基于GPRS的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計-浙江大學

1、基于GPRS的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計摘要溫度是工業(yè)生產中的主要控制參數之一，與之相關的各種溫度控制系統(tǒng)廣泛應用于冶金、化工、機械、食品等領域。溫度控制是錫工業(yè)生產過程中經常遇到的過程控制。有些工序的溫度控制效果直接影響產品的質量。例如：在冶金工業(yè)、化工生產、電力工程、造紙工業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領域，人們需要對各種加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐的溫度進行檢測和控制；農業(yè)生產、糧庫、機房等都需要控制溫度。因此，設計一個理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。, GPRS具有網絡覆蓋廣、數據帶寬寬、適應性強、按數據流計價、實時在線等優(yōu)點，特別適用于間歇性、突發(fā)性或頻繁性，也適用于偶爾的大數據量傳輸，

2、可以滿足數據采集和監(jiān)控的雙向數據信息傳輸。 GPRS技術從實驗室研究、區(qū)域試驗到正式商用，經過長時間的完善，技術先進可靠。 GPRS設備數據監(jiān)控終端傳輸設備一開機即可自動接入GPRS網絡，與數據中心進行實時在線數據通信，傳輸速度快，可靠性高。本文設計了一種溫度控制系統(tǒng)，以單片機為單片機，選用數字溫度傳感器進行溫度控制，提出了一種基于GPRS技術，采用AT89C51單片機和DS18B20數字溫度的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)方案。傳感器實現現場溫度數據采集處理，再通過GPRS模塊TC39i實現遠程數據收發(fā)，具有精度高、穩(wěn)定性好等特點。在硬件方面，設計了基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)，以AT89C51單片機為核

3、心，采用溫度傳感器DS18B20，基于GPRS無線通信模塊，基于AT指令和數據采集器，建立遠程溫度數據采集系統(tǒng)，控制溫度。實踐結果表明，該系統(tǒng)效果良好，具有廣闊的應用前景。關鍵詞：溫度采集系統(tǒng)；監(jiān)控軟件；單片機目錄TOC o 1-2 h u HYPERLINK l _Toc22088 1.概述5 PAGEREF _Toc22088 HYPERLINK l _Toc3820 1.1 項目設計背景 PAGEREF _Toc3820 5 HYPERLINK l _Toc22292 1.2 項目設計的意義 PAGEREF _Toc22292 5 HYPERLINK l _Toc10767 二、系統(tǒng)整體

4、結構及硬件電路設計 PAGEREF _Toc10767 6 HYPERLINK l _Toc27065 2.1 系統(tǒng)整體結構設計 PAGEREF _Toc27065 6 HYPERLINK l _Toc4123 2.2 溫度采集模塊設計 PAGEREF _Toc4123 6 HYPERLINK l _Toc32577 2.3 單片機電路設計 PAGEREF _Toc32577 8 HYPERLINK l _Toc5023 2.4 通信電路設計 PAGEREF _Toc5023 12 HYPERLINK l _Toc22276 3. 下位機軟件設計 PAGEREF _Toc22276 14 HY

5、PERLINK l _Toc22923 3.1 下位機整體軟件設計 PAGEREF _Toc22923 14 HYPERLINK l _Toc16706 3.2 溫度采集程序設計 PAGEREF _Toc16706 16 HYPERLINK l _Toc31721 3.3 通信模塊設計 PAGEREF _Toc31721 18 HYPERLINK l _Toc30592 4. PC軟件設計 PAGEREF _Toc30592 22 HYPERLINK l _Toc16195 4.1 GPRS通訊網絡 PAGEREF _Toc16195 22 HYPERLINK l _Toc16597 4.2

6、遠程溫度檢測的實現原理 PAGEREF _Toc16597 23 HYPERLINK l _Toc22594 4.3 GPRS DTU遠程溫度監(jiān)控接口 PAGEREF _Toc22594 24 HYPERLINK l _Toc2436 五、系統(tǒng)集成與調試 PAGEREF _Toc2436 25 HYPERLINK l _Toc27472 6. 結論 PAGEREF _Toc27472 27 HYPERLINK l _Toc4256 至 PAGEREF _Toc4256 29 HYPERLINK l _Toc32325 附錄一：采集系統(tǒng)接線圖 PAGEREF _Toc32325 30 HYPER

