移動(dòng)通信課程設(shè)計(jì)

1、合 肥 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè)計(jì)題目： 基于GSM移動(dòng)通信的分布式溫度采集系統(tǒng) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系 別： 電子信息與電氣工程系 專 業(yè)： 通信工程 班 級(jí)： 09 通信工程（2）、（2）、（1）班 姓 名： 劉暢、韓豐、趙云飛 學(xué) 號(hào)： 0905071026、0905076040、0905072009 指導(dǎo)教師： 胡國華 完成時(shí)間： 2012年11月29日 分 數(shù)： 通信技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目基于GSM移動(dòng)通信的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)類型工程技術(shù)導(dǎo)師姓名胡國華主要內(nèi)容及目標(biāo)基于GSM移動(dòng)通信的分布式溫度采集系統(tǒng)是借助于GSM移動(dòng)公網(wǎng)，將各采集點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)以短信或以GPRS

2、數(shù)據(jù)的方式發(fā)送到主控站。主控站可以主動(dòng)查詢或被動(dòng)接受各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)，從而使被監(jiān)控環(huán)境及設(shè)備可以做到無人職守，只要有手機(jī)信號(hào)的地方，就可以設(shè)置數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。要求：1、 具備一定的識(shí)圖、用圖和焊接的能力，能正確使用示波器、三用表等，有基本的電路調(diào)試能力；2、 掌握GSM移動(dòng)通信AT信令；3、 掌握VB6.0軟件，編寫程序并調(diào)試實(shí)現(xiàn)；4、 實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)采集；5、 自由發(fā)揮其他功能；6、 要求有系統(tǒng)框圖，電路原理圖，軟件流程圖，模擬仿真結(jié)果圖。具有的設(shè)計(jì)條件根據(jù)設(shè)計(jì)要求提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。計(jì)劃學(xué)生數(shù)及任務(wù)計(jì)劃需要3人：1人主要對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和焊接；1人運(yùn)用VB6.0軟件編寫程序并調(diào)試實(shí)現(xiàn)；1人主要進(jìn)

3、行軟硬件測(cè)試實(shí)現(xiàn)及報(bào)告的編寫。計(jì)劃設(shè)計(jì)進(jìn)程1、從接題開始收集資料、準(zhǔn)備設(shè)計(jì)；2、第1周 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和焊接，軟件編寫程序并調(diào)試實(shí)現(xiàn)；3、第2周 調(diào)試和完善，同時(shí)編寫設(shè)計(jì)報(bào)告。參考文獻(xiàn)1 李志強(qiáng)，屈國普，陳列尊，譚岳衡.基于GSM的溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2010，30（4）：533-5362 黃欣榮.基于GSM短信模塊的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.中國新通信，2010，9：83-853 粱健，戈振揚(yáng)，齊亞峰.基于GSM無線傳輸?shù)臏厥覝囟缺O(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，4：135-146，1404 梁健.基于GSM技術(shù)的溫室環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控J.科技資訊，20109：49

4、-515 施云波，周磊，修德斌，顧簡，王立權(quán).基于GSM的溫濕度環(huán)境參數(shù)遠(yuǎn)程無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)J.傳感器與微系統(tǒng)，2010，4：96-98目錄一、設(shè)計(jì)方案分析與論證11.1系統(tǒng)整體方案分析11.2 GSM模塊11.3 MCU處理器模塊21.4 溫度傳感器模塊3二、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與測(cè)試42.1電路工作框圖42.2硬件電路圖42.3 AT命令52.3.1 AT命令簡介52.3.2本設(shè)計(jì)用到的AT命令62.4整體測(cè)試62.4.1程序的運(yùn)行前硬件設(shè)置62.4.2程序的運(yùn)行效果7三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果8四、總結(jié)9五、參考文獻(xiàn)10摘要：本設(shè)計(jì)中，采用了新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20以及GSM模塊的應(yīng)用。主要是基于GSM移動(dòng)通

