SIM900A模塊-單片機資料

1、棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計基于 SIM900A 的農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：隨著 GSM(Global System for Mobile communication)移動通信網(wǎng)絡(luò)的迅速普及，新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)提到一個十分重要的位置。短消息業(yè)務(wù)（SMS）作為 GSM 網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用已得到越來越多的關(guān)注。本文設(shè)計了一種基于 GSM 短消息的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。 在給出系統(tǒng)的總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，設(shè)計了系統(tǒng)的硬件和軟件，采用模塊化的設(shè)計。硬件部分以單片機C8051F340 為核心，還包括單片機外圍電路、SIM9

2、00A 通信模塊。軟件部分通過KeilC 軟件進行編程，實現(xiàn)棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制?；?SIM900A的農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過用戶手機向GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信，接收用戶機的控制命令對棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制。其原理簡單、方便快捷、數(shù)據(jù)精度滿足生產(chǎn)要求，與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比有著獨特的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞： 單片機短信 遠(yuǎn)程控制SIM900A目錄目錄2棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計緒論 3 1.1 研究的背景 31.2 發(fā)展歷史及發(fā)展?fàn)顩r 41.3 研究的內(nèi)容及意義 5系統(tǒng)方案論證和選擇 6 2.1 設(shè)計方案模塊 62.2 單片機的選擇 72.3 無線通信模塊的選擇 8硬件電路設(shè)計 9 3.1 單片

3、機外圍電路 73.1.1 晶振電路：83.1.2 復(fù)位電路：73.1.3 電源電路 93.2 SIM900A 模塊電路設(shè)計93.2.1 SIM900A 模塊簡介103.3 輸出控制模塊設(shè)計11軟件設(shè)計 11 4.1 簡介 KeilUvision4 13 4.2 信息接收程序設(shè)計 15緒論1.1 研究的背景中國是個農(nóng)業(yè)大國， 每年爆發(fā)的各種蟲害給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大損失。傳統(tǒng)的蟲情測報一般由農(nóng)技人員到農(nóng)田現(xiàn)場捕獲蟲體，然后帶回實驗室匯總預(yù)報。 這種方式有棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計很多缺點，在一些地形復(fù)雜、氣候惡劣的地方，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集十分困難，人身安全得不到有效保障， 己經(jīng)不適應(yīng)精細(xì)農(nóng)業(yè)的

4、發(fā)展要求。 隨著嵌入式技術(shù)和無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的數(shù)據(jù)采集設(shè)備都安裝有無線通信模塊， 使得從數(shù)據(jù)采集到無線傳輸都實現(xiàn)了自動化和遠(yuǎn)程化控制， 這有效地節(jié)省了人力， 提高了對害蟲災(zāi)害監(jiān)控的實時性，挽回了巨大的損失。隨著計算機技術(shù)、 通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展， 以及各種智能儀表的大量涌現(xiàn)，各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的自動化水平得到了很大的提高。特別是各種智能測量，控制儀表和高可靠性可編程控制器 PLC出現(xiàn)以后，設(shè)計者可以根據(jù)具體的控制要求，選擇合適的儀表殼控制單元進行系統(tǒng)集成。 這樣，系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)才能周期短， 可靠性高，成本低。采用先進的遠(yuǎn)程控制技術(shù) , 可以大幅度降低人工成本 , 提高

5、病蟲害的監(jiān)測精度 , 可以方便管理 , 既有社會效益 , 又有經(jīng)濟效益。1.2 發(fā)展歷史及發(fā)展?fàn)顩r作為蟲情監(jiān)測的一個重要部分， 數(shù)據(jù)采集和傳輸有著非常重要的意義。 上世紀(jì)九十年代開始，世界發(fā)達國家如美國、加拿大、澳大利亞及歐洲國家，在其農(nóng)業(yè)蟲害預(yù)報領(lǐng)域較早使用了各類采集設(shè)備和電子信息技術(shù)， 在實踐中完成具備衛(wèi)星定位、 信息采集、土壤采樣、農(nóng)機導(dǎo)航和各種農(nóng)用傳感器信息采集等功能的產(chǎn)品研發(fā)， 并由經(jīng)濟技術(shù)實力強勁的公司進行商業(yè)化推廣， 己經(jīng)形成較為成熟的系列產(chǎn)品。 據(jù)調(diào)查，國外在數(shù)據(jù)采集與傳輸方面主要有如下幾種比較典型的產(chǎn)品 :著名的 Trimble 公司推出了三款用于農(nóng)業(yè)信息管理的手持終端設(shè)備