7、LINK l _Toc9095 附錄 2：組件列表 PAGEREF _Toc9095 31一、概述1.1 項目設計背景溫度與人們的生產生活息息相關，很多場合都需要溫度監(jiān)測。傳統(tǒng)的有線測溫方式存在布線復雜、線路容易老化等問題。與有線測溫技術相比，無線測溫技術具有成本低、攜帶方便、組網簡單快捷等特點。溫度監(jiān)測技術更實用、更快捷。隨著計算機技術和通信技術的不斷發(fā)展，計算機遠程無線監(jiān)控技術在工業(yè)控制領域的應用越來越廣泛。 GPRS技術從實驗室研究、區(qū)域試驗到正式商用，經過長時間的完善，技術先進可靠。 GPRS設備數據監(jiān)控終端傳輸設備一開機即可自動接入GPRS網絡，與數據中心進行實時在線數據通信，傳輸速

8、度快，可靠性高。 GPRS網絡覆蓋全球，無信號盲區(qū)，按流量收費。沒有數據流量傳輸時不收費。這些特點適用于提高企業(yè)計量信息的及時性、可靠性和準確性，實現企業(yè)生產管理的信息化。自動溫度監(jiān)測技術在我國工業(yè)生產中應用廣泛，但大多是傳統(tǒng)的分布式三級系統(tǒng)（下位機、中位機、上位機） ，采用有線傳輸。長距離線路的鋪設和維護成本太高，引出線太長，導致傳輸速度變慢，功耗變大，整個系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。隨著無線通信數字網絡的發(fā)展，采用GSM和GPRS無線通信網絡作為通信方式為上述問題提供了新的解決方案。隨著無線通信技術的發(fā)展，使用無線傳輸已成為遠程分布式溫度監(jiān)測技術的發(fā)展趨勢。 GPRS技術在移動通信領域的發(fā)展已經實際應

9、用于許多需要無線數據傳輸的領域，也為溫度的采集、傳輸和監(jiān)測提供了一種新的數據通信方式。溫度傳輸的實時性和可靠性已成為遠程數據采集系統(tǒng)設計的關鍵。項目設計的意義本文介紹了GSM遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)的硬件和軟件設計。溫度檢測采用DS18B20 ，非常適用于多點、惡劣環(huán)境下的溫度監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對溫度數據進行實時監(jiān)測，監(jiān)測數據精度高，系統(tǒng)操作簡單，可應用于有線網絡設備無法到達的地方，實現溫度監(jiān)測的自動化、智能化，具有成本低、靈活分發(fā)，實時在線。 GSM模塊有利于系統(tǒng)集成，成本低，運行穩(wěn)定可靠，適合遠距離監(jiān)控，不受地形條件限制，應用前景廣闊。該系統(tǒng)的實現為遠程溫度需求提供了便利，且速度快、成本低，為農業(yè)產

10、業(yè)化生產帶來了極大的便利。2 、系統(tǒng)整體結構及硬件電路設計2.1 系統(tǒng)整體結構設計系統(tǒng)的總體設計思路是溫度采集模塊將采集到的數據通過GPRS模塊致給監(jiān)控計算機。溫度傳感器將室溫的處理致給AT89C51單片機，溫度數據經單片機處理后，由GPRS致模塊致出去。 GPRS接收模塊接收致模塊致的數據，通過RS232通訊接口連接GPRS模塊與上位機通訊，將數據上傳至上位機，實現對室內室溫的遠程分析和管理。上位機。圖 2-1系統(tǒng)整體框圖2.2溫度采集模塊設計在設計中，我使用的溫度采集模塊是美國DALLAS公司采用單總線技術生產的新型數字溫度傳感器DS18B20。2.2.1DS18B20簡介DS18B20是

11、一款單總線數字溫度傳感器，由它組成的溫度測量系統(tǒng)精度高，可達到小數點后3位，具有連接方便、接口線少等優(yōu)點。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，DS18B20可以直接讀取被測溫度，并可根據實際需要通過簡單的編程實現9-12位數字值的讀取。讀取 DS18B20 的信息只需要一條總線，總線本身的電源就可以為所有附加的 DS18B20 芯片供電而無需額外的電源。溫度測量范圍-55+125 ，測量分辨率0. 5 ，最高可達01062 5 ，工作電壓范圍：+3105. 5 V。DS18B20的64位光刻ROM出廠前經過光刻。它由8位產品序列號、 48位產品序列號和8位CRC碼組成。 DS18B20的產品序列號為28 H

12、 ，每臺設備為 48 產品序列號各不相同。其中，VCC接313V電源，電源端接417k左右的上拉電阻。當總線空閑時，其狀態(tài)為高。2.2.2溫度傳感器測溫原理DS18B20的測溫原理如圖2-2所示。圖中，低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小。用于產生固定頻率的脈沖信號，送入減法計數器1。高溫度系數晶振隨溫度變化。振蕩頻率變化明顯，產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入，圖中也隱含了計數門。當計數門打開時，DS18B20對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數，然后完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器決定。每次測量前，先將-55對應的基數分別放入減法計數器1和溫度寄存器。減法計數器 1