5、信的分布式溫度采集系統(tǒng)是借助于GSM移動(dòng)公網(wǎng)，將各采集點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)以短信或以GPRS數(shù)據(jù)的方式發(fā)送到主控站。主控站可以主動(dòng)查詢或被動(dòng)接受各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)，從而使被監(jiān)控環(huán)境及設(shè)備可以做到無人職守，只要有手機(jī)信號(hào)的地方，就可以設(shè)置數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中共有以下三個(gè)模塊組成：GSM模塊、89C2051處理器模塊、溫度傳感器模塊。能實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)基本功能：2位溫度的輸送、隨時(shí)的測(cè)量室內(nèi)溫度并且發(fā)送給指定的手機(jī)上。關(guān)鍵字：89C2051、DS18B20、GTM900-C、串口通信一、設(shè)計(jì)方案分析與論證1.1系統(tǒng)整體方案分析本設(shè)計(jì)的主要要求為借助GSM模塊以短信或者GPRS數(shù)據(jù)的方式把采集點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)

6、發(fā)送到主控站，并且可以主動(dòng)查詢或者被動(dòng)接受，從而可以使被監(jiān)控環(huán)境及設(shè)備可以做到無人值守，只要有手機(jī)信號(hào)的地方，就可以設(shè)置數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。為此，我們提出的解決方案為利用單片機(jī)讀取溫度傳感器得到的溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)單片機(jī)通過串口連接GSM模塊，把溫度數(shù)據(jù)通過GSM模塊發(fā)送到指定的手機(jī)號(hào)碼上面。而對(duì)于GSM模塊的控制，單片機(jī)并不能完成所有操作，如接收端號(hào)碼的設(shè)置、串口傳輸波特率的設(shè)置等。通過分析，則需要一臺(tái)電腦通過串口也連接GSM模塊，對(duì)GSM模塊進(jìn)行SIM 卡寫號(hào)操作等。系統(tǒng)整體方框圖如下所示：GSM模塊監(jiān)控端、手機(jī)PCMCU溫度傳感器1.2 GSM模塊本設(shè)計(jì)中的GSM模塊采用的是華為GTM900C，這是

7、一款應(yīng)用非常廣泛的無線模塊，許多手機(jī)上使用的就是這個(gè)模塊，它的性能非常穩(wěn)定，電路也十分簡單，許多部分已經(jīng)集成起來了，可以直接使用。其基本配置：豐富的AT命令集，40pinzip連接器，RS232雙工串口，紅外串口接口，SIM 3.OV和1.8V接口，2路模擬音頻輸入輸出接口，電源輸入接口和充電管理，電源為3.6V。其中GSM基帶信號(hào)處理器是無線GSM通信模塊的核心部分，它負(fù)責(zé)處理一個(gè)GSM設(shè)備里所有的聲音、信號(hào)和數(shù)據(jù)。它提供一個(gè)UART作為設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)通訊的應(yīng)用接口。GSM基帶信號(hào)處理器是一個(gè)單片混合信號(hào)的IC芯片。在它內(nèi)部高度集成了一個(gè)C166 CPU(ARM7內(nèi)核)和一個(gè)DSP的核。射頻RF收

8、發(fā)電路模塊也是一塊高度集成的芯片，它負(fù)責(zé)處理與GSM網(wǎng)絡(luò)的所有上行和下行通訊。射頻模塊和基帶信號(hào)處理器構(gòu)成了整個(gè)GSM通信模塊的核心。功率供應(yīng)模塊是電源管理由它負(fù)責(zé)向模塊內(nèi)各個(gè)部件提供相應(yīng)電源電壓。FLASH存儲(chǔ)器既可以配置為只讀存儲(chǔ)器(ROM)用來存儲(chǔ)程序，也可以以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(SRAM)的方式上作，用來存放程序運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)。整個(gè)模塊與外部的聯(lián)系(包括電源供給，音頻、數(shù)據(jù)和命令的傳輸)都足通過一個(gè) 40 Pin的FPC連接器來完成的；其中包含的引腳功能有：標(biāo)準(zhǔn)的RS 232信號(hào)接口，共8個(gè)引腳；SIM卡連接引腳，符合GSMll 11標(biāo)準(zhǔn)。其實(shí)物圖如下：其電路連接圖如下所示：1.3 MCU處

