基于STC單片機的GPRS數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、目 錄1前言.12系統(tǒng)功能分析及設(shè)計要求.13系統(tǒng)總體設(shè)計方案.23.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu).23.2 GPRS 模塊與系統(tǒng)的連接.34主要應(yīng)用器件及技術(shù)原理.44.1 微處理器介紹 .44.2 AT89C51 單片機串行通信原理.54.3 GPRS 通信原理.75系統(tǒng)硬件電路設(shè)計.85.1 主機 PCB 原理圖 .85.2 GPRS 模塊 PCB 原理圖.105.3 晶振及系統(tǒng)復(fù)位電路 .105.4 報警顯示電路 .115.5 液晶顯示電路 .126系統(tǒng)軟件設(shè)計.126.1 系統(tǒng)軟件流程圖 .126.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .137程序燒錄與仿真.168總結(jié)與展望.179致謝.1810參考文獻(xiàn).19基于單片

2、機的基于單片機的 GPRSGPRS 數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)設(shè)計1前言隨著信息技術(shù)和近代工業(yè)的發(fā)展，需要對很多數(shù)據(jù)進行實時采集、分析處理。如何及時準(zhǔn)確地獲取信息顯得越來越重要，然而對于一些設(shè)備設(shè)施分布地域廣或是環(huán)境惡劣的場所，數(shù)據(jù)的采集、傳輸和控制相當(dāng)復(fù)雜，不便于用傳統(tǒng)方法實現(xiàn)集中控制和實時監(jiān)測并且有線網(wǎng)絡(luò)的架設(shè)受到種種限制，不利于現(xiàn)場處理信息。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸設(shè)備既耗費大量的人力物力，又無法避免手工抄寫和計算帶來的差錯，現(xiàn)有的一些數(shù)據(jù)傳輸方法如利用電話線、電力載波等存在著諸多的問題，如覆蓋范圍小，線路維護量大，電力載波上噪聲污染致使通信不可靠等。于是便要求將采集的數(shù)據(jù)通過GP

3、RSR 的無線網(wǎng)絡(luò)通信傳到遠(yuǎn)程的計算機上，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端儀器通過網(wǎng)絡(luò)與計算機通信，以實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。這樣大大減少了數(shù)據(jù)采集、分析和處理的難度。本課題基于 STC 單片機的 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計，是利用 GPRS 這種經(jīng)濟高效的分組數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)即時數(shù)據(jù)的傳輸，他不但具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，抗干擾能力強，通信速度快，誤碼率低等優(yōu)點，而且用戶只需在傳輸數(shù)據(jù)時按照流量進行付費，無需像電路交換方式那樣對整個鏈路占用期間都付費，這樣就大大降低了用戶的使用費用，具有很大的發(fā)展前景。因此，本課題是非常有意義的。2系統(tǒng)功能分析及設(shè)計要求一個很好的呼叫系統(tǒng)，它的功能設(shè)計首先要符合用戶的習(xí)慣，同時操作方

4、便，易學(xué)，易用。本系統(tǒng)應(yīng)包括數(shù)據(jù)處理，存儲，傳輸，控制，人機界面顯示等功能。對于一些設(shè)備設(shè)施分布地域廣或是環(huán)境惡劣的場所，數(shù)據(jù)的采集、傳輸和控制相當(dāng)復(fù)雜，不便于現(xiàn)場處理信息。本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端儀器可以通過 GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)與計算機通信，以實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。這樣大大減少了數(shù)據(jù)采集、分析和處理的難度。考慮到相關(guān)工作人員可能有特殊的情況離開監(jiān)控中心，設(shè)計時候要求若發(fā)生異常情況應(yīng)通過短信報警通知相關(guān)負(fù)責(zé)人。同時要求主機能夠存儲報警記錄、即有歷史報警記錄?？紤]到同時采集不同類型的數(shù)據(jù)，例如現(xiàn)場濃度或溫度，設(shè)計時要盡量配置多個通道以監(jiān)控不同類型的數(shù)據(jù)。整個電路要求以 STC 系列單片機為控制核

5、心，以 GPRS 通信方式傳輸數(shù)據(jù)。要求所設(shè)計方案可以用硬件實現(xiàn)，具有很高的應(yīng)用價值，同時準(zhǔn)確、可靠、簡便可行、利