13、 和溫度寄存器預置在 - 對應于 55C 的基值中。減法計數器1對低溫系數晶體振蕩器產生的脈沖信號進行遞減計數。當減法計數器 1 的預置值減為 0 時，溫度寄存器的值會加 1，減法計數器 1 的預置值會被重新加載。減法計數器1重新開始計數低溫度系數晶振產生的脈沖信號，以此類推，直到減法計數器2計數到0，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的值為測得的溫度。圖中的頻率累加器用于補償和校正溫度測量過程中的非線性，其輸出用于校正減法計數器的預置值。只要計數門沒有關閉，就重復上述過程，直到溫度寄存器值達到測得的溫度值。 .另外，由于DS18B20單線通訊功能是分時的，它有嚴格的時隙概念，所以讀寫時

14、序非常重要。系統(tǒng)必須按照協議對 DS18B20 進行各種操作。操作協議為：初始化DS18B20（致復位脈沖）致ROM功能命令致內存操作命令處理數據。預置預置頻率累加器計數比較器低溫度系數振蕩器高溫度系數振蕩器減法計數器減到0減法計數器2減到0預置溫度寄存器增加停止圖2-2 測溫示意圖2.2.3溫度傳感器接口電路設計在設計中，溫度采集系統(tǒng)采用DS18B20搭建。其中，1腳為GND，2腳為數據輸入端，3腳為VCC，2、3腳之間接一個4.7K的電阻構成上拉電阻。詳細的采集電路如圖 2-3 所示。圖 2-3 DS18B20 溫度采集電路2.3 單片機電路設計2.3.1單片機選型及介紹選用的單片機是At

15、mel公司的AT89C51單片機，AT89C51是一款低壓、高性能的CMOS 8位微處理器，具有4K字節(jié)閃存可編程和可擦寫只讀存儲器。該器件采用 ATMEL 高密度非易失性存儲器制造技術制造，并與行業(yè)標準 MCS-51 指令集和輸出引腳兼容。 ATMEL 的 AT89C51 是一款高效微控制器，由于在單芯片中結合了多功能 8 位 CPU 和閃存。 AT89C51 微控制器為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活且廉價的解決方案。微控制器的外圍電路主要包括時鐘電路和復位電路。主要特點： 兼容MCS-51； 4K字節(jié)可編程閃存；使用壽命：1000 次寫入/擦除周期；數據保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0H

16、z-24Hz；三級程序內存鎖； 128*8位內部RAM； 32條可編程I/O線；兩個 16 位定時器/計數器； 5個中斷源；可編程串行通道；低功耗空閑和掉電模式；片上振蕩器和時鐘電路。灣。引腳說明：圖 2-4 AT89C51 芯片管腳圖VCC：電源電壓。GND：接地。P0 口：P0 口為 8 位開漏雙向 I/O 口，每個引腳可吸收 8TTL 柵極電流。當端口 P1 的管腳第一次寫 1 時，定義為高阻輸入。 P0 可用作外部程序數據存儲器，可定義為數據/地址的第 8 位。在 FIASH 編程中，P0 端口用作原始代碼輸入端口。 FIASH 驗證時，P0 輸出原始碼。這時P0的外部必須拉高。P1

17、端口：P1 端口是一個 8 位雙向 I/O 端口，提供上拉電阻。 P1端口緩沖器可以接收和輸出4TTL柵極電流。 P1端口引腳寫1后上拉高電平，可作為輸入使用。當P1端口被外部拉低到低電平時，它會輸出電流，這是由于該部分的上拉。在 FLASH 編程和驗證過程中，P1 端口作為低 8 位地址接收。P2 端口：P2 端口是一個帶有上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 P2 端口緩沖器可以接收和輸出 4 個 TTL 柵極電流。當P2端口寫“1”時，其引腳接上拉電阻，上拉電阻作為輸入。因此，當它作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，電流就會輸出。這是由于上拉。當 P2 端口用于外部程序存儲器或 16

18、位地址外部數據存儲器訪問時，P2 端口輸出地址的高 8 位。當給定地址“1”時，它利用外部上拉電阻。 P2口在讀寫外部8位地址數據存儲器時，輸出其特殊功能寄存器的內容。 P2端口在FLASH編程和驗證過程中接收高位八位地址信號和控制信號。P3口：P3口引腳為8個雙向I/O口，帶上拉電阻，可接收和輸出4路TTL門極電流。當 P3 端口寫“1”時，它們被拉高并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3端口將輸出電流（ILL）。這是由于上拉。P3口也可以作為AT89C51的一些特殊功能口使用，如下表所示：輸出引腳替代功能P3.0 RXD（串行輸入端口）P3.1 TXD（串行輸出端口）P3.2 /