9、理器模塊在MCU處理器模塊，我們經(jīng)過分析與比較，采用的是AT89C2051。AT89C2051與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容，2K字節(jié)可重擦寫閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期，2.7-6V的工作電壓范圍，全靜態(tài)操作：0HZ-24MHZ，兩級(jí)加密程序存儲(chǔ)器，128X8字節(jié)內(nèi)部RAM，15個(gè)可編程I/O口線，兩個(gè)15位定時(shí)計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源等等。下面是AT89C2051的管腳圖：1.4 溫度傳感器模塊在溫度傳感器模塊，我們經(jīng)過分析與比較，采用的是DS18B20數(shù)字溫度計(jì)。DS18B20是DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的1Wire，即單線智能溫度傳感器，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路

10、簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器,它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。下圖為DS18B20引腳分布圖：二、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與

11、測(cè)試2.1電路工作框圖經(jīng)過之前的分析、比較和討論，我們最終選定了器件的具體型號(hào)。此時(shí)，則可以畫出整個(gè)系統(tǒng)的具體框圖。如下所示：GTM-900-C監(jiān)控端、手機(jī)PC89C2051DS18B202.2硬件電路圖經(jīng)過查找資料，可以得到整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路連接圖，如下所示：由以上的硬件電路原理圖，就可以制作出本設(shè)計(jì)的硬件實(shí)物，如下圖所示：2.3 AT命令2.3.1 AT命令簡介AT命令是最初是一組用來控制MODEM的命令集，它包含最基本的Hayes命令集和各廠家自己特有的命令。后來，主要的移動(dòng)電話生產(chǎn)廠商諾基亞、愛立信、摩托羅拉和HP共同為GSM研制了一整套AT命令，AT命令在此基礎(chǔ)上演化并被加入GSM

12、07.05標(biāo)準(zhǔn)，以及之后的GSM 07.07標(biāo)準(zhǔn)18。這樣各種GSM模塊都支持用戶用AT命令來對(duì)它進(jìn)行控制。GSM模塊啟動(dòng)后，都處于命令狀態(tài)，在該狀態(tài)下，它以AT命令形式接收命令。GSM模塊接收到AT命令后，對(duì)命令進(jìn)行解釋和執(zhí)行，并返回相應(yīng)的結(jié)果碼。所有的AT命令都由一個(gè)特定的“命令前綴”開始，由一個(gè)“命令結(jié)束標(biāo)志”結(jié)束。命令前綴通?？偸怯葾T兩個(gè)字符組成，它是ATtention的縮寫，意思是“引起注意”，所以將它們稱為AT命令。命令結(jié)束符是一個(gè)單字節(jié)，通常為回車符，ASCII值為13。一般AT命令都由AT或at開始，而不是At或aT，也就是說，所有AT命令可全是大寫字符，也可以全是小寫字符，

13、但不能是大小寫混合字符。下表是一些常用的AT命令。AT命令說明AT+CSCA=nnnn設(shè)置短消息中心，nnnn為消息中心號(hào)碼AT+CPMS=“nn“,“nn“,“nn“設(shè)置存儲(chǔ)區(qū)：nn=SM時(shí)選擇SIM卡，nn=ME選擇機(jī)身AT+CMGS= “nnnn”發(fā)送短信，nnnn為電話號(hào)碼AT+CNMI=a,b,c,d,e新消息提示,實(shí)驗(yàn)中設(shè)置為: 1,1,0,0,1AT+CPMF=n設(shè)置短信發(fā)送方式：n=1為TEXT模式，n=0為PDU模式AT+CMGR=n讀取當(dāng)前存儲(chǔ)區(qū)的第n條短信AT+CMGD=n刪除當(dāng)前存儲(chǔ)區(qū)的第n條短信AT+CSDH=n設(shè)置短信返回方式：n=0為簡單模式，n=1為詳細(xì)模式2.

14、3.2本設(shè)計(jì)用到的AT命令在本系統(tǒng)的測(cè)試中，均使用PC中的軟件“移動(dòng)短信軟件”通過串口通信進(jìn)行。1、GSM模塊的測(cè)試操作步驟：（1）在命令輸入框中輸入AT；（2）按下“Enter”鍵或點(diǎn)擊“發(fā)送命令”按鈕；（3）接收信息中顯示GSM模塊返回消息。如返回為OK或0，說明Modem處于正常工作狀態(tài)。2、GSM通信速率的設(shè)置操作步驟：（1）在命令輸入框中輸入AT+IPR=9600；（2） 按下“Enter”鍵或點(diǎn)擊“發(fā)送命令”按鈕；（3） 模塊的速率改為9600bps，此時(shí)移動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件也要設(shè)置相同的串口通信速率；注意；實(shí)驗(yàn)臺(tái)MCU的串口通信速率出廠時(shí)已經(jīng)設(shè)置為9600bps，為了實(shí)驗(yàn)臺(tái)MCU

