2021年度基于GPRS的远程温度监测系统

毕业设计说明书

基于GPRS远程温度监测系统

设计

指导老师

完成日期

6月3日

基于GPRS远程温度监测系统设计

摘要

和之相关多种温度控制系统广泛应用于冶金、化丁、机械、食品等领域。

温度控制是丁业生产过程中常常碰到过程控制。有些工艺过程对其温度控制效果直接影响着产品质量。比如:在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等很多领域中,大家全部需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行检测和控制;在农业生产、粮食贮备、计算机机房等全部需要对温度进行控制。

所以设计一个较为理想温度控制系统是很有价值。

GPRS作为一个高速、高效、经济无线系统,含有网络覆盖范围广、
GPRS技术从试验室研究、地域范围内试用到正式商用,经过了长时间完善,

GPRS设备数据监控终端传输设备一开机就能自动附着到GPRS网络上,和数据中心实时在线进行实时数据通信,高速输,可靠性高。

文中设计了一个温度控制系统,用单片机作为微控器,选择数字温度传感器,对温度进行控制,提出了一个基于GPRS技术远程温度监测系统方案,采取AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器实现现场温度数据采集和处理,再经过GPRS模块TC39i实现远程数据传输和接收,含有精度高、稳定性好特点。硬件方面设计了一个基于单片机温度智能控制系统, 以AT89C51单片机为关键, 采取了温度传感器DS18B20,以GPRS无线通信模块为基础,

基于AT指令和数据采集器,构建一个远程温度数据采集系统,对温度进行控制。 实践结果表明,该系统使用效果良好,有着广泛应用前景。

关键词:温度采集系统;监控软件;单片机

GPRS-basedremote temperature monitoring system

Abstract:Temperatureis the main accused in the industrial production one of the

parameters, associated with a variety of temperature control systemsare widely used in metallurgy, chemical Ding, machinery, food andother fields.Temperature control is the small business oftenencountered in production process control.Some on the temperaturecontrol process directly influences the quality of products.Forexample: in the metallurgical industry, chemical production, powerengineering, paper industry, machinery manufacturing and foodprocessing and many other areas, people need all kinds of furnace,heat treatment furnace, the temperature in the reactor and boilertesting and control;in agricultural production, food reserves,computer room and so the need for temperature control.Thereforedesigned an ideal temperature control system is very valuable.
calculation advantage, the advantages of real-time online, especiallyfor intermittent, and sudden or frequent , And a small amount of datatransfer, but also for the occasional large amounts of datatransmission, data collection and monitoring to meet the two-way datatransmission. GPRS technology from the laboratory studies, areas tothe official business within the trial, after a long, technologicallyadvanced and reliable. GPRS equipment data monitoring terminaltransmission equipment can automatically attach a boot to the GPRSnetwork, and data centers for real-time data in real-time onlinecommunication, high-speed transmission and high reliability.

In this paper, design a temperature control system, with themicrocontroller as the microcontroller the choice of digitaltemperature sensors, temperature control, a GPRS-

based technology solutions for remote temperature monitoring system,using AT89C51

microcontrollerand digital temperature sensor for field DS18B20 Temperature dataacquisition and processing, and through the GPRS module TC39i remotedata transmission and reception, with high accuracy, good stability.Hardware design of a microcontroller-based smart temperature controlsystem to AT89C51 microcontroller as the core, using a temperaturesensor DS18B20, the GPRS-based wireless communication module, basedon AT commands and data acquisition, to build a remote temperaturedata acquisition system For temperature control
Theresults show the good effect of the system and have broad applicationprospects.

