过“1”有效处理，返回给一级驱动层，返回数据的格式为：第一字节到第八字节依次为手自动指示、自吸泵指示、转盘电机指示、原水泵指示、紫外线指示、除臭指示、排泥阀指示和报警指示。6.2.3主控制器和GSM模块通信二级驱动层程序数据、通信握手、设置PDU模式、选择消息业务、设置短消息输出模式、设置字符集、短消息触发、读取短消息、发送短消息和删除短消息等过程18]。当收到来自一级驱动层的接收标志时，二级驱动层先读出短消息位置索引，然后读取对应索引位置的短消息的编码串，解出短消息内容和手机号提供给应用层使用，接着，删除SIM卡中的短消息。当收到来自应用层的发送标志时，二级驱动层对来自应用层的短消息内容和手机号进一步编码，再通过一级驱动层发送。主控制器和GSM模块通信二级驱动层程序流程如图6.14。浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计GSM模块初始化一级驱动层接NO应用层发送标NO解出短消息内容用层发解码成功对来自应用层的短消息内容和手机号进一步编返回6.3主控制器一级驱动层程序设计一级驱动层主要负责主控制器输入开关量信号的检测和输块TC35的数据底层通信；完成与电脑的数据底层通信；完成浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计6.3.1开关量输入一级驱动层程序开关信号的干扰源往往来自信号线上的尖脉冲，大部份经过硬件电路的光耦隔离以后去除。为了使本控制器更可靠，还加入了软件抗干扰程序。在5毫秒内，两次检测到的信号相同，代表有效信号，否则无效。5毫秒时间由定时器TO中断产生。开关量输入一级驱动层程序流程如图6.15。开始开始NO5毫秒到吗?其他0步骤清0返回读入8个输入信号并缓存，步骤加1吗?NO浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计压正常，如果读出数据为0xeb,那么第二次向开始)的数据，如果读出数据不是0x90,那么电压正常，如果读出数据还是0x90,那么判定电压偏读取EEPROM数据IAP-DATA=0xeb吗?NO电压正常且程序正常入口进浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计程序如图6.16:浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计6.3.3主控制器和电脑通信一级驱动层程序主控制器和电脑通信采用自由通信协议，通信波特率为9600,完成电脑向主控制器下载数据和读取数据的过程。电脑向主控制器下载数据的格式为：第一字节为“>”,代表主控制器和电脑通信的数据头；第二字节和第三字节为命令，第四字节开始为数据段，代表Unicode码形式的短消息内容或用户手机号码，最后是字符串结束符号“\0”。如果主控制器一级驱动层接收数据成功，那么会直接给应用层程序提供命令和数据段参数。同时，一级驱动层返回命令和数据段给电脑，供电脑软“>a06D4B8BD5987976EE0031”,一级驱动层可以给应用层提供电脑向主控制器读取数据的格式为：第一字节为“>”,代表主控制器和电脑通信的数据头；第二字节和第三字节为命令，最后是字符串结束符号“\0”。如果主控制器一级驱动层接收成功，再由一级驱动层发送。6.3.4主控制器和键盘显示控制器通信一级驱动层程序主控制器和键盘显示控制器通信波特率为9600bit/s,数据通信的完整数据由包头、数据、校验组成，数据类型为ASCII码浙江大学硕士学位论文第6章软件详细设计主控制器和键盘显示控制器通信主要完成主控制器与键盘控制器的底层数据交换，数据接收采用串口1