19、INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（定時器 0 外部輸入）P3.5 T1（定時器1的外部輸入）P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通）端口 3 同時接收一些用于 flash 編程和編程驗證的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，將 RST 引腳保持高電平兩個機器周期。ALE/PROG：地址鎖存使能輸出電平用于在訪問外部存儲器時鎖存地址的狀態(tài)字節(jié)。在 FLASH 編程期間，該引腳用于輸入編程脈沖。正常情況下，ALE 端輸出一個頻率周期恒定的正脈沖信號，為振蕩器頻率的 1/6。因此它可以用作外部輸出的脈沖或用于定

20、時目的。但請注意，當用作外部數據存儲器時，將跳過 ALE 脈沖。要禁用 ALE 的輸出，請將 SFR8EH 地址設置為 0。此時ALE只在執(zhí)行MOVX時有效，MOVC指令為ALE。此外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁用，則設置無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在從外部程序存儲器取指期間，/PSEN 每個機器周期有效兩次。但是在訪問外部數據存儲器時，這兩個有效的/PSEN 信號不會出現。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），無論是否有程序存儲器。注意當加密模式為1時，/EA會被鎖定為RESET；當 /EA 端保

21、持高電平時，程序存儲器將存儲在這里。在 FLASH 編程期間，該引腳也用于施加 12V 編程電源 (VPP)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入，部分時鐘工作電路的輸入。XTAL2：反相振蕩器的輸出。2.3.2復位電路按鍵復位是通過開關按鈕實現的，即上電后，按下開關，使RST端的瞬時電位與Vcc相同。隨著電容上儲能的增加，電容電壓也隨之升高，充電電流減小，RESET端的電位逐漸降低。 .這樣，在RST端就會建立一個脈沖電壓，通過調整電容和電阻的大小可以調整脈沖的持續(xù)時間。RST 引腳是復位信號的輸入。復位信號為高電平有效。有效高電平的持續(xù)時間應大于 24 個振蕩周期。如果時鐘頻率為 6MHz，則

22、復位信號應持續(xù)至少 4 微秒，然后微控制器才能復位。本設計采用按鍵復位的方式進行復位操作。如下圖2-5所示。圖 2-5 MCU 復位電路2.3.3單片機時鐘電路單片機時鐘電路是為單片機的各種操作提供時間基準的電路。沒有時鐘電路，單片機就無法工作。在設計中，時鐘電路采用分部產生時鐘的方法構成，如圖所示。部分模式：外部石英晶體作為XTAL1和XTAL2端的定時元件，部分反相放大器自振蕩產生時鐘。時鐘發(fā)生器將振蕩脈沖的頻率除以二，即如果石英頻率fosc=6MHz，則時鐘頻率=3MH2，所以時鐘為兩相信號，由P1相和P2相組成。 fosc可以在2MHZ-12MHZ中選擇。小電容可以取30PF左右。圖

23、2-6 時鐘電路2.3.4單片機外圍電路設計圖2-7是單片機的外圍電路，主要包括晶振電路、復位電路、采集電路。單片機選用AT89C51，采集電路中的傳感器采用DS18B20數字溫度傳感器。圖中C1、C2、Y1與單片機的XTAL1 、 XTAL2相連，構成時鐘電路。 C3和R1與S1的復位信號輸入端和單片機相連，組成單片機復位電路，完成復位功能。右側溫度傳感器DS18B20接下拉電阻構成輸入電路部分，單片機根據溫度傳感器的輸入形成輸出。這是輸入部分的電路圖設計。圖 2-7 MCU 外圍電路圖2.4 通信電路設計2.4.1GPRS DTU介紹GPRS DTU（Data Terminal unit）

24、，數據傳輸單元的全稱，是專門用于將串行數據轉換為IP數據或將IP數據轉換為串行數據通過無線通信網絡進行傳輸的無線終端設備。 GPRS DTU是一種利用GPRS網絡傳輸數據的設備。采用工業(yè)級嵌入式處理器，內嵌TCP/IP協議棧。為用戶提供高速、穩(wěn)定可靠、數據終端始終在線、多種協議轉換的虛擬專用網絡。2.4.2GPRS DTU的選擇ZWG-23A是一款基于GPRS網絡的無線數據傳輸終端設備，提供全透明的數據通道，可輕松實現遠程、無線、網絡化通訊?？梢暂p松實現與 Internet 的無線連接。 ZWG-23A具有網絡覆蓋廣（移動網絡覆蓋，用在哪里都能用）、組網靈活快速（安裝使用）、運營成本低（根據流