6、:NOMAD、JUNO, YUMA，這些設(shè)備都具有現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)記錄，農(nóng)田地圖繪制，土壤取樣等功能。優(yōu)點在于將數(shù)據(jù)采集記錄與 GPS相結(jié)合，使得 GPS的應(yīng)用更加具體， 更加廣泛，而且可以借助手持設(shè)備編寫功能強大的軟件， 開發(fā)較容易。 缺點是在野外使用不方面， 電源供電時間有限，每次使用時都需要農(nóng)業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場巡視，勞動量較大。2. Cyber Tracker蟲害綜合管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是Cyber Tracker公司專為解決有機耕種存在的蟲害問題而研發(fā)的，系統(tǒng)能收集大量的實時數(shù)據(jù)， 基于這些數(shù)據(jù)來減少環(huán)境對農(nóng)產(chǎn)品的影響。 優(yōu)點在于能實時并跟蹤害蟲的生長情況，及時作出反應(yīng)， 但適用的范圍狹小，不能

7、廣泛應(yīng)用。棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計美國 CAMPBELL SCIENTIFIC公司的 CR系列數(shù)據(jù)記錄儀。該記錄儀是以單片機為核心控制器開發(fā)的， 與基于筆記本和掌上電腦的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)相比， 該記錄儀不僅成本低， 配置靈活，而且還可以依據(jù)實際情況對設(shè)備進行單獨設(shè)置， 但由于單片機具有處理速度或存儲量有限的缺點， 導(dǎo)致這類設(shè)備不能采集存儲圖片等大信息量的數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)往往需要發(fā)送至上位機進行后期處理， 不支持無線數(shù)據(jù)傳輸。相對國外用于農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)漠a(chǎn)品己經(jīng)有較為成熟的體系而言，國內(nèi)在農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集的研究和應(yīng)用起步較晚。 近年，國內(nèi)一些有實力的公司與科研院所相互合作，投入

8、了大量的財力和人力， 研發(fā)了一些能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)难b備。在基于筆記本電腦和掌上電腦的研發(fā)方面， 并沒有具有自主知識產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用系統(tǒng)， 絕大多數(shù)都是在常規(guī)的軟件上進行的二次開發(fā)， 尚未形成通用的產(chǎn)品， 一些公司和研究機構(gòu)基于單片機的采集系統(tǒng)做了一定的研發(fā)。北京惠澤農(nóng)科技有限公司是國內(nèi)在農(nóng)業(yè)信息化方面做出過突出貢獻的單位之一，該公司研發(fā)了大量用于數(shù)據(jù)采集和環(huán)境監(jiān)測的設(shè)備， 在實際應(yīng)用中取得良好的效果。其高精度溫濕度記錄儀， 其自帶的存儲器最多可以存儲十萬個記錄， 用戶可任意設(shè)置掃描周期。 手持式袖珍氣象站， 該設(shè)備內(nèi)置的各種傳感器能準(zhǔn)確測量現(xiàn)場的溫濕度、風(fēng)速、大氣壓及露點溫度，并能在屏幕

9、上數(shù)字顯示。此外，該公司開發(fā)的其他設(shè)備還有其他各種功能，如用于土壤養(yǎng)分分析、植物生理監(jiān)視、水質(zhì)監(jiān)測等，這些設(shè)備對農(nóng)業(yè)信息化都有一定的實際意義。1 3 研究的內(nèi)容及意義計算機控制技術(shù)在我國眾多領(lǐng)域獲得的廣泛應(yīng)用，采用了以計算機控制技術(shù)為手段的自動化監(jiān)控與調(diào)度的管理模式。但在農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測領(lǐng)域， 我國現(xiàn)行管理水平與發(fā)達國家相比差距較大， 雖然隨著病蟲害監(jiān)測技術(shù)的推廣和遠(yuǎn)程自控控制技術(shù)的不斷進步，遠(yuǎn)程病蟲害監(jiān)控及控制系統(tǒng)逐漸得到應(yīng)用，因此研制一種適合農(nóng)民經(jīng)濟承受能力的遠(yuǎn)程病蟲害監(jiān)控控制系統(tǒng)，就成為一項重要的任務(wù)?；?GSM短消息的遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)是通過手機設(shè)定特定命令，以短消息方式指棉蚜快速監(jiān)測裝