15、與GSM模塊能正常通信，所以GSM通信速率最后要設(shè)置回9600bps。3、SIM卡存儲(chǔ)手機(jī)號(hào)此時(shí)，我們就可以通過制作好的硬件電路進(jìn)行初步的配置操作，為以后的實(shí)驗(yàn)測(cè)試做好準(zhǔn)備。本系統(tǒng)工作過程如下：首先，由處理器AT89C2051對(duì)溫度傳感器DS18B20和GTM900-C無線模塊進(jìn)行初始化，并讀取SIM卡電話簿中存儲(chǔ)序號(hào)為1的手機(jī)號(hào)碼作為目標(biāo)手機(jī)；稍后，處理器讀取溫度傳感器下傳的溫度值并按照AT命令格式轉(zhuǎn)換后，發(fā)送給GTM900-C無線模塊；GTM900-C無線模塊通過短信的方式將現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到設(shè)定的目標(biāo)手機(jī)中去。因?yàn)檫B接GSM模塊的手機(jī)卡可能會(huì)不固定，而且存儲(chǔ)在手機(jī)SIM卡內(nèi)部的儲(chǔ)序號(hào)為1

16、的手機(jī)號(hào)碼也不是固定的，目標(biāo)手機(jī)號(hào)碼也不是固定的，則我們通過電腦上的上位機(jī)軟件，以串口方式對(duì)GSM模塊進(jìn)行配置，即向SIM卡內(nèi)寫入目標(biāo)手機(jī)號(hào)碼。（1）存入號(hào)碼AT：AT+CPBW=1LC ；（2）模塊返回結(jié)果碼為：OK；（3）查詢號(hào)碼AT：AT+CPBR=1。2.4整體測(cè)試2.4.1程序的運(yùn)行前硬件設(shè)置（1）在通信實(shí)驗(yàn)箱右下的A擴(kuò)展接口安插上“GSM開發(fā)模塊”硬件模塊，用配套的RS232連接線連接“GSM開發(fā)模塊”和計(jì)算機(jī)。（2）正確插入SIM卡，打開移動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱電源，等待初始化完成。（3）“GSM開發(fā)模塊”右上角的“MCU-GSM”指示燈先亮幾秒后熄滅，然后“PC-G

17、SM”對(duì)應(yīng)的指示燈亮。注意：如果“MCU-GSM”指示燈始終亮，則表明“GSM開發(fā)模塊”的速率不是9600bps，此時(shí)，首先按“GSM開發(fā)模塊”左下角的“工作方式選擇”按鈕，使模塊右上角“PC-GSM”對(duì)應(yīng)的指示燈亮。然后將GSM通信速率設(shè)置為9600 bps。（4）若“GSM開發(fā)模塊”運(yùn)行正常，右下角的“RUN”指示燈將在一陣常亮和一陣快閃爍后變?yōu)槁W爍，此時(shí)表示SIM卡用戶已正常注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)可以使用了。否則關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱電源，檢測(cè)天線連接是否正常，檢測(cè)SIM安裝是否正常，更換SIM卡。2.4.2程序的運(yùn)行效果在默認(rèn)波特率9600下，AT命令窗口輸入“AT”，點(diǎn)擊“發(fā)送命令”按鈕，看“命令返回信息”

18、窗口是否有信息“OK”或“0”返回。否則，更換波特率，重新試一下。確認(rèn)模塊通信波特率，若為1200，則輸入波特率設(shè)置命令“AT+IPR=9600”，更改模塊通信波特率為9600。之后必須把計(jì)算機(jī)串口的速率設(shè)置成修改后的速率。點(diǎn)擊軟件菜單中的“RS232設(shè)置”“波特率”進(jìn)行選擇設(shè)置，如下圖所示：（1）AT命令窗口輸入：AT+CPBW=1,LC 。此命令目標(biāo)手機(jī)號(hào)碼寫入了電話簿位置為1的存儲(chǔ)器中，并命名為LC。注:這個(gè)動(dòng)作將覆蓋SIM卡中對(duì)應(yīng)1號(hào)位置的號(hào)碼。（2）AT命令窗口輸入：AT+CPBR=1。從當(dāng)前電話簿存儲(chǔ)器中查找位置1的電話號(hào)碼，看看