25、量）等諸多優(yōu)點?？蓱糜陔娏ο到y(tǒng)、工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象、水處理、環(huán)境監(jiān)測、金融證券、煤礦、石油等行業(yè)。ZWG-23A的結構特點支持數據透傳和協議轉換支持備用數據中心支持點對點互聯功能支持APN虛擬專網服務支持數據中心動態(tài)域名或IP地址訪問支持永遠在線、空閑離線和空閑關機三種工作模式支持短信和喚醒功能支持斷線自動重連功能具有可控連接定時功能，節(jié)省流量支持本地和遠程GUI配置和維護支持短信配置和維護支持本地和遠程固件升級RS232 DB9串口，帶流量控制信號線和在線指示信號線支持數據中心虛擬串口功能，與現有上位機軟件無縫對接支持5V26V寬范圍供電最大工作電流300mA，在線待機電流31mA，

26、休眠時間14mA多重軟硬件可靠設計，復合看門狗技術，使設備安全運行圖2-8為ZWG-23A實物圖2-8 GPRS DTU實物圖2.4.3串行通信電路為了提高串行通訊的可靠性，增加通訊距離，標準的串行接口，RS-232C，RS。 422A 等標準接口，用于串行通信。 EIA RS-232C 是異步串行通信中使用最廣泛的標準總線，它包括逐位串行傳輸的電氣和機械方面。在微機通信中，通常使用RS-232C接口，即PC機的COM口，其引腳定義如圖2-9所示。圖 2- 9 RS-232C 引腳定義圖PC的COM口，輸入輸出為RS-232C電平，51單片機的串口輸入輸出均為1frL電平。由于TTL電平和RS

27、-232C電平互不兼容，所以兩者接口時必須進行電平轉換。電平轉換最常用的芯片是傳輸線驅動器MC1488和接收器MC1489。除電平轉換外，還實現正負邏輯電平轉換。圖 2-10是單片機與 PC 之間的通信接口電路。圖2-10單片機與PC機通訊接口電路3.下位機軟件設計3.1 下位機整體軟件設計在主程序流程圖中，系統(tǒng)軟件的重點是使用匯編語言對單片機進行編程。包括GPRS DTU到AT89C51的初始化和串口通信速率、短信模式和短信中心的初始化。這些初始化命令是通過AT命令寫入的，所以將這些常用的AT命令編譯成表格，存放在AT89C51的程序存儲器中，方便使用。流程圖如圖 3-4 所示。其中，A、B

28、、C、D中斷子程序只是致數據不一致，對應的進程一致，所以用一個中斷子程序來表示； P2。 i=0,1,2,3在i中對應不同的指示燈。圖 3-1 下位機軟件主流程圖3.2溫度采集程序設計溫度采集方面，首先初始化溫度傳感器，等待單片機響應。一旦單片機檢測到響應脈沖，就執(zhí)行skip ROM匹配操作指令，可以使用存儲操作指令啟動溫度轉換。延遲一段時間后，等待溫度轉換。結束。然后執(zhí)行skip ROM匹配操作命令，然后讀取臨時寄存器，讀出轉換結果，變成顯示代碼，致給液晶顯示器。溫度傳感器編程流程圖如下圖所示。圖 3-2 DS18B20 模塊程序流程圖DS18B20溫度值讀取程序設計：無效延遲_18B20（

29、無符號整數我）當我 - ）;void ds1820rst()/*ds1820 重置*/ 無符號字符 x=0;DQ = 1; /DQ復位延遲_18B20（4）； /延遲DQ = 0; /DQ拉低延遲_18B20（100）； /精確延遲大于480usDQ = 1; /拉高延遲_18B20（40）；uchar ds1820rd()/*讀取數據*/ 無符號字符 i=0;tflag=0;別的tvalue=tvalue+1;tflag=1;tvalue=tvalue*6.25;/溫度值擴大100倍返回（t值）；3.3 通信模塊設計3.3.1GPRS DTU模塊GPRS（General Packet Rad

30、io Service ）是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術，提供端到端、廣域無線IP連接。通俗地講， GPRS是一種高速數據處理技術，其方法是將數據以“包”的形式傳輸給用戶。圖 3-3 GPRS DTU 從儀表采集數據GPRS DTU（GPRS數據傳輸單元）是基于GPRS的工業(yè)現場數據控制器。 GPRS DTU由GPRS模塊、嵌入式計算機和相應的電路組成。主要功能如下：A. 從儀表收集數據。數據接口包括RS232/485/422串口、4mA20mA或1V5V模擬量（記錄瞬時值和累計量）、開關量。B.開關檢測和輸出。C. 數據報告。通過定時（時間間隔由監(jiān)控中心設置）和事件觸發(fā)上報從儀器采集的