10、置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計揮控制系統(tǒng)及時或定時開啟或關(guān)閉電磁閥。農(nóng)田棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)， 不僅為各級用戶掌握實時棉花受災(zāi)情況， 及時播撒相對應(yīng)的農(nóng)藥， 指導(dǎo)生產(chǎn)提供了可靠的依據(jù)， 提高操作的準(zhǔn)確性，還為遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的推廣提供了行之有效的方法和手段， 有利于我國廣大農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移和農(nóng)村經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整。系統(tǒng)方案論證和選擇2 1 設(shè)計方案模塊本設(shè)計是用單片機控制GSM模塊采集和控制遠(yuǎn)程設(shè)備信息的無線通信控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是以C8051F340單片機為核心部件，通過對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、GSM、輸出控制等模塊的設(shè)計，實現(xiàn)土壤水分、灌溉流量信息的自動采集、無線傳輸、灌溉控制等功能。本設(shè)

11、計采用模塊化設(shè)計， 整個系統(tǒng)由單片機模塊、 外擴存儲模塊、 土壤信息采集棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計模塊、 GSM通信模塊和輸出控制模塊組成，系統(tǒng)的整體方案框圖如下圖2.1 ：圖 2.1 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)中各個模塊的功能如下：單片機模塊： 完成參數(shù)設(shè)置及儲存、 數(shù)據(jù)比較與處理、 控制與管理外部設(shè)備等功能。GSM通信模塊：收取用戶的手機短息進行譯碼，并通過串口實現(xiàn)與單片機的通信輸出控制模塊： 實現(xiàn)對外部設(shè)備的控制， 通過控制繼電器來控制棉蚜快速檢測裝置的工作。2 2 單片機的選擇方案一：采用 C8051F340單片機。 C8051F340器件是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型 MCU。是增強型 5

12、1 單片機。 C8051F340器件使用 Silicon Labs 的專利 CIP-51 微控制器內(nèi)核。具有標(biāo)準(zhǔn) 8052 的所有外設(shè)部件，包括 4 個 16 位計數(shù)器 / 定時器、兩個具有擴展波特率配置的全雙工 UART、一個增強型 SPI 端口、多達 4352 字節(jié)的內(nèi)部RAM、128 字節(jié)特殊功能寄存器（ SFR）地址空間及多達40 個 I/O 引腳。高速、流水棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計線結(jié)構(gòu)的 8051 兼容的微控制器內(nèi)核（可達 48MIPS），并含有電源穩(wěn)壓器，多達 64KB 的片內(nèi) FLASH存儲器， 多達 4352 字節(jié)片內(nèi) RAM（256+4KB）。真正 10 位 20

13、0 ksps 的單端 / 差分 ADC，帶模擬多路器。具有片內(nèi)上電復(fù)位、 VDD監(jiān)視器、電壓調(diào)整器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的 C8051F340器件是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。 對本系統(tǒng)而言是一個高性價比的單片機。方案二：采用 AT89C51單片機。 AT89C51單片機是 8 位的微處理器芯片，它是高性能的微處理器，帶有4KB 的閃存空間，可以通過電擦除，便于程序的修改調(diào)試。AT89C51微控制器在使用上有很高的效率，是由于該芯片組合了8 位 CPU和閃存，以及中斷控制和定時器等部件。它的兼容性很好，與8051 等其他型號單片機兼容，結(jié)構(gòu)簡單且價格便宜。由于單片機控制系統(tǒng)的核心， 通過外圍

