客車運(yùn)行控制報(bào)警信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)(VB開發(fā)上位機(jī))

天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姓名郭朋飛學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)測控技術(shù)與儀器指導(dǎo)教師李雅峰職稱講師2016年6月5日天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書題目客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

學(xué)生姓名

郭朋飛學(xué)院名稱機(jī)械工程學(xué)院

專業(yè)班級測控技術(shù)與儀器1201

課題類型設(shè)計(jì)類

課題意義隨著車輛的增多，車禍發(fā)生率居高不下，而由于車輛沒有完善的車載逃生系統(tǒng)和遠(yuǎn)程的監(jiān)控分析系統(tǒng)，車禍發(fā)生時無法及時的進(jìn)行報(bào)警和救援，造成不必要的人員傷亡。這時，能夠及時地觀察和監(jiān)測客車的運(yùn)行情況就顯得尤為重要。因此需要對客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，來滿足遠(yuǎn)程觀察和監(jiān)控客車運(yùn)行狀態(tài)。任務(wù)與進(jìn)度要求1～2周：學(xué)習(xí)查找關(guān)于GPRS傳輸信息資料和確定上位機(jī)開發(fā)軟件資料3周：查找相關(guān)論文，進(jìn)行開題報(bào)告4～5周：認(rèn)真解讀課題，進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)6～9周：掌握GPRS數(shù)據(jù)傳輸方法，進(jìn)行軟件編程10周：中期檢查10～13周：上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)14周：撰寫客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文15周：客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)修改16周：論文答辯

主要參考文獻(xiàn)[1]李國興，李偉.單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用技術(shù).北京：北京大學(xué)出版社，2007[2]謝瑞和.串行技術(shù)大全.北京：清華大學(xué)出版社，2003[3]周靜.MSC1210的GPRS無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].武漢大學(xué)，2010[4]文志成.GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004[5]韓斌杰.GPRS原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003起止日期2016.2.29至2016.6.8備注

院長教研室主任指導(dǎo)教師

畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告表2016年3月22日姓名

郭朋飛學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院

專業(yè)測控技術(shù)與儀器

班級1201

題目客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師李雅峰

一、與本課題有關(guān)的國內(nèi)外研究情況、課題研究的主要內(nèi)容、目的和意義：國內(nèi)外研究情況：對于客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)，基于單片機(jī)的智能監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)外應(yīng)用的較多，如2015年在《太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)》所發(fā)表的客車自主安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究。但總體來說，有關(guān)客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)在國內(nèi)外的研究不是很成熟，無法大規(guī)模的應(yīng)用在客車上。主要內(nèi)容：本研究主要是實(shí)現(xiàn)客車監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)設(shè)計(jì)，可以把客車上的溫度、濕度、傾角等一些數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行顯示。并通過顯示的數(shù)據(jù)判斷汽車的狀態(tài)。目的：通過上位機(jī)的顯示，可以實(shí)時的觀察當(dāng)前時刻客車內(nèi)溫度、濕度、傾角等一些有關(guān)客車安全的數(shù)據(jù)，從而判斷客車的運(yùn)行狀況和安全狀況。意義：通過遠(yuǎn)程的上位機(jī)對客車的安全狀態(tài)進(jìn)行檢測、觀察和判斷，能夠?qū)崟r了解客車的運(yùn)行狀況是否正常。當(dāng)客車發(fā)生意外事故時，在上位機(jī)一端可以立刻查找出出事地點(diǎn)，并進(jìn)行營救。減小因救援不及時而造成的不必要傷亡。二、進(jìn)度及預(yù)期結(jié)果：起止日期主要內(nèi)容預(yù)期結(jié)果1～3周4周

5周6～9周10周10～13周14周15周16周學(xué)習(xí)查找關(guān)于GPRS傳輸信息資料和確定上位機(jī)開發(fā)軟件資料查找相關(guān)論文，進(jìn)行開題報(bào)告認(rèn)真解讀課題，進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)掌握GPRS數(shù)據(jù)傳輸方法，進(jìn)行軟件編程中期檢查上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)撰寫客車運(yùn)行控制報(bào)警及信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)修改論文答辯

完成資料查找和確定上位機(jī)開發(fā)軟件圓滿完成開題報(bào)告完成課題總體設(shè)計(jì)明白數(shù)據(jù)傳輸方法完成中期檢查完成上位機(jī)的制作完成論文撰寫完成論文修改完成論文答辯完成課題的現(xiàn)有條件