19、是否為剛才寫入的號(hào)碼。（3）按“GSM開發(fā)模塊”左下角的“工作方式選擇”按鈕，使模塊右上角“MCU-GSM”對(duì)應(yīng)的指示燈亮，此時(shí)“GSM開發(fā)模塊”上的單片機(jī)與GSM模塊連接。（4）觀看目標(biāo)手機(jī)收到短信的情況。目標(biāo)手機(jī)會(huì)每隔一段時(shí)間收到一條帶有溫度數(shù)據(jù)的短信，以此來實(shí)現(xiàn)分布式溫度采集。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果首先將GSM模板插在移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)箱上，打開電源等待試驗(yàn)箱初始化。正確插入SIM卡，打開移動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱電源，等待初始化完成。“GSM開發(fā)模塊”右上角的“MCU-GSM”指示燈先亮幾秒后熄滅，然后“PC-GSM”對(duì)應(yīng)的指示燈亮。在“AT命令輸入”框中輸入“AT”,看“命令返回信息”窗口是否有信息“OK”或“

20、0”返回。否則，更換波特率，重新試一下。如下圖所示：設(shè)置我們要接收溫度的手機(jī)號(hào)碼為1號(hào)位。在AT命令窗口輸入：AT+CPBW=1,LC。如下圖所示：將工作方式改成“MCU-GSM”，使“GSM開發(fā)模塊”上的單片機(jī)與GSM模塊連接。使之控制GSM模塊的運(yùn)行。接下來每個(gè)幾十秒目標(biāo)手機(jī)號(hào)都能收到GSM模塊發(fā)送的一條溫度信息“Temp:*”。以此來實(shí)現(xiàn)分布式溫度采集。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：序號(hào)室內(nèi)溫度（度）發(fā)送溫度（度）112.814.0212.512.0311.812.0413.413.0513.213.0613.513.0數(shù)據(jù)分析：在誤差的范圍內(nèi)是可以接受的。四、總結(jié)隨著現(xiàn)代來的發(fā)展

21、，移動(dòng)通信技術(shù)正在悄然的改變著我們的生活環(huán)境和生活方式。無線技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)在己成為我們生活中一個(gè)不可缺少的重要組成部分。在生產(chǎn)等其它方面也發(fā)揮著越來越重要的作用。作為通信工程專業(yè)的一名學(xué)生，通過對(duì)這個(gè)課題的研究，整理，直至最后的完成，每一步都能讓我感觸良多，每一步都會(huì)學(xué)習(xí)到新的知識(shí)，也使專業(yè)方面的基礎(chǔ)知識(shí)掌握的更加牢靠。此次溫度顯示設(shè)計(jì)，讓我學(xué)會(huì)了規(guī)范化的步驟和方法是很重要的，程序調(diào)試的各種方法以及解決調(diào)試過程中出現(xiàn)的一系列的問題。更重要的是讓我明白實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是多么重要。試驗(yàn)中對(duì)于原理的理解，一定要徹底，在此基礎(chǔ)上，要熟悉電路的每一個(gè)模塊，對(duì)他的工作性質(zhì)加以分析和了解，在經(jīng)過自己細(xì)心的調(diào)節(jié)，才能得到自己期望的結(jié)果。比如這次設(shè)計(jì)中所用的DS18B20數(shù)字溫度傳感器，它的時(shí)序要求十分嚴(yán)格，由于它是采用單總線結(jié)構(gòu)的輸入輸出方法，它的時(shí)序中所用到的延時(shí)必然很關(guān)鍵，時(shí)間過長了會(huì)使整個(gè)溫度計(jì)的反應(yīng)時(shí)間變慢，延時(shí)時(shí)間過短會(huì)使傳感器不能正常工作。本次實(shí)驗(yàn)中，由于GSM模塊工作的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中有些停頓，但是，通過我們的不懈努力以及胡老師的指導(dǎo)，最終解決問題，讓我們知道在實(shí)驗(yàn)中，一定要注意對(duì)GSM模塊的