31、數據。D. 實現按需數據。可以響應監(jiān)控中心發(fā)出的查詢請求，將查詢時刻的數據致給監(jiān)控中心。E、根據不同用戶要求，可增加檢測、報警等功能。3.3.2GPRS DTU的應用通過ZWG-23A模塊，遠程用戶設備和管理中心的計算機可以進行透明的數據通信。透明數據通信：表示用戶設備與DTU之間沒有通信協議。 DTU將用戶設備致的數據不加修改地傳輸給目標PC，PC上運行的軟件完全可以接收到DTU致的數據。數據包。例如，如果用戶設備致一個字節(jié)的數據為0 xAA，則PC端運行的軟件將收到一個字節(jié)的數據0 xAA。從 PC 到用戶設備的通信過程是相同的。3.3.3GPRS DTU的工作模式GPRS DTU有五種常

32、用的工作模式，分別是：透傳模式、命令模式、IP自動注冊、遠程維護模式和流量控制模式。本文采用其透傳模式，下文對透傳模式34進行詳細介紹。透明傳輸模式是指將本地異步串行通信轉換為基于 TCP/UDP 協議的網絡通信。其主要目的是用簡單的串行通信設備實現IP網絡上的通信，數據格式不變。這個非常重要。因為DTU前后數據格式沒有變化，無需任何軟件升級即可直接應用。通過這種通訊方式的轉換，可以將只能在本地控制的設備擴展到可以遠程控制的設備，改進了控制方式和維護方式。對于遠程維護、控制和數據采集具有實際意義。在DTU透傳模式的應用中，當下位機發(fā)起通信請求時，DTU必須與上位機建立網絡連接。 DTU進入透傳

33、模式后，自動調用與上位機建立網絡連接。當網絡連接建立后，數據就可以在這條鏈路上實現雙向數據傳輸。DTU進入透傳模式后，既可以作為客戶端模式，也可以作為服務器模式。工作在透傳模式下的DTU會自動完成串口到網絡通信的轉換，所有數據都可以在上位機軟件和下位機之間進行雙向透傳。透傳模式的建立必須先用AT+I命令定義所有相關參數，然后使用特殊的AT+I！ SNMD 命令進入透傳模式。DTU 進入透傳模式后，將不再接收任何 AT+I 命令。 DTU通過與上位機串口的連接，專注于處理下位機串口的數據，而DTU不對數據做任何處理（即透傳）。在這種模式下，需要注意的是自動波特率不起作用。在進入透傳模式之前，必須

34、設置固定波特率，即BDRM不能設置為自動波特率。通過串口連續(xù)輸入3個“+”號，間隔半秒，DTU退出透傳模式，進入指令模式。此時DTU切換到命令模式，可以再次響應AT+I命令。3.3.4GPRS DTU的工作原理及流程GPRS DTU由A/D轉換模塊、開關量控制模塊和綜合控制模塊組成。GPRS DTU上電后，首先會讀出保存在FLASH中的工作參數（包括GPRS撥號參數、串口波特率、數據中心IP地址等，這些都是預先配置好的） 35 。GPRS DTU 登錄 GSM 網絡，然后進行 GPRS PPP 撥號。撥號成功后，GPRS DTU會得到一個手機隨機分配的IP地址（一般為10.XXX）。也就是說，

35、GPRS DTU在移動網絡中，其網絡IP地址通常不是固定的，每次撥號都會發(fā)生變化。我們可以理解，此時的GPRS DTU是移動部門局域網中的設備，通過移動網關實現與外部互聯網公網的通信。這類似于局域網上的計算機如何通過網關訪問外部網絡。GPRS DTU主動發(fā)起與數據中心的通信連接，并保持通信連接一直存在。因為GPRS DTU在移動網絡中，IP地址不固定。因此，GPRS DTU只能主動連接數據中心，GPRS DTU不能主動連接數據中心。這就要求數據中心有固定的公網IP地址或固定的域名。數據中心的公網IP地址或固定域名作為參數存儲在GPRS DTU中，一旦GPRS DTU上電撥號成功，就可以主動連接

36、數據中心。具體來說，GPRS DTU通過數據中心的IP地址（如果使用中心域名，首先通過中心域名解析中心IP地址）和數據中心的IP地址等參數向數據中心發(fā)起TCP或UDP通信請求。端口號。 GPRS DTU得到中心的響應后，認為與中心的握手成功，然后保持通信連接一直存在。如果通信連接中斷，GPRS DTU 將立即與中心再次握手。由于已建立 TCP/UDP 通信連接，因此可以進行雙向數據通信。對于DTU來說，只要建立了與數據中心的雙向通信，完成用戶串口數據和GPRS網絡數據包的轉換就比較簡單了。一旦接收到用戶的串口數據，DTU立即將串口數據封裝在TCP/UDP數據包中，致到數據中心。相反，當DTU接