14、電路和 GSM模塊要實現(xiàn)能夠控制 GSM模塊短消息的接收和發(fā)送、 接收頻率、功耗大小、 工作模式等各項參數(shù)設(shè)置及各項控制輸出的功能。因此必須需要一個功能強大的微控制器才能達到要求， 而 C8051F340單片機不僅滿足設(shè)計要求， 而且內(nèi)部有 A/D 轉(zhuǎn)換器，在短時間內(nèi)和有限的條件下使設(shè)計更加輕松和方便。因此本設(shè)計采用 C8051F340單片機為系統(tǒng)的控制核心。2 3 無線通信模塊的選擇方案一：采用 SIM340SIM340 GSMGPRS模塊應(yīng)用于 WLL，M2M和手持設(shè)備的 GSMGPRS模塊。SIM340是小體積即插即用模塊中完善的四頻 GSMGPRS解決方案使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)界面， 使得具備

15、GSMGPRS 850900 18001900MHz功能的 SIM340 以小尺寸和低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸。 SIM340的優(yōu)良性能讓它應(yīng)用于許多方面，例如 WLL、 M2M、手持設(shè)備等等。四頻GSM GPRS 模塊，外形尺寸40mm x33mmx2.85mm 。支持用戶定制的MMI和鍵盤 LCD內(nèi)嵌強大的 TCP IP 協(xié)議棧方案二 : 采用 SIM900A。SIM900A是一款尺寸緊湊型、高可靠性的無線模塊，采用 SMT封裝的雙頻 GSM/GPRS 模塊解決方案， 采用功能強大的處理器 ARM9216EJ-S內(nèi)核，能滿足低成本、 緊湊尺寸棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制

16、系統(tǒng)設(shè)計的開發(fā)要求。可以內(nèi)置客戶應(yīng)用程序。 SIM900A GSM/GPRS使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)界面，使得具備 GSM/GPRS900/1800MHz功能的 SIM900A以小尺寸和低功耗實現(xiàn)語音、 SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸。 SIM900A能滿足 M2M幾乎所有應(yīng)用要求， 尤其是小巧、 緊湊型的設(shè)計。其物理尺寸為： 24mm x 24mm x 3mm?？蓮V泛應(yīng)用于車載跟蹤、車隊管理、無線 POS、手持 PDA、智能抄表與電力監(jiān)控等眾多方向。設(shè)計此系統(tǒng)的是基于短消息方式，簡單、方便使用、價格低廉的實用性系統(tǒng)，因此我們選擇 SIM900A。兩者功能相似， SIM340在相同技術(shù)領(lǐng)域相對 SIM9

17、00A更勝一籌，但對本系統(tǒng)而言 SIM900A性價比更高。硬件電路設(shè)計3.1 單片機外圍電路單片機外圍電路包括C8051F340單片機、復(fù)位電路、晶振電路、電源電路。3.1.1 晶振電路：單片機的晶振電路有兩種形式，一種是采用外部時鐘信號，外部時鐘信號需從XTAL1引腳輸入， XTAL2引腳懸空，原因是CPU片內(nèi)時鐘信號取自作為反饋放大元件的二輸入與非門的一個輸入端。另一種是使用片內(nèi)的震蕩電路，XTAL1、XTAL2 作為系統(tǒng)時鐘信號的輸入、輸出端，此時，晶振、電容以及片內(nèi)與非門（起反饋、放大作用的元件，類似于電容三點式震蕩電路中的三極管）構(gòu)成電容三點式振蕩器。 由于石英晶體振蕩器中的靜態(tài)電容

18、、 外接震蕩電容均遠(yuǎn)大于晶體彈性等效串聯(lián)電容，因此震蕩頻率主要由晶體振蕩器并聯(lián)諧振頻率決定。本系統(tǒng)的晶振采用方法二，Y1 為11.0592MHz 晶振，以產(chǎn)生準(zhǔn)確的 9600bps 的串口通信波特率，使單片機和SIM900A模塊通信出錯率降低。 C1和 C2為 30pF瓷片電容。3.1.2 復(fù)位電路干擾以脈沖的形式出現(xiàn)， 而最終造成微機系統(tǒng)故障的多數(shù)現(xiàn)象為“死機”。究其原因是 CPU在執(zhí)行某條指令時， 受干擾的沖擊， 使它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，致棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計使該條指令出錯。這時， CPU執(zhí)行隨機拼寫的指令，甚至將操作數(shù)作為操作碼執(zhí)行，導(dǎo)致程序“跑飛”或進入“死循環(huán)”。