KeyWords:Temperatureacquisition system, monitoring software, Microcontrolle

目录

1.概述...............................................................................................................................51.1课题设计背景.........................................................................................................51.2课题设计意义.........................................................................................................52.系统总体结构和硬件电路设计.......................................................................................62.1系统总体结构设计.................................................................................................62.2温度采集模块设计.................................................................................................62.3单片机电路设计.....................................................................................................82.4 通信电路设计......................................................................................................12

3.1下位机总体软件设计...........................................................................................14
3.下位机软件设计..............................................................................................................14

4.上位机软件设计..............................................................................................................22 4.1 GPRS通信网络....................................................................................................22 4.2 远程温度检测实现原理......................................................................................23 4.3 GPRS DTU远程温度监测界面..........................................................................245.系统集成和调试..............................................................................................................256.结束语..............................................................................................................................27致谢.................................................................................................................................29 附录1:采集系统接线图.............................................................................................30 附录2:元器件表.........................................................................................................31

1.概述

1.1课题设计背景

温度和大家生产生活亲密相关,需要对温度监测场所很多。

传统有线测温方法存在着布线复杂,线路轻易老化等问题。

无线测温技术和有线测温技术相比,有成本低、携带方便、

尤其是在有线网络不通畅或因为现场环境原因限制不便架设线路情况下,

使用无线通信技术进行温度监测显得愈加实用、快捷。

计算机远程无线监控技术在工业控制领域中应用越来越广泛。

技 术 优 。

GPRS技术从试验室研究、地域范围内试用到正式商用,经过了长时间完善,

不存在信号盲区,根据流量收费,没有数据流量传输时不收费用,计费合理、科学、

企业运行投资小、效益高。这些特点适合于提升企业计量信息立即性、可靠性、

正确性和实现企业生产管理信息化。

温度自动监测技术在中国工业生产中应用很普遍,

但大多数是传统分散式三级系统（下位机、中位机、上位机）,

采取有线传输方法。其远程线路铺设及维护成本过高,引线过长,

造成整个系统传输速率变慢、功耗上升、稳定性下降。

采取GSM和GPRS无线通信网作为通信方法为上述问题提供了一个新处理方案。

伴 随 无 线 通 信技 术,

采取无线传输方法已成为远程分布式温度监测技术发展趋势。

GPRS技术在移动通信领域发展,已经能够实际应用到很多需要无线数据传输领域,也为温度采集传输及监控提供了一个新数据通信方法。

温度传输实时性和可靠性成了设计远程数据采集系统关键。

1.2课题设计意义

本文对GSM远程温度监测系统硬件和软件设计进行说明。温度检测采取DS18B20,很适适用于多点、恶劣环境下温度监测系统。系统进行温度数据实时监测,监测数据精度高, 系统操作简单,而且可应用于有线网络设备无法抵达地方,实现了温度监测自动化智能化,含有成本低廉分布灵活,实时在线优点。 GSM模块利于系统集成,成本较低, 运行稳定可靠,适适用于远距离监测,不受地形条件限制,有着广泛应用前景。系统实现给远程对温度要求提供了方便,而且快捷, 成本不高等,
为农业工业生产带来极大方面。

2.1系统总体结构设计 系统总体设计思绪是温度采集模块将采集到数据经过GPRS模块发送到监控计算机上。温度传感器把室内温度处剪发送给AT89C51单片机,温度数据经过单片机处理,再由GPRS发送模块发送出去。