圖書館資料、上網(wǎng)查找資料、老師指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備支持

審查意見指導(dǎo)教師：年月日學(xué)院意見

主管領(lǐng)導(dǎo)：年月日天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)評閱表（設(shè)計(jì)類）畢業(yè)設(shè)計(jì)題目客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名郭朋飛學(xué)生班級測控1201指導(dǎo)教師姓名李雅峰評審項(xiàng)目指標(biāo)滿分評分選題能體現(xiàn)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，題目大小、難度適中；學(xué)生工作量飽滿，能得到較全面訓(xùn)練。10題目與生產(chǎn)、科研等實(shí)際問題結(jié)合緊密。10課題調(diào)研文獻(xiàn)檢索能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)以及從事其它形式的調(diào)研，能較好地理解課題任務(wù)并提出實(shí)施方案；有分析整理各類信息從中獲取新知識的能力。15外文應(yīng)用能正確引用外文文獻(xiàn)，翻譯準(zhǔn)確，文字流暢。5設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)圖紙（插圖）簡潔、規(guī)范、無差錯，設(shè)計(jì)欄目齊全合理，能正確使用國家標(biāo)準(zhǔn)單位。15設(shè)計(jì)說明書結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，表達(dá)清楚，文字通順，用語正確，基本無錯別字和病句，書寫格式符合規(guī)范。15能根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對數(shù)據(jù)的運(yùn)算及處理正確無差錯，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析準(zhǔn)確。20設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性或?qū)嵱脙r值。10合計(jì)100意見及建議評閱人簽名： 年月日天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)成績考核表學(xué)生姓名郭朋飛學(xué)院名稱機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)班級測控1201題目客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)1．畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評語及成績：成績：成績：指導(dǎo)教師簽字：年月日2．畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯委員會評語及成績：成績：成績：答辯主席（或組長）簽字：年月日3．畢業(yè)設(shè)計(jì)總成績：a.指導(dǎo)教師給定成績b.評閱教師給定成績c.畢業(yè)答辯成績總成績(a×0.5+b×0.2+c×0.3)摘要客車是我們出行常用的交通工具之一，但是隨著道路交通的復(fù)雜化和道路汽車的愈來愈多，愈發(fā)多的交通事故發(fā)生，而且客車不像火車、飛機(jī)或輪船那樣有著完備的遠(yuǎn)程安全監(jiān)測系統(tǒng)。因此，乘客的生命安全就面臨著很大的考驗(yàn)。雖然目前客車上或多或少都有安全監(jiān)測系統(tǒng)和事故發(fā)生時的應(yīng)急措施，但是卻沒有遠(yuǎn)程的監(jiān)控系統(tǒng)，這就有很大的安全隱患，當(dāng)客車發(fā)生交通事故，特別是客車在偏遠(yuǎn)地區(qū)或是高速路上時，救援人員根本無法在第一時間知道客車發(fā)生事故的地點(diǎn)，這就給救援工作帶來了極大的困難。而且，發(fā)生交通事故的乘客們很有可能在重傷的情況下因?yàn)榫仍牟患皶r而失去生命。針對上述的問題，本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是能夠設(shè)計(jì)出客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這個系統(tǒng)包括下位機(jī)與上位機(jī)軟件兩個方面，下位機(jī)部分可以在現(xiàn)場觀察客車的運(yùn)行情況，其中央控制器用STC89C52單片機(jī)，數(shù)據(jù)采集采用DHT11溫濕度傳感器、ADXL345角度傳感器、煙霧MQ-2傳感器進(jìn)行采集，并通過LCD1602顯示所需的信息。各子節(jié)點(diǎn)通過GPRS無線通訊傳輸模塊與上位機(jī)軟件進(jìn)行通訊。上位機(jī)軟件部分可以實(shí)現(xiàn)對客車的遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警功能，能夠使監(jiān)控人員實(shí)時的監(jiān)控客車的運(yùn)行狀態(tài)，并且分析客車的運(yùn)行狀態(tài)并判斷客車是否正常運(yùn)行。這樣，就保證了客車在發(fā)生交通事故時，可以遠(yuǎn)程知道客車發(fā)生事故，需要救援。上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)是由VisualBasic6.0去設(shè)計(jì)上位機(jī)界，上位機(jī)接收來自下位機(jī)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析和判斷。監(jiān)測人員可以很直觀的通過上位機(jī)的數(shù)據(jù)顯示和報(bào)警與否來監(jiān)測客車的運(yùn)行情況。關(guān)鍵詞：客車運(yùn)行；STC89C52單片機(jī)；傳感器；VB；上位機(jī)軟件開發(fā)；無線通訊；ATK-SIM900A通訊模塊ABSTRACTPassengercarisouroneofthecommonlyusedmeansoftransporttotravel,butwithmoreandmoreoftheroadtrafficandthecomplexityofautomobileroad,trafficaccidentsoccurmoreandmoreandunlikepassengertrain,planeorshipasacompleteremotesafetymonitoringsystem.Therefore,thelifesafetyofthepassengersfacedgreatchallenge.Althoughtherearemoreorlessonthepassengercarsafetymonitoringsystemandemergencymeasures,butthereisnoremotemonitoringsystem,whichhasalotofsecurityrisks,whenthepassengercartrafficaccidents,especiallyinremoteareasorpassengercarsontheroad,rescueworkerssimplycannotknowthelocationofthebusaccidentatthefirsttime,whichbringsgreatdifficultiestotherescuework.Moreover,theoccurrenceoftrafficaccidentsarelikelytobeseriouslyinjuredinthecaseofalongtimewithoutlosingtheirlives.Aimingattheaboveproblems,thegoalofthedesignistodesignabusrunningcontrol,alarmandinformationanalysissystemdesign,thesystemincludeslowercomputeranduppercomputersoftware,thelowerpartofthemachinecanbeobservedinthefieldbusoperation,thecentralcontrollerwithSTC89C52microcontroller,dataacquisitionusingtemperatureandhumiditysensorDHT11,adxl345anglesensor,smokesensormq-2collection,andthroughtheLCD1602displaythedesiredinformation.EachsubnodecommunicatesthroughtheGPRSwirelesstransmissionmoduleandPCsoftware.PCsoftwarepartscanberealNowonbusesandremotemonitoringandalarmfunctions,canmaketheoperationstateoftherealtimemonitoringpersonnelmonitoringbus,andanalyzewhetherthenormaloperationofthetrainsrunningstateanddecidethebus.Sothatthebusinthetrafficaccidentscanberemoteknowthebusaccidentandneededtoberescued.PCsoftwaredesignisbyVisualBasic6.0todesignofthePCworld,thehostcomputerreceivingdatafromtheslavecomputer,andanalyzingandjudging.MonitoringpersonnelcanbeveryintuitivetothePCthroughdatadisplayandalarmandmonitoringbusoperation.Keywords:busrunning;STC89C52MCU;sensor;VB;PCsoftwaredevelopment;wirelesscommunication;ATK-SIM900Acommunicationmodule