37、收到來自數據中心的TCP/UDP數據包時，它會取出數據內容，并立即通過串口致給用戶設備。3.3.5通信模塊設計流程由于檢測的任務是被控對象的溫度，所以通過GPRS DTU致到監(jiān)控中心。通過向GPRS DTU寫入不同的AT命令來完成各種功能。監(jiān)控軟件主要包括初始化程序、信號采集與處理程序、短信收發(fā)程序。初始化過程包括硬件初始化、定時器和串口初始化。信號采集處理主要完成外部采集的溫度轉換。查詢方法用于接收短消息。短信到達后，調用串口接收程序對短信內容進行解碼并進行相應處理；定時致溫度信號，對采集到的溫度進行編碼。是短消息，然后調用send命令將短消息致到監(jiān)控中心。通過 GPRS 網絡致和接收數據通

38、過 GPRS 網絡致數據最簡單的方法是使用 GPRS DTU 設備（Data Terminal Unit：數據傳輸設備）。數據通信過程如下： DTU上電后，首先完成網絡注冊等初始化工作，然后自動進行PPP撥號，然后通過TCP/IP協議與位于Internet的數據中心建立連接，為用戶設備建立雙向透傳無線通信鏈路。透明通道建立后，用戶設備可以通過串口向DTU致數據。 DTU接收到數據后，將其封裝成IP包，通過GPRS網絡和Internet網絡致到數據中心，數據中心可以通過網絡程序獲取數據。此過程也稱為“向上”，“向下”則相反。整個通信過程雖然看似簡單，但要實現DTU的功能，使其穩(wěn)定可靠地工作，還是

39、有很多地方需要注意的。首先，DTU中的TCP/IP和PPP協議棧是一套復雜的協議程序，需要多年的積累才能可靠穩(wěn)定。但是市面上很多GPRS模塊中嵌入的協議?；蚨嗷蛏俣即嬖谝恍﹩栴}，需要用戶在使用過程中不斷發(fā)現和規(guī)避。其次，抗干擾性能是工業(yè)產品的重要指標之一，在硬件設計上需要特別注意。例如防靜電、防群脈沖、浪涌等，都需要在設計過程中注意干擾源和干擾方式，設計消除干擾或防止干擾的電路，以使設備工作更穩(wěn)定。最后，在GPRS設備的長期工作中，外界會出現很多特殊情況。如信號弱、SIM卡欠費、SIM卡不兼容、無可用網絡、通訊鏈路異常斷開、服務器錯誤等，這些都可能導致設備故障且無法恢復，因此需要針對各種可能出

40、現的故障進行制定才行有效的解決方案可以保證設備的可靠運行。GPRS通信流程圖如下：圖 3-5 通訊模塊流程圖#include#include#define uchar 無符號字符sbit realy2=P02; /繼電器3sbit realy3=P03;/繼電器4sbit realy4=P04; /繼電器5sbit realy5=P05; /繼電器6sbit realy6=P06; /繼電器7sbit realy7=P07; /繼電器8sbit key1=P20; /開關1sbit key2=P21; /開關2sbit key3=P22; /開關3sbit key4=P23; /開關4sbit

41、 key5=P24; /開關5sbit key6=P25; /開關6sbit key7=P26; /開關7sbit key8=P27; / 開關 8無效延遲_ms（uint i）；無效開始GSM（無效）；無效UART_init（無效）；無效致字符（uchar ch）；無效致字符串（uchar *p）；無效的GSM_INIT（無效）；無效接收就緒（無效）；無效消息讀取（無效）；無效讀取消息（無效）；無效致消息（無效）；4.上位機軟件設計4.1 GPRS通訊網絡以移動通信GPRS網絡為通信平臺，通過該通信平臺向各個DTU致控制和配置信息，同時接收下位機上報的數據和狀態(tài)信息。整個系統(tǒng)網絡示意圖如圖所