19、 為使這種“跑飛”或進入“死循環(huán)”的程序自動恢復(fù)，重新正常工作，一種有效的辦法是采用硬件“看門狗”技術(shù)。用看門狗* 程序的運行。若程序發(fā)生“死機”， 則看門狗產(chǎn)生復(fù)位信號， 引導(dǎo)單片機程序重新進入正常運行。此外，當(dāng)電源電壓降低或掉電時，會造成重要的數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)不能正常運行。若設(shè)法在電源電壓降至一定的限值之前， 單片機快速地保存重要數(shù)據(jù)， 將會最大限度地減少損失。單片機的掉電工作方式電路原理圖如下圖所示：當(dāng)PD設(shè)置為1 時，激活掉電方式，此時 0，與非門輸出為低電平，時鐘發(fā)生器停止工作，單片機內(nèi)所有運行狀態(tài)均被停止， 只有片內(nèi) RAM和 SFR中的數(shù)據(jù)被保存起來。 在單片機系統(tǒng)中可借助于一定的

20、外部附加電路監(jiān)測電源電壓， 并在電源發(fā)生故障時及時通知單片機 （如通過引發(fā)中斷來實現(xiàn)）快速保存重要數(shù)據(jù)，且斷開外圍設(shè)備用電電源，使整個應(yīng)用系統(tǒng)的功耗降到最少。當(dāng)電源恢復(fù)正常時，取消掉電工作方式，通過復(fù)位單片機，使系統(tǒng)重新正常工作。圖 3.2 復(fù)位電路3.1.3 電源電路（1）C8051F340電源模塊設(shè)計LM2596 開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A 的驅(qū)動棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計電流，同時具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有3.3V 、5V、 12V， 可調(diào)版本可以輸出小于37V 的各種電壓。這里固定輸出VCC為 5VA1117是一款正電壓輸出的低壓

21、降三端線性穩(wěn)壓電路, 在 1A輸出電流下的壓降為1.2V. 。 X1117 分為兩個版本 , 固定電壓輸出版本和可調(diào)電壓輸出版本. 固定輸出電壓1.5V 、1.8V、 2.5V、3.3V、 5.0V 和可調(diào)版本的電壓精度為 1%；。A1117 內(nèi)部集成過熱保護和限流電路， 適用于各類電子產(chǎn)品。 這里采用固定電壓輸出版本且固定電壓輸出VDD為 3.3v本系統(tǒng)的電源電路采用的電源模塊如圖圖 3.3 源電路棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計3.2SIM900A模塊3.3 輸出控制模塊設(shè)計主要作用是驅(qū)動電磁閥，使繼電器閉合，實現(xiàn)開關(guān)控制。：其工作原理：這里用一個 PNP型的三極管， e 集接 VCC，

22、C 集接繼電器的 3 腳，用于驅(qū)動繼電器閉合， b 集接一個 200 毆的電阻，并接到單片機的 P14 口，剛開始時單片機的 P14 口是高電平，根據(jù) PNP型三極管的工作原理， e 集合 c 集不導(dǎo)電，繼電器接的是 1 腳和 2 腳，當(dāng)單片機的 P14 口把電位拉低時，三極管導(dǎo)電，驅(qū)動繼電器的電磁閥，使1 腳和 3 腳閉合（相當(dāng)于水閥的開關(guān)閉合導(dǎo)電） ，從而實現(xiàn)灌溉功能。圖 3.14輸出控制電路棉蚜快速監(jiān)測裝置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計軟件設(shè)計4.1 簡介 KeilUvision4Keil C51 是美國 Keil Software公司出品的 51 系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C 來開發(fā)，體會更加深刻。Keil提供了包括編譯器、匯編、連接器、庫管理和一個仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些組合在一起。Keil 有以下幾個特點：1.擁有全功能的源代碼編輯器；2.器件庫用來配置開發(fā)工具設(shè)置；3.項目管理器用來創(chuàng)建和維護用戶的項目；4.集成的