目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章緒論 11.1課題背景 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.2.1國外研究現(xiàn)狀 11.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 11.3課題研究的目的和意義 21.4課題的主要研究內(nèi)容 3第二章系統(tǒng)總體方案 42.1系統(tǒng)功能規(guī)劃 42.2核心處理器選擇 42.3傳感器選擇 52.3.1溫濕度傳感器 52.3.2煙霧傳感器 62.3.3角度傳感器 72.4顯示器件 72.5無線通信 92.6上位機(jī) 10第三章無線通訊 123.1ATK-SIM900A模塊簡介 123.2上位機(jī)通訊 143.2.1使用前準(zhǔn)備 143.2.2ATK-SIM900A模塊數(shù)據(jù)接收 14第四章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 164.1整體結(jié)構(gòu) 164.1.1硬件設(shè)計(jì)框圖 164.1.2AT89C52處理器介紹 164.2數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)計(jì) 17第五章上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 205.1上位機(jī)軟件總體設(shè)計(jì)規(guī)劃 205.2首頁窗體設(shè)計(jì) 205.2.1首頁總體功能設(shè)計(jì) 205.2.2首頁窗體設(shè)計(jì) 215.2.3首頁代碼編寫及顯示效果 225.3客車運(yùn)行狀態(tài)窗體設(shè)計(jì) 245.3.1客車運(yùn)行狀態(tài)總體功能設(shè)計(jì) 245.3.2設(shè)置功能區(qū) 255.3.3客車狀態(tài)顯示 365.3.4控制按鈕的設(shè)計(jì) 485.3.5數(shù)據(jù)接收 535.3.6小工具 605.4關(guān)于我們窗體設(shè)計(jì) 635.4.1關(guān)于我們總體功能設(shè)計(jì) 635.4.2關(guān)于我們窗體設(shè)計(jì) 635.4.3關(guān)于我們代碼編寫及顯示效果 64第六章上位機(jī)調(diào)試 68參考文獻(xiàn) 71附錄 72附錄1ATK-SIM900A通訊模塊電路原理圖 72附錄2上位機(jī)軟件主界面 73附錄3外文翻譯 74謝辭 91第一章緒論1.1課題背景世界不斷進(jìn)步，出行方式不斷改變，人們對其要求愈來愈高：安全性要好，價格要便宜，乘坐要方便等等，于是就出現(xiàn)了火車，飛機(jī)、客車等等的交通工具。對于飛機(jī)、火車這一類造價比較高的交通工具，它們都有各自的單一軌道和運(yùn)行方式，也有比較完善的安全保護(hù)措施。但對于客車就不一樣了，無論是行走在城市的公交車，城市與城市之間的短途客車還是省份與省份之間的長途客車，它們的隨機(jī)性太大了。同時，國家的快速發(fā)展和人們的生活質(zhì)量的提高，道路上交通壓力不斷變大，道路建設(shè)越來越復(fù)雜，從而導(dǎo)致客車發(fā)生交通事故的概率越來越大。由于客車目前沒有一個完善的監(jiān)測、分析和報(bào)警系統(tǒng)，在發(fā)生事故的時候，特別是在長途客車中，沒法在第一時間得知客車發(fā)生交通事故或發(fā)生交通事故的具體地點(diǎn)，這給救援行動帶來了極大地不方便，極有可能因?yàn)榫仍牟患皶r，造成乘客的二次傷害或失去生命。這時如果有一個完整的系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程時刻的對客車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測并在客車發(fā)生危險時進(jìn)行報(bào)警和定位交通事故的發(fā)生地，這樣客車乘客的安全就有了很大的保證。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)的全球覆蓋，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷成熟，客車成為網(wǎng)絡(luò)通信中的節(jié)點(diǎn)。通過無線網(wǎng)絡(luò)對客車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、報(bào)警已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)。從國際范圍來看，國外汽車監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展要先與國內(nèi)，引入了Telematics概念：通過無線網(wǎng)絡(luò)將車輛接入互聯(lián)網(wǎng)，為車主提供駕駛、生活所必需的各種信息。而早期的國內(nèi)大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)是基于GPS的控制。1.2.1國外研究現(xiàn)狀在美國，客車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要通過無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時的為行車提供各種所需的信息。它的大部分應(yīng)用系統(tǒng)位于網(wǎng)路上，而非汽車內(nèi)部。1990年后，GPS技術(shù)開始應(yīng)用于客車的定位與導(dǎo)航，美國Trimble公司一直致力于定位和道行產(chǎn)品開發(fā)，并且第一個實(shí)現(xiàn)了客車通信技術(shù)與GPS技術(shù)的結(jié)合。2010年，美國福特公司的工作人員開發(fā)了一套完善遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并且福特公司把其應(yīng)用于其本公司生產(chǎn)的兩款純電動汽車上：TransitConnect和Focus。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能有：通過無線通訊的方式，向電池管理系統(tǒng)下載程序，從而可以遠(yuǎn)程升級電池管理系統(tǒng)；對電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控和采集，并通過采集得到的數(shù)據(jù)對動力電池組管理系統(tǒng)的策略進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀近幾年，客車發(fā)生交通事故事件逐漸增多，國家政策對客車安全技術(shù)發(fā)展的大力支持，國內(nèi)的科研院校以及各個汽車企業(yè)對客車的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)展開了研究，雖然到目前為止無法把這些遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)大規(guī)模的應(yīng)用在客車運(yùn)行上，但是在客車的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究上取得了豐富的成果。大連海事大學(xué)的廖玲玲研究和設(shè)計(jì)了汽車定位與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。通過對嵌入式系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)、GPRS和GPS系統(tǒng)的了解和研究，以FFT2410簡易板為硬件開發(fā)平臺，搭建出系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。通過對Linux編譯，將寫好的編譯程序?qū)懺陂_發(fā)板上，作為系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺。這個系統(tǒng)最后經(jīng)過不懈的研究和試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期的要求，實(shí)現(xiàn)了對汽車的實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)控和對汽車當(dāng)前位置的定位。天津大學(xué)的謝輝等人研究并開發(fā)了汽車示范運(yùn)行無線遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于GPRS和Internet進(jìn)行研究開發(fā)的?？梢詫ζ嚨能囕d記錄儀、電池、車載智能信息單元的轉(zhuǎn)臺和主控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，具有數(shù)據(jù)回放與分析、故障查找和預(yù)警、車輛的電子地圖遠(yuǎn)程跟蹤和定位、關(guān)鍵參數(shù)在線繪圖和汽車控制參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)定等功能。該系統(tǒng)經(jīng)由張輝等人研發(fā)成功后，在天津汽車示范運(yùn)行以及第六屆必比登國際清潔汽車挑戰(zhàn)賽中都得以成功應(yīng)用。種種的科研成果，使得我國在客車的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究上取得了長足的進(jìn)步，但這還不足以與德國，美國等一些發(fā)達(dá)國家的技術(shù)相媲美。在大規(guī)模的客車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的道路上，我們還有很長的一段路要走。1.3課題研究的目的和意義客車的越來越多，道路的越來越擁擠造成的后果就是客車的事故發(fā)生率居高不下，每年因?yàn)榭蛙嚱煌ㄊ鹿仕斐傻娜藛T傷亡越來越多?？蛙嚱煌ㄊ鹿拾l(fā)生以后，第一時間的救援行動是十分重要的。因此，為了能夠?qū)崟r的觀察和監(jiān)測到客車在運(yùn)行過程中的狀態(tài)信息，如客車車廂的溫度和煙霧濃度，以確定客車是否發(fā)生火災(zāi)；客車車廂的濕度，以確定客車是否落水；客車行駛過程中的傾角，以確定客車是否有翻車的可能或者是客車已經(jīng)翻車等等，利用單片機(jī)下位機(jī)編程采集客車的實(shí)時數(shù)據(jù)并且加以顯示，然后結(jié)合GPRS通訊技術(shù)，使得運(yùn)行中的客車信息能夠通過單片機(jī)的采集，GPRS硬件模塊的發(fā)送，使得上位機(jī)接收。其客車的有關(guān)狀態(tài)不僅在客車上可以觀察，還在上位機(jī)一端，工作人員可以遠(yuǎn)程的觀察客車的運(yùn)行狀態(tài)，并及時的做出判斷。通過本次設(shè)計(jì)，能夠完成下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送，完成GPRS模塊與上位機(jī)的通訊、上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)以及上位機(jī)對數(shù)據(jù)的接收、判斷和報(bào)警。如果能用于實(shí)際生活中，會給出行生活帶來很大的方便。本次設(shè)計(jì)除了能夠把大學(xué)里所學(xué)的電路、編程等知識應(yīng)用于實(shí)踐，而且還要去學(xué)習(xí)新的知識，去培養(yǎng)實(shí)踐動手能力，把知識和實(shí)踐結(jié)合在一起。1.4課題的主要研究內(nèi)容本課題的名稱是客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它屬于2015年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目--基于無線物聯(lián)網(wǎng)的客車監(jiān)測及逃生控制裝置設(shè)計(jì)的子項(xiàng)目。本設(shè)計(jì)介紹了課題背景，分析了目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，提出了本設(shè)計(jì)的研究的目的和意義。綜合上述的幾點(diǎn)，本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的是客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)。要使本設(shè)計(jì)能夠順利的進(jìn)行并且實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能，主要的研究內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：系統(tǒng)總體方案的確定上位機(jī)開發(fā)軟件的確定GPRS通訊模塊的通訊原理各個硬件模塊的設(shè)計(jì)上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)以及軟件編程第二章系統(tǒng)總體方案2.1系統(tǒng)功能規(guī)劃客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括三個部分：一個是下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集部分；一個是無線通訊部分；另一個是上位機(jī)部分。下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集主要是通過編程進(jìn)行傳感器的AD轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示，無線通訊部分主要功能是利用無線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與接收，上位機(jī)部分是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其要實(shí)現(xiàn)的功能接收來自無線模塊的數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)包含客車車廂的溫度、濕度、煙霧以及客車的傾角等信息，并且把接收到溫度、濕度、煙霧以及客車的傾角等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分解，顯示在指定的TextBox控件中，并且與設(shè)定值對比，實(shí)現(xiàn)報(bào)警的功能。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)過程及上位機(jī)實(shí)現(xiàn)功能如圖2-1所示。圖2-1設(shè)計(jì)方案總體框圖在電腦上進(jìn)行上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)與編程，編程過程中要實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。設(shè)計(jì)完成的上位機(jī)與正在運(yùn)行的客車通過無線通訊模塊進(jìn)行通訊。2.2核心處理器選擇單片機(jī)不僅僅是全部運(yùn)轉(zhuǎn)的核心控制器，更是整個系統(tǒng)的靈魂，在對課題進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)前，很有必要對單片機(jī)進(jìn)行一個合理的、恰當(dāng)?shù)倪x型，以確保選擇的單片機(jī)能夠滿足本次設(shè)計(jì)。不一樣類型的單片機(jī)所具備的硬件資源差異較大，能夠執(zhí)行的任務(wù)量和復(fù)雜性程度也不一樣。型號不一樣的單片機(jī)所具備的硬件資源不同，國內(nèi)開發(fā)應(yīng)用常用的處理器單片機(jī)包括51系列、AVR，430等。下面將對51系列單片機(jī)性能的做一個簡單的介紹。Intel公司設(shè)計(jì)和研發(fā)并生產(chǎn)出了最早的8位MCS-51系列單片機(jī)，該系列包括8031、8051、8751等，此后很多公司又在MCS-51的基礎(chǔ)上開發(fā)了結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，內(nèi)容更豐富的并兼容MCS-51的單片機(jī)。傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)主要的硬件資源有：1.8位CPU2.4KbitROM3.128BitRAM4.4個8位I/O口，其中部分具備第二功能5.21個專用的寄存器6.兩個可編程定時器/計(jì)數(shù)器7.5個中斷源8.一個全雙工串行通訊接口9.外ROM和外RAM尋址空間都為64KB10.可按位操作針對本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，根據(jù)課題設(shè)計(jì)的需要和功能實(shí)現(xiàn)的，由于本設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)不是很多，處理的數(shù)據(jù)量不大，一般51系列單片機(jī)即可。綜合考慮價格和使用的方便性等因素，核心控制器選用STC89C52型單片機(jī)。2.3傳感器選擇傳感器是用來感知待測監(jiān)測量，通過一定的方式將所得的測量結(jié)果模擬量、數(shù)字量進(jìn)行輸出，是測控系統(tǒng)中不可或缺的檢測部分。針對于不同的使用場合和應(yīng)用場景，研發(fā)制造出不同的傳感器。有時，同一個待測的測量目標(biāo)也可以用不通過的傳感器進(jìn)行測量，測量結(jié)果最后最終進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)處理就可以了。因此，這就存在一個傳感器上最佳選擇的問題。本課題當(dāng)中要測量的目標(biāo)量包括車輛內(nèi)環(huán)境溫度、濕度、煙霧以及車輛內(nèi)的傾斜角度。以下，將對所用到的傳感器的選擇做一個較詳細(xì)的介紹。2.3.1溫濕度傳感器對于溫度和濕度這兩個待測目標(biāo)量來說，用傳感器來進(jìn)行測量還是比較容易的。傳統(tǒng)的傳感器就能檢測溫度、位移、形變、距離等比較單一的量。只需要根據(jù)預(yù)期實(shí)現(xiàn)功能和要求進(jìn)行選擇相合適的傳感器即可。本設(shè)計(jì)涉及到溫度和濕度兩個待測目標(biāo)量，經(jīng)過選擇對比，選用在市面上廣泛用到的DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器的輸出信號在工廠生產(chǎn)時已經(jīng)經(jīng)過專業(yè)人員核準(zhǔn)過得，準(zhǔn)確度很高，所被測溫濕度可直接轉(zhuǎn)變?yōu)榇袛?shù)字信號供微機(jī)處理的溫濕度復(fù)合型傳感器。所以，DHT11溫濕度傳感器擁有響應(yīng)超快、品質(zhì)優(yōu)良、抗干擾能力強(qiáng)、性能和價格比很高的優(yōu)點(diǎn)。DHT11的外形及管腳排列如下圖2-2所示。圖2-2DHT11的管腳排列和外形DHT11引腳定義：1.VCC外接供電電源輸；2.DATA為數(shù)字信號輸入/輸出端，與單片機(jī)的I/O口相連；3.空腳；4.GND為電源地。2.3.2煙霧傳感器車內(nèi)煙霧濃度的多少是判斷車輛是否有火情發(fā)生的一個重要指標(biāo),因此能夠準(zhǔn)確、快速的檢測出車內(nèi)煙霧的情況能有效、及時地對車內(nèi)是否有火情做出判斷。MQ-2煙霧傳感器適用于很多場合和工作環(huán)境，如家庭的煤氣泄漏，工廠的可燃?xì)怏w檢測，同時也適用于甲烷、液化氣、丁烷、氫氣、煙霧等多種可燃性氣體監(jiān)測裝置。如圖2-3所示，煙霧傳感器模塊。圖2-3煙霧傳感器MQ-2煙霧傳感器有以下特點(diǎn)1.具有信號輸出指示；2.擁有雙路信號輸出；3.TTL輸出有效信號為低電平（當(dāng)輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機(jī)）； 4.輸出量模擬量是0-5V區(qū)間的電壓，且環(huán)境中的濃度越高，電壓也就越高； 5.對可燃?xì)怏w（如煤氣、液化氣、天然氣）等都有很好靈敏度； 6.使用壽命很長，可靠性，穩(wěn)定性很高； 7.快速的響應(yīng)恢復(fù)特性。2.3.3角度傳感器關(guān)于傾角的測量，目前使用較多的是MMA7455模塊。它是一款數(shù)字輸出、低功耗、緊湊型電容式微機(jī)械三軸加速度計(jì)，具有信號調(diào)理、低通濾波器、溫度補(bǔ)償。它有以下的特征，數(shù)字輸出(帶有I2C/SPI總線)低電流消耗Z軸向自我檢測用戶配置偏移校準(zhǔn)寄存器運(yùn)動識別水平檢測（沖擊，震蕩，自由落體）單脈沖和雙脈沖識別的脈沖檢測可選靈敏度±2g,±4g,±8g結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，高抗沖擊性（5000g）如圖2-4所示，MMA7455模塊實(shí)物圖。圖2-4MMA7455實(shí)物圖2.4顯示器件對于車內(nèi)顯示來說，現(xiàn)在市場上顯示設(shè)備的種類有很多，如觸摸顯示屏、高清彩色液晶顯示屏、電子射線管先視頻、黑白的LCD顯示屏，還有最簡單的LED數(shù)碼管顯示。對顯示來說，得綜合考慮各種因素來進(jìn)行選擇。其中，功耗是一個考慮的重要指標(biāo)，低功耗性能的實(shí)現(xiàn)需要一個協(xié)調(diào)優(yōu)化的系統(tǒng)，整體功能部件的每個部分的低功耗最終才會有系統(tǒng)的低功耗。能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期設(shè)計(jì)的基本功能，并且在不影響功能基礎(chǔ)上美觀實(shí)用，經(jīng)濟(jì)可靠盡量選擇功耗較低的顯示器件。本設(shè)計(jì)對監(jiān)控狀態(tài)的顯示除了上位機(jī)以外，在客車運(yùn)行內(nèi)部環(huán)境中也需要進(jìn)行顯示。對于車內(nèi)的實(shí)時顯示，因?yàn)槭菢訖C(jī)的制作，需要顯示出監(jiān)測量的實(shí)時數(shù)據(jù)，并且現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)較多，有溫度、濕度、煙霧、傾角等至少四個數(shù)據(jù)的顯示，因此考慮到液晶屏使用的方便性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性等因素，選擇LCD12864液晶屏作為數(shù)據(jù)顯示屏。如圖2-5所示，圖(a)是LCD12864液晶屏引腳圖，圖(b)是LCD12864液晶屏實(shí)物圖。(a)(b)圖2-5LCD1602液晶屏2.5無線通信上位機(jī)與下位機(jī)之間的通訊方式有兩大類：有線通訊和無線通訊。有線通訊就是上位機(jī)和下位機(jī)之間是由數(shù)據(jù)總線連接，有線通訊因?yàn)槠湫枰獢?shù)據(jù)總線才能進(jìn)行通訊，有很大的局限性，一般應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間的通訊連接。本課題研究的是客車運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制，如果通訊的方式是通過電線或電纜的進(jìn)行有線通訊，是無法實(shí)現(xiàn)的。因此只能選擇無線通訊的方式進(jìn)行通訊。無線通訊方式目前常用和常見的有以下幾種：1.紅外線通信（infrared

communications）傳輸形式：一種利用紅外線傳輸信息的通信方式，可傳輸語言、文字、數(shù)據(jù)、圖像等信息。優(yōu)點(diǎn)：保密功能強(qiáng)大；體積?。恢亓枯p；經(jīng)濟(jì)性好；抗干擾性強(qiáng)；缺點(diǎn)：受視距影響其傳輸距離短；要求通信設(shè)備的位置固定；其點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸連接，無法靈活地組成網(wǎng)絡(luò)等。2.藍(lán)牙（Bluetooth）傳輸形式：一種無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動設(shè)備和樓宇個人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換。優(yōu)點(diǎn)：一臺藍(lán)牙設(shè)備可同時與其它七臺藍(lán)牙設(shè)備建立連接；低功耗、通訊安全性好；在有效范圍內(nèi)可越過障礙物進(jìn)行連接，沒有特別的通訊視角和方向要求。缺點(diǎn)：藍(lán)牙的通訊速率不是很高；目前主流的軟件和硬件平臺均不提供對藍(lán)牙的支持，這使得藍(lán)牙的應(yīng)用成本升高，普及難度增大；ISM頻段是一個開放頻段，可能會受到諸如微波爐、無繩電話、科研儀器、工業(yè)或醫(yī)療設(shè)備的干擾。3.Zigbee傳輸形式：基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：低功耗、高可靠性、強(qiáng)抗干擾性；保密性強(qiáng)，目前世界上沒有一例關(guān)于Zigbee被破解案例；布網(wǎng)容易，通過\t"/blog/static/191349581201191495247105/_blank"無線中繼器可以非常方便地將網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍擴(kuò)展至數(shù)十倍。缺點(diǎn)：產(chǎn)品開發(fā)難度大；低速短距離傳輸；開發(fā)周期長。4.通用分組無線服務(wù)技術(shù)（GPRS）傳輸形式：通過利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。優(yōu)點(diǎn)：實(shí)在時線；按量計(jì)費(fèi)；快捷錄登；高速傳輸；自如換切。缺點(diǎn)：相對于無線專網(wǎng)成本不算低，性價比優(yōu)勢不大；通信協(xié)議比專網(wǎng)復(fù)雜很多，入門有一定難度。綜合考慮幾種無線傳輸方式的優(yōu)缺點(diǎn)，又結(jié)合本設(shè)計(jì)的客車信息采集是遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集。而紅外線通信、藍(lán)牙（Bluetooth）以及Zigbee 通訊都有一個致命的缺點(diǎn)：只適用于近距離的數(shù)據(jù)傳輸，就算是Zigbee通訊也只能在無障礙的情況下傳輸100m左右。GPRS通訊不同，它是接入網(wǎng)路中，可以傳輸很長的距離。因此無線通訊模塊選擇ATK-SIM900A模塊，一種常用的GPRS通訊模塊。2.6上位機(jī)上位機(jī)的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，因?yàn)閿?shù)據(jù)的接收和處理、報(bào)警信號等等預(yù)期的功能都要由上位機(jī)來完成。因此，上位機(jī)設(shè)計(jì)軟件選擇的方便使用與否直接關(guān)系到這個設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。常用的上位機(jī)開發(fā)軟件有很多，如LabVIEW、VisualBasic（VB）、MATLAB,它們有各自的特色和不足之處。1.LabVIEWLabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。LabVIEW有自身的編程方法和語言，它的編程是以連線的方式：把各個單獨(dú)的控件按自己的功能要求連接，其函數(shù)的執(zhí)行順序是由各個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流向決定。LabVIEW中的用戶界面顯示圖標(biāo)，可以通過對各個圖標(biāo)連線對前面板上的對象進(jìn)行控制。LabVIEW把編程程序具體化，用圖形的方法進(jìn)行編程，其運(yùn)行的過程是按各個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流向決定，類似流程圖，這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW在編寫大型程序時，因?yàn)樗械目丶际窃谝黄疬B的，調(diào)試的時候會很麻煩，需要很大的精力在調(diào)試方面。并且其執(zhí)行效率比較低，用LabVIEW編寫出來的虛擬儀器等大型軟件實(shí)用性并不高。

2.VisualBasic

VisualBasic是由微軟公司開發(fā)的一款程序設(shè)計(jì)語言軟件，可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動方式是它的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)槠涫褂梅奖?，功能?qiáng)大且軟件安裝方便快捷，VB語言的學(xué)習(xí)者比較多。VB中除了常用的控件外，還可以自制數(shù)據(jù)庫、使用連接數(shù)據(jù)庫和安放其他控件如串口控件等。

在VB環(huán)境下，使用者可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行可視化的界面設(shè)計(jì)，VB的使用和LabVIEW有一定的相似性，都有視圖界面和編程界面，但VB的編程界面是用VB語言進(jìn)行編程，針對每一個控件進(jìn)行編程，針對性特別強(qiáng)。因此，用VB編程復(fù)雜大型的上位機(jī)或是軟件系統(tǒng)在調(diào)試的時候特別的方便。

3.MATLAB

MATLAB軟件的定義：一種用于數(shù)據(jù)分析數(shù)值計(jì)算、算法開發(fā)以及數(shù)據(jù)可視化的高級技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境。數(shù)組和矩陣運(yùn)算是MATLAB的特色。但同時MATLAB是一個功能用途很多的軟件，除了在數(shù)組和矩陣運(yùn)算上相對于其他的軟件有優(yōu)勢外，還可以用于數(shù)學(xué)建模、數(shù)據(jù)處理與分析以及數(shù)據(jù)圖形的繪制等。

MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，矩陣的使用大多數(shù)是工程數(shù)學(xué)中。此時用MATLAB去處理矩陣數(shù)據(jù)，要比LabVIEW、C語言等處理方便快捷很多。MATLAB在工程中的應(yīng)用十分廣泛，是一款分成強(qiáng)大的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)處理軟件。

分析三種軟件各自的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)LabVIEW主要應(yīng)用于測試測量，MATLAB主要應(yīng)用于矩陣運(yùn)算以及數(shù)學(xué)問題的分析，上位機(jī)軟件開發(fā)功能只是LabVIEW和MATLAB兩個軟件的“附加”功能。而且這兩個軟件的功能強(qiáng)大，學(xué)習(xí)起來比較困難，不適用于本設(shè)計(jì)的上位機(jī)開發(fā)。而VB不一樣，它是一個用于在Windows環(huán)境下開發(fā)軟件的工具。正是由于VB的這種專一性，使得VB簡單易學(xué)、效率高，且功能強(qiáng)大。因此，本設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件的開發(fā)工具選擇VisualBasic(VB)。第三章無線通訊本次的設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)客車運(yùn)行狀態(tài)信息的實(shí)時采集，因此需要進(jìn)行通訊。通訊的過程是：下位機(jī)把采集到的數(shù)據(jù)以一定的格式傳輸?shù)脚c下位機(jī)相連的通訊模塊，與下位機(jī)相連的通訊模塊通過點(diǎn)對點(diǎn)的發(fā)送將接收到的數(shù)據(jù)傳到與上位機(jī)相連的通訊模塊中，上位機(jī)再把傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成上位機(jī)的實(shí)時監(jiān)測功能。通訊的流程圖如圖3-1所示。圖3-1通訊過程3.1ATK-SIM900A模塊簡介

ATK-SIM900A模塊是屬于工業(yè)級別的開發(fā)板，但是我們可以使用其簡單的功能，如信息的傳輸、GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)等功能。ATK-SIM900A模塊具有豐富的接口資源，使用者可以根據(jù)自己的功能需求去外擴(kuò)功能。其資源圖如圖3-2所示。圖3-2ATK-SIM900A模塊資源圖ATK-SIM900A模塊功能十分強(qiáng)大，主要的功能有短信的發(fā)送、電話的撥打與接通、數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)的傳輸。其的電壓范圍比較寬泛，從5V到24V，這就大大提高了模塊的使用范圍。另外還支持兩種串口：LVTTL和RS232串口。下面通過表3-1ATK-SIM900A模塊的基本特性、表3-2ATK-SIM900A模塊的功能特性、表3-3ATK-SIM900A模塊的電氣特性三個表格來對該模塊有進(jìn)一步的了解。表3-1ATK-SIM900A模塊的基本特性項(xiàng)目說明通信接口1RS232串口/LVTTL串口支持AT命令控制（GSM07.07，07.05以及SIMCOM增強(qiáng)AT命令集）支持RTS/CTS硬件流控控制支持從1200bps~115200bps范圍的通信速率（帶自動波特率檢測）支持調(diào)試接口（可用于調(diào)試和軟件升級）發(fā)射功率Class4(2W)@EGSM900MClass1(1W)@DCS1800M天線接口SMA接口，自帶GSM（900M/1800M）專用小辣椒天線GPRS連接特性GPRSmlti-slotclass10/8GPRSmobilestationclassB/CCSIM卡接口支持1.8V/3VSIM卡工作頻段EGSM900Mhz/DCS1800Mhz自動搜索2個頻段電源接口DC005-2.1mm直流電源座語音接口3.5mm耳機(jī)+麥克風(fēng)座工作溫度2-40℃~+85℃外形尺寸80mm*58mm表3-2ATK-SIM900A模塊的功能特性項(xiàng)目說明GPRS數(shù)據(jù)特性編碼格式：CS-1、CS-2、CS-3和CS-4內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，支持TCP/UDP通信，支持FTP/HTTP服務(wù)下行傳輸速率：最大85.6kbps上行傳輸速率：最大42.8kbps支持通常用于PPP連接的PAP協(xié)議支持分組廣播控制信道（PBCCH）支持CSD傳輸速率：2.4/4.8/9.6/11.4kbps支持非結(jié)構(gòu)化補(bǔ)充數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（USSD）音頻特性支持HalfRate、FullRate、EnhancedFullRate、Adaptivemutirate等編碼模式支持回音消除功能支持噪聲抑制功能傳真（FAX）Group3，class1短信（SMS）支持MT/MO/CB/TEXT和PDU模式短信存儲設(shè)備：SIM卡通信錄管理支持類型：SM/FD/LD/RC/ON/MCSIM應(yīng)用工具包支持SATclass3，GSM11.14Release99實(shí)時時鐘（RTC）支持，并帶后備電池（XH414H-IV01E）供電軟件升級通過調(diào)試口進(jìn)行軟件升級表3-3ATK-SIM900A模塊的電氣特性項(xiàng)目說明電源供電DC5~24VIO電平1Voh(max)2.8V、Vol(min)0V功耗212~90mA@12V3.2上位機(jī)通訊因?yàn)闀r間和下位機(jī)制作不同步的關(guān)系，數(shù)據(jù)的接收和處理將通過點(diǎn)對點(diǎn)的方式完成，即用手機(jī)向ATK-SIM900A模塊發(fā)送規(guī)定的字符串，ATK-SIM900A模塊接收到之后再傳于上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。3.2.1使用前準(zhǔn)備在使用ATK-SIM900A模塊之前，以下三種東西必備：1.1張可以正常使用的中國移動SIM卡；2.1個外部直流電源（12V1A電源，買模塊時所帶，供電）；3.1根RS232串口線（USB轉(zhuǎn)串口線）。在模塊開機(jī)以后，我們要做的工作是首先判斷插入模塊的中國移動SIM卡是否能夠正常的進(jìn)行工作。判斷的標(biāo)準(zhǔn)就是指示燈從1秒鐘閃爍一次到3秒鐘閃爍一次，這是就可以說明中國移動SIM卡已經(jīng)能夠正常的工作了。3.2.2ATK-SIM900A模塊數(shù)據(jù)接收當(dāng)通訊代碼編寫完成后，要進(jìn)行模塊數(shù)據(jù)接收的通訊測試（開始的時候，因?yàn)樯衔粰C(jī)軟件還沒有完全編寫出來，調(diào)試時用的是串口調(diào)試助手，后期上位機(jī)軟件已經(jīng)編寫完成，再調(diào)試的時候直接與上位機(jī)相連。下文中如若出現(xiàn)通訊的調(diào)試，都是與上位機(jī)之間進(jìn)行的）。要使得ATK-SIM900A模塊能夠收短信，AT指令的發(fā)送是必不可少的。AT即Attention，AT指令集是從終端設(shè)備(TE)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)向終端適配器(TA)或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(DDCE)發(fā)送的。通過TA，TE發(fā)送AT指令來控制移動臺(MS)的功能，才能夠與GSM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互。ATK-SIM900A模塊短信的接收一共有七條指令：AT+CMGS、AT+CNMI、AT+CMGR、AT+CMGF、AT+CSMP、AT+CSCS、AT+CPMS。在這里不一一說明各指令的功能，只說明用到的指令功能。因?yàn)閿?shù)接收的格式：9999xxxxxxxxxxxxxxxx，里面全是數(shù)字，因此設(shè)置成英文短信的格式就可以滿足要求。從而，根據(jù)需求的功能，需要以下四條指令：1.AT+CMGF，用于設(shè)置短消息是PDU模式還是文本模式。本設(shè)計(jì)發(fā)送：AT+CMGF=1，把信息的接收設(shè)置為文本模式。2.AT+CSCS，用于設(shè)置短信的格式，英文還是中文。在發(fā)送純英文短信的時候，發(fā)送：AT+CSCS="GSM"。在發(fā)送中英文短信的時候，發(fā)送：AT+CSCS="UCS2"。本設(shè)計(jì)是純英文短信，因此發(fā)送：AT+CSCS="GSM"。3.AT+CNMI，用于設(shè)置新消息指示。發(fā)送：AT+CNMI=2,1，設(shè)置新消息提示，當(dāng)收到新消息，且SIM卡未滿的時候，模塊會返回?cái)?shù)據(jù)給串口。本設(shè)計(jì)發(fā)送：AT+CNMI=2,14.AT+CMGR，用于讀取短信。這一條指令在上位機(jī)的設(shè)計(jì)是自動發(fā)送的，即當(dāng)有新消息到來時，不需要人工發(fā)送AT+CMGR，而是通過程序自動決定發(fā)送，自動讀取。

第四章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1整體結(jié)構(gòu)4.1.1硬件設(shè)計(jì)框圖本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要包含有微處理器模塊、GPRS模塊、外部傳感器模塊、串口通信模塊以及LCD顯示模塊等部分，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框該系統(tǒng)的CPU采用的是AT89C52單片機(jī)，通過編程實(shí)現(xiàn)溫濕度、煙霧和傾角數(shù)據(jù)的采集和處理，并且將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時的顯示在LCD1602液晶屏上和實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，采集到的數(shù)據(jù)，在經(jīng)過GPRS模塊的發(fā)送，使得與PC機(jī)相連的另一GPRD模塊接收到數(shù)據(jù)，并且將接收到的數(shù)據(jù)顯示在上位機(jī)軟件界面上，進(jìn)行遠(yuǎn)程的觀察。4.1.2AT89C52處理器介紹STC89C52單片機(jī)是一種低電壓、低功耗、高性能的COMOS8的微處理器。它擁有8K空間的可編程、可擦除、只讀存儲器（FPEROM-FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory），其片內(nèi)含有的4kBytesISP(In-systemprogrammable)的Flash只讀程序存儲器，該只讀程序存儲器反復(fù)擦寫多達(dá)可超過1000次，運(yùn)用了不容易失性的存儲、密度非常高的技術(shù)制造，并且與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)兼容，輸出管腳相也能兼容。該微處理器的這些特點(diǎn)，使得它在很多開發(fā)和應(yīng)用中很受歡迎，功能齊全強(qiáng)大的解決。此單片機(jī)的功能和特點(diǎn)如下：1.40個I/O引腳2.128個字節(jié)的RAM3.4kFlashROM4.時鐘電路、復(fù)位電路5.32個雙向外部（I/O）口6.5個中斷優(yōu)先級7.2層中斷嵌套中斷8.2個16位可編程定時計(jì)數(shù)器9.2個全雙工串行通信口10.看門狗（WDT）電路11.片內(nèi)時鐘振蕩器。STC89C52引腳圖如下圖4-2所示。圖4.-2STC89C52引腳圖單片機(jī)功能如下表4-1所示。表4-1單片機(jī)功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫FlashROM32個雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計(jì)數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能4.2數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)是采用在開發(fā)板上直接進(jìn)行軟件編程與調(diào)試，所使用的溫濕度傳感器DHT11模塊、煙霧傳感器MQ-2、傾角傳感器MMA7455以及液晶屏都是直接采用模塊，不用自己再設(shè)計(jì)電路，直接與開發(fā)板上的指定位置相連就可以使用。圖4-3是DHT11溫濕度傳感器模塊原理圖，圖4-4是煙霧傳感器MQ-2原理圖，圖4-5是傾角傳感器MMA7455原理圖。圖4-3DHT11溫濕度模塊原理圖圖4-4煙霧傳感器MQ-2原理圖

圖4-5傾角傳感器MMA7455原理圖第五章上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)5.1上位機(jī)軟件總體設(shè)計(jì)規(guī)劃上位機(jī)軟件的功能主要是接收并顯示客車運(yùn)行信息，如溫度、濕度、傾角、煙霧等、對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，并且進(jìn)行判斷客車目前運(yùn)行狀況、對判斷后的數(shù)據(jù)作出回應(yīng)，是正常運(yùn)作還是發(fā)生故障。上位機(jī)軟件一共包括三個窗體：首頁，客車運(yùn)行狀態(tài)窗體、關(guān)于我們窗體。其中首頁包括標(biāo)題：歡迎使用客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)，命令按鈕：客車運(yùn)行狀態(tài)、關(guān)于我們、退出程序?？蛙囘\(yùn)行狀態(tài)包括設(shè)置區(qū)：端口號、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位以及載入配置、保存配置、連接測試三個命令按鈕，控制按鈕區(qū)：關(guān)于、返回首頁、停止采集、數(shù)據(jù)保存、退出程序五個命令按鈕，小工具：標(biāo)題、日期、時間、串口打開標(biāo)志，客車狀態(tài)顯示：溫度、濕度、傾角、煙霧數(shù)據(jù)的接收、處理、報(bào)警和曲線繪制。關(guān)于我們窗體包括：制作者、聯(lián)系方式、聯(lián)系地址等信息和退出程序、確定兩個命令按鈕。具體的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容見圖5-1。圖5-1上位機(jī)總體設(shè)計(jì)5.2首頁窗體設(shè)計(jì)5.2.1首頁總體功能設(shè)計(jì)首頁是用戶在使用本系統(tǒng)時首先要看到的一個窗體，它的作用是指導(dǎo)用戶使用本系統(tǒng)，因此并沒有很復(fù)雜的設(shè)計(jì)。首頁的顯示內(nèi)容有標(biāo)題和三個控制按鈕，三個控制按鈕實(shí)現(xiàn)的功能：“客車運(yùn)行狀態(tài)”按鈕：點(diǎn)擊此按鈕，會把界面轉(zhuǎn)換到客車運(yùn)行界面，并且隱藏首頁界面；“關(guān)于我們”按鈕：點(diǎn)擊此按鈕，會彈出一個包括設(shè)計(jì)者的個人信息、聯(lián)系方式、通訊地址等內(nèi)容的界面；“退出程序”按鈕：點(diǎn)擊此按鈕，會關(guān)閉所有打開的界面，并且退出程序。5.2.2首頁窗體設(shè)計(jì)通過對首頁的功能總體設(shè)計(jì)，可以初步設(shè)計(jì)出首頁窗體。運(yùn)行后的首頁窗體如圖5-2所示。圖5-2首頁界面其中設(shè)置了1個Text控件、3個CommonButton控件，各個控件及其控件的屬性列表如表5-1所示。表5-1首頁主要控件及其屬性列表控件名稱控件類型控件屬性屬性值說明TxtUseTextCaption客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)ForeColor&H000000FF&、紅色AlignmentCenter居中顯示BackColor&H0000000F&、灰色Font微軟雅黑、二號字體字體設(shè)置CmdShangCommonButtonCaption上位機(jī)界面顯示切換到ShangWeiJi顯示界面Font微軟雅黑、小四字體字體設(shè)置CmdUsCommonButtonCaption關(guān)于我們切換到FrmAbout顯示界面Font微軟雅黑、小四字體字體設(shè)置CmdQuitCommonButtonCaption退出程序關(guān)閉所有運(yùn)行的界面Font微軟雅黑、小四字體字體設(shè)置5.2.3首頁代碼編寫及顯示效果當(dāng)首頁的界面以及界面內(nèi)各個控件和其屬性設(shè)置完成后，就要對其進(jìn)行代碼編寫。根據(jù)本界面的功能和界面設(shè)計(jì)，將代碼編寫分為三部分，即：1.轉(zhuǎn)換到客車運(yùn)行狀態(tài)界面。在這個過程中，點(diǎn)擊“客車運(yùn)行狀態(tài)”按鈕，會把首頁界面隱藏，并出現(xiàn)客車運(yùn)行狀態(tài)界面。程序代碼：‘‘打開客車運(yùn)行狀態(tài)窗體‘PrivateSubCmdShang_Click()ShangWeiJi.Show‘顯示客車運(yùn)行狀態(tài)窗體FrmFrist.Hide‘隱藏首頁窗體EndSub當(dāng)點(diǎn)擊“客車運(yùn)行狀態(tài)”按鈕時，會出現(xiàn)如圖5-3顯示效果：圖5-3客車運(yùn)行狀態(tài)窗體2.顯示制作者、聯(lián)系方式等信息。點(diǎn)擊“關(guān)于我們”按鈕，將彈出關(guān)于我們窗體。程序代碼：‘‘打開關(guān)于我們窗體‘PrivateSubCmdUs_Click()FrmAbout.Show’顯示關(guān)于我們窗體EndSub當(dāng)點(diǎn)擊“關(guān)于我們”按鈕時，會出現(xiàn)如圖5-4顯示效果：圖5-4關(guān)于我們窗體3.關(guān)閉所有界面并退出。點(diǎn)擊“退出程序”按鈕，將退出執(zhí)行程序。程序代碼：‘‘退出程序‘PrivateSubCmdQuit_Click()UnloadShangWeiJi‘卸載客車運(yùn)行狀態(tài)窗體UnloadFrmFrist‘卸載首頁窗體UnloadFrmAbout‘卸載關(guān)于我們窗體EndSub5.3客車運(yùn)行狀態(tài)窗體設(shè)計(jì)5.3.1客車運(yùn)行狀態(tài)總體功能設(shè)計(jì)此窗體是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，客車運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)接收、處理和保存等功能都要在這個窗體里實(shí)現(xiàn)。因此，對本窗體的功能劃分為：設(shè)置區(qū)：端口號、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位以及載入配置、保存配置、連接測試三個命令按鈕；2.客車狀態(tài)顯示：溫度、濕度、傾角、煙霧數(shù)據(jù)的接收、處理、報(bào)警和曲線繪制。3.控制按鈕區(qū)：關(guān)于、返回首頁、停止采集、數(shù)據(jù)保存、退出程序五個命令按鈕；4.小工具：日期、時間、串口打開標(biāo)志；5.數(shù)據(jù)接收區(qū)：設(shè)置1、設(shè)置2、設(shè)置3、測試、清空、重新設(shè)置6個控制按鈕；下面逐一的介紹各個功能區(qū)的設(shè)計(jì)過程、代碼編寫以及顯示效果。5.3.2設(shè)置功能區(qū)設(shè)置區(qū)界面設(shè)計(jì)設(shè)置區(qū)的界面要顯示的內(nèi)容是有關(guān)串口信息的界面，根據(jù)常用的串口信息，設(shè)計(jì)出如圖5-5的界面。圖5-5設(shè)置區(qū)界面在設(shè)置區(qū)(包括標(biāo)題)，設(shè)置了1個Frame控件、1個MSComm控件、1個Text控件、5個Labal控件、5個ComboBox控件、3個CommonButton控件。各個控件及其控件的屬性列表如表5-2所示。表5-2設(shè)置區(qū)主要控件及其屬性列表控件名稱控件類型控件屬性屬性值說明TxtTitleTextCaption客車運(yùn)行控制、報(bào)警及信息分析系統(tǒng)ForeColor&H000000FF&、紅色AlignmentCenter居中顯示BackColor&H0000000F&、灰色MSCommMSCommCommPort1設(shè)置Com1串口FrameTextFrameCaption設(shè)置功能區(qū)提示LblSerialPortLabelCaption端口號提示選擇端口號LblBaudLabelCaption波特率提示選擇波特率LblDataLabelCaption數(shù)據(jù)位提示選擇數(shù)據(jù)位LblStopLabelCaption停止位提示選擇停止位LblParityLabelCaption校驗(yàn)位提示選擇校驗(yàn)位CboSerialPortComboBoxText--執(zhí)行程序時設(shè)定List--執(zhí)行程序時設(shè)定CboBaudComboBoxText9600默認(rèn)值List1200、2400、4800、9600、14400、19200程序時執(zhí)行選擇CboDataComboBoxText8默認(rèn)值List8、7、6程序時執(zhí)行選擇CboStopComboBoxText1默認(rèn)值List1、1.5、2程序時執(zhí)行選擇CboParityComboBoxTextNONE默認(rèn)值ListNONE、ODD、ENEV、SPACE、MARK程序時執(zhí)行選擇CmdTextCommandButtonCaption連接測試串口檢測按鈕CmdLoadParameterCommandButtonCaption載入配置載入已有的串口配置CmdSaveParameterCommandButtonCaption保存配置保存當(dāng)前的串口配置設(shè)置區(qū)代碼編寫及效果顯示結(jié)合已經(jīng)設(shè)計(jì)出來的設(shè)置區(qū)界面，其代碼編寫過程如圖5-6.圖5-6代碼編寫過程1.調(diào)入計(jì)算機(jī)存在的串口上位機(jī)要想與下位機(jī)能夠通訊，首先要對可用串口進(jìn)行診斷。VB可以打開16個串口，但是通常情況下計(jì)算機(jī)只配置一個或兩個串口，有時計(jì)算機(jī)上的串口還可能被其他程序占用。因次，為了增強(qiáng)軟件的實(shí)用性，應(yīng)該判斷計(jì)算機(jī)可以利用的有效串口數(shù)，并且在串口被占用時給出提示信息。程序代碼：''調(diào)入計(jì)算機(jī)存在的串口'PrivateSubCommLoad()OnErrorGoToErrLineDimiAsIntegerDimCounterAsIntegerCounter=0Fori=1To16MSComm.CommPort=iMSComm.PortOpen=TrueIfMSComm.PortOpen=TrueThenMSComm.PortOpen=FalseCboSerialPort.AddItem"COM"+CStr(i),Counter'將可用串口增加到組合框Counter=Counter+1EndIfNextiCboSerialPort.ListIndex=0'將第一個可用串口設(shè)為默認(rèn)值ExitSubErrLine:IfErr.Number=8005ThenCboSerialPort.AddItem"COM"+CStr(i),Counter'將可用串口增加到組合框Counter=Counter+1EndIfResumeNextEndSub上述代碼利用Err函數(shù)進(jìn)行串口檢查，對可能存在的16個串口進(jìn)行掃描，逐個打開。如果能打開，說明存在且空閑，然后馬上關(guān)閉；如果無法打開，則轉(zhuǎn)入錯誤處理程序進(jìn)行處理。2.串口初始化串口初始化是在程序運(yùn)行前對串口的配置進(jìn)行設(shè)定，目的是防止在使用過程中因?yàn)楹雎詫?shù)的配置而出現(xiàn)錯誤。程序代碼：''ShangWeiJi中串口初始化'PrivateSubInitialPort(SerialPortAsString,BaudRataAsString,ParityBitAsString,DataBitAsString,StopBitAsString)OnErrorGoToErrLineMSComm.CommPort=Val(Mid(SerialPort,4,Len(SerialPort)-3))MSComm.Settings=BaudRata&","&Left(ParityBit,1)&","&DataBit&","&StopBitMSComm.InBufferSize=1024MSComm.OutBufferSize=4096MSComm.InBufferCount=0MSComm.OutBufferCount=0MSComm.SThreshold=1'數(shù)值不要改MSComm.RThreshold=20'決定數(shù)據(jù)的接收（重要）MSComm.InputLen=0MSComm.InputMode=comInputModeTextExitSubErrLine:IfErr.Number<>0ThenMsgBoxCStr(Err.Number)+""+Err.Description,vbOKOnly+vbInformation,"提示信息！"EndIfErr.ClearEndSub3.串口重新配置在連接下位機(jī)時，有可能需要對串口參數(shù)進(jìn)行修改，或是通過點(diǎn)擊下拉框選擇，或者是通過“載入配置”按鈕從文件載入。但是在修稿參數(shù)前要判斷串口是否打開，如果打開，則操作無效，并且將鼠標(biāo)重新定位在“連接測試”按鈕處，如果關(guān)閉，則可以修改參數(shù)。程序代碼：''串口重新配置'PrivateSubPorRreset(SerialPortAsString,BaudRataAsString,ParityBitAsString,DataBitAsString,StopBitAsString)OnErrorGoToErrLineMSComm.CommPort=Val(Mid(SerialPort,4,Len(SerialPort)-3))MSComm.Settings=BaudRata&","&Left(ParityBit,1)&","&DataBit&","&StopBitExitSubErrLine:IfErr.Number<>0ThenMsgBoxCStr(Err.Number)+""+Err.Description,vbOKOnly+vbInformation,"提示信息！"EndIfErr.ClearEndSub''在串口關(guān)閉情況下修改串口參數(shù)'PrivateSubCboBaud_GotFocus()IfMSComm.PortOpen=TrueThenMsgBox"COM"+CStr(MSComm.CommPort)+"已被打開，修改參數(shù)前請先關(guān)閉串口！",vbOKOnly+vbInformation,"提示信息！"CmdText.SetFocus'將焦點(diǎn)重新定位至“連接測試”按鈕EndIfEndSubPrivateSubCboBaud_Click()CallPorRreset(CboSerialPort.Text,CboBaud.Text,CboParity.Text,CboData.Text,CboStop.Text)'調(diào)用串口，重置函數(shù)EndSubPrivateSubCboData_GotFocus()IfMSComm.PortOpen=TrueThenMsgBox"COM"+CStr(MSComm.CommPort)+"已被打開，修改參數(shù)前請先關(guān)閉串口！",vbOKOnly+vbInformation,"提示信息！"CmdText.SetFocus'將焦點(diǎn)重新定位至“連接測試”按鈕EndIfEndSubPrivateSubCboData_Click()CallPorRreset(CboSerialPort.Tex