42、示。圖 4-1 GPRS 通信網絡如圖所示，采用GPRS移動通信網絡完成數據傳輸，省去了用戶自身網絡的初期建設成本和未來的網絡維護成本。通過GPRS DTU與現場二次儀表連接，采集的現場數據以IP包的形式致到監(jiān)控中心，數據在監(jiān)控中心進行處理和存儲，并進行相應的查詢、統(tǒng)計和報表提供了功能。監(jiān)控中心還可以通過向DTU致IP包來設置下位機的配置信息或控制命令，也可以在某個時間對相應的數據進行排序。監(jiān)控中心站由一臺具有公共 IP 地址的計算機組成。 DTU可以將采集到的信息以IP包的形式直接致到監(jiān)控中心站的IP地址。監(jiān)控中心站對DTU致的IP包進行處理，并將相應的數據存入數據庫。監(jiān)控中心可以向每個DT

43、U致相應的控制指令，解析DTU后進行相應的操作?？梢?， GPRS DTU在GPRS通信網絡中起到數據采集、指揮控制和遠程數據監(jiān)控的關鍵作用，是整個通信網絡的中轉樞紐。4.2 遠程溫度檢測的實現原理本系統(tǒng)下位機的主要功能是對系統(tǒng)的溫度參數進行遠程實時監(jiān)控和分析。同時，系統(tǒng)具有斷電時間記錄和保存、液晶顯示和按鍵式人機界面、串行通訊、GPRS無線傳輸等功能。在軟件開發(fā)中，本文采用基于實時嵌入式操作系統(tǒng)的軟件結構。遠程數據實時監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實施例如圖所示。圖4-2 數據監(jiān)控系統(tǒng)架構圖A. 監(jiān)控中心設置整個系統(tǒng)運行的基礎數據，從數據庫中讀取預處理后的現場監(jiān)控信息并進行處理，并將處理結果展示給監(jiān)控人員，監(jiān)

44、控人員可以主動下達控制指令。采用C/S軟件架構。數據代理從GPRS和Internet讀取現場監(jiān)測信息，經過預處理后存入數據庫。它從數據庫中讀取監(jiān)控人員發(fā)出的主動控制指令，并通過GPRS和Internet傳輸到現場測試點。采用C/S軟件架構。B. 數據收集采集和檢測現場設備的運行信息，控制GPRS DTU致信息和接收指令。它是通過面向過程的編程來實現的。4.3 GPRS DTU遠程溫度監(jiān)控接口GPRS DTU用于致和接收實時溫度監(jiān)測信息。通過單片機的傳輸，將細微的溫度變化顯示在應該做的界面上，實現上位機對溫度的實時監(jiān)控。監(jiān)控界面如下圖4-5所示。圖 4-3 GPRS DTU 溫度監(jiān)控界面5、系統(tǒng)

45、集成與調試當系統(tǒng)的軟硬件設計完成后，需要分別對軟件和硬件進行調試，以驗證系統(tǒng)的功能是否實現，結果是否正常，精度是否能滿足要求。如果調試結果不符合要求，需要分析原因，找出問題所在。如果達到預期的要求，就可以將軟硬件集成為一個完整的功能系統(tǒng)進行調試，然后就可以完成原型的開發(fā)。本系統(tǒng)的測試工作主要分為下位機硬件測試和上位機軟件測試。下位機硬件測試主要完成以下任務： 檢查硬件系統(tǒng)的短路和開路測試，電壓、電流和接地是否正常，包括芯片輸入輸出引腳的電平測試。下位機測試步驟如5-1所示。圖 5-1 下位機系統(tǒng)測試流程圖下位機硬件測試完成后，可以確定硬件系統(tǒng)可以正常工作，然后可以在具有各種可能數據和運行條件的

46、電腦上測試上位機的軟件。調試上位機軟件的主要步驟：一個。打開監(jiān)控軟件灣。選擇串口C。設置串口參數d。打開串口實時溫度曲線顯示在監(jiān)控界面。六，結論本文以室溫控制系統(tǒng)為研究對象，選擇PC+MCU模式，以GPRS無線通信模塊為基礎?；贏T指令和數據采集器，構建遠程溫度數據采集系統(tǒng)對溫度進行控制。實現溫度的動態(tài)顯示實時控制，具有界面友好、操作簡單、控制安全可靠、維護方便等特點。系統(tǒng)直觀清晰地顯示運行過程的多項參數，方便操作人員隨時掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)。本文的主要工作主要包括以下幾個方面：使用溫度傳感器DS18B20實時監(jiān)測室溫，并將實時室溫傳輸給微控制器。單片機通過接收溫度傳感器致的溫度實時監(jiān)測信息，將溫度信息處理并顯示在LED上。單片機將溫度傳感器的溫度信息傳送給GPRS模塊，并進行一系列處理。此時，實現了基于GPRS的溫度遠程監(jiān)控。由于條件有限，時間緊迫，本文建立的監(jiān)控系統(tǒng)的功能還有待進一步完善。因此，建議應考慮外部條件對溫度的影響。參考1 HYPERLINK %20%20%20%20:/