经过RS232通信接口连接GPRS模块实现和上位机通信,将数据上传至上位机,实现在上位机中对室内温度远程分析、管理。

温度传感器	AT89C51	GPRS发送模块	GPRS网络
现场温度

PC上位机 GPRS接收模块

图2-1 系统总体框图

2.2温度采集模块设计

在 设 计 中 , 温 度 采 集 模块 我 使 用 是 美 国

DALLAS企业采取单总线技术生产一个新型数字式温度传感器DS18B20。

2.2.1 DS18B20 介绍

DS18B20和 ,

能够直接读出被测温度而且可依据实际要求经过简单编程实现9～12位数字值读取

,读取DS18B20信息仅需一根总线,总线本身能够向全部挂接

DS18B20芯片提供电源,而不需额外电源。温度测量范围为-55～+125℃,

测量分辨率为0.5℃, 最高可达010625 ℃, 工作电压范围:+ 310～5.5 V。

DS18B20其内部64位光刻ROM是出厂前被光刻好,它由8位产品系列号,

48位产品序号和8位CRC编码组成,DS18B20产品系列号均为28H ,

每个器件48位产品序号各不相同。其中VCC接313V电源,电源端外接一个约为417

kΩ上拉电阻,当总线闲置时,其状态为高电平。

图中低温度系数晶振振荡频率受温度影响很小,
用于产生固定频率脉冲信号送给减法计数器1,
高温度系数晶振随温度改变其振荡频率显著改变,
所产生信号作为减法计数器2脉冲输入,图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生时钟脉冲进行计数,进而完成温度测量。

计数门开启时间由高温度系数振荡器来决定, 每次测量前,首先将-55℃所对应基数分别置入减法计数器1,温度寄存器中,
减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应一个基数值。

减法计数器1对低温度系数晶振产生脉冲信号进行减法计数,
当减法计数器1预置值减到0时,温度寄存器值将加1,
减法计数器1预置将重新被装入,
减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生脉冲信号进行计数,
如此循环直到减法计数器2计数到0时,停止温度寄存器值累加,此时温度寄存器中数值即为所测温度。
直至温度寄存器值达成被测温度值。

另外,因为DS18B20单线通信功效是分时完成,它有严格时隙概念,
所以读写时序很关键系统对DS18B20多种操作必需按协议进行。操作协议为:初始化DS18B20(发复位脉冲)→发ROM功效命令→发存放器操作命令→处理数据。

频率累加器

预置	减法计数器	计数比较器
低温度系数振荡器		预置

增加

减到0 温度寄存器

停止

高温度系数振荡器

减法计数器2

减到0

图2-2 测温原理图

2.2.3 温度传感器接口电路设计

vcc
AT89C51
DS18B20

GND

R 4.7K

VCC

D
P10

图2-3DS18B20温度采集电路

AT89C51是一个带4K字节闪烁可编程可擦除只读存放器低电压、高性能CMOS

8位微处理器。该器件采取ATMEL高密度非易失存放器制造技术制造,

因为将多功效8位CPU和闪烁存放器组合在单个芯片中,

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一个灵活性高且价廉方案。

单片机外围电路关键包含时钟电路和复位电路。

a．关键特征:和MCS-51兼容;4K字节可编程闪烁存放器;寿命:

1000写/擦循环;数据保留时间:; 全静态工作:0Hz-24Hz; 三级程序存放器锁定;

128*8位内部RAM;32可编程I/O线;两个16位定时器/计数器;5个中止源;

可编程串行通道;低功耗闲置和掉电模式;片内振荡器和时钟电路。

b．管脚说明:
5 6 P13 P14 P03 P04 35 34
7 8 P15 P16 P17 P05 P06 P07 33 32

9 RESETP20 21

10
11

12 RXD TXD P21 P22 P23 P24 22 23 24 25 26
1314 15 16 INT0 INT1 T0 T1 WR P25 P26 P27 27 28

17

18

19
RD

X2
EA/VP

ALE/P
31

30
29
GND20
X1 PSEN

AT89C51

VCC:供电电压。

GND:接地。

P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存放器,它能够被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必需被拉高。

P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是因为内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为低八位地址接收。

P2口:P2口为一个内部上拉电阻8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,

并所以作为输入时,P2口管脚被外部拉低,将输出电流。这是因为内部上拉缘故。
输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。

当对外部八位地址数据存放器进行读写时,P2口输出其特殊功效寄存器内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,因为外部下拉为低电平,P3口将输出电流（ILL）这是因为上拉缘故。

P3口也可作为AT89C51部分特殊功效口,以下表所表示:口管脚备选功效
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）

P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存放器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存放器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收部分控制信号。

要保持RST脚两个机器周期高电平时间。

地址锁存许可输出电平用于锁存地址地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率1/6。所以它可用作对外部输出脉冲或用于定时目标。

然而要注意是:每当用作外部数据存放器时,将跳过一个ALE脉冲。

如想严禁ALE输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在实施MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。
每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存放器时,这两次有效/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存放器（0000H-FFFFH）,不管是否有内部程序存放器。注意加密方法1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存放器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1:反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。

XTAL2:来自反向振荡器输出。

使得瞬间RST端电位和Vcc相同,伴随电容上储能增加,电容电压也增大,充电电流降低,RESET端电位逐步下降。这么在RST端就会建立一个脉冲电压,调整电容和电阻大小可对脉冲连续时间进行调整。

RST引脚是复位信号输入端。复位信号是高电平有效。高电平有效连续时间应为24个振荡周期以上。若时钟频率为6MHz,则复位信号最少应连续4微秒以上,才能够使单片机复位。此次设计中采取按键复位方法进行复位操作。以下图2-5所表示。

S1

V CC

AT89C51

R1+ C1
200 10uF

2.3.3 单片机时钟电路

单片机时钟电路就是提供单片机内部多种操作时间基准电路,

采取由内部方法产生时钟方法形成时钟电路,具体图所表示。

内部方法:在XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作定时组件,内部反相放大器自激振荡,产生时钟。时钟发生器对振荡脉冲二分频,即若石英频率fosc＝6MHz,则时钟频率＝3MH2,所以,时钟是一个双相信号,由P1相和P2相组成。fosc可在2MHZ—12MHZ选择。小电容能够取30PF左右。

C 8

AT89C51

X2

33pFY1

C9 12MHZ

X1

33pF

图2-6时钟电路

2.3.4 单片机外围电路设计

图2-7是单片机外围电路,关键包含晶振电路、复位电路、采集电路。

图中, C1、C2和Y1和单片机XTAL1、 XTAL2管教相连,组成时钟电路,C3、
单片机选择AT89C51,采集电路中传感器用DS18B20数字温度传感器。

单片机依据温度传感器输入,形成输出。这就是输入部分电路图设计。

VCC

AT89C51

1

10uF

R

200 1
S 1

2.4 通信电路设计

2.4.1 GPRS DTU介绍

是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据经过无线通信网络

进行传送无线终端设备。GPRSDTU就是用GPRS网络来传输数据设备,

它采取工业级嵌入式处理器,内嵌TCP/IP协议栈。为用户提供高速,稳定可靠,

数据终端永远在线,多个协议转换虚拟专用网络。

提供全透明数据通道,能够方便实现远程、无线、网络化通信方法。

能使用移动电话地方就能够使用）组网灵活快捷（安装即可使用）、

运行成本低（按流量计费）等很多优点。可应用于电力系统、工业监控、

交通管理、气象、水处理、环境监控、金融证券、煤矿、石油等行业。

ZWG-23A结构特点
支持数据透明传输和协议转换
支持备用数据中心
支持点对点互连功效
支持APN 虚拟专网业务
支持数据中心动态域名或IP地址访问
支持短信和电话唤醒功效
支持永远在线、空闲下线和空闲掉电三种工作方法 支持当地和远程图形化界面配置和维护
支持短信配置和维护
支持当地和远程固件升级
RS232DB9 串口,含有流控信号线和上线指示信号线
支持数据中心虚拟串口功效,无缝衔接现有上位机软件
支持5V～26V 宽范围供电
工作电流最大300mA 、在线待机电流≤31mA、休眠时≤14mA
多重软硬件可靠设计,复合式看门狗技术, 使设备安全运行

2.4.3 串口通信电路

为了提升串行通信可靠性,增大通信距离,通常采取标准串行接口、RS-232C、RS．422A等标准接口来进行串行通信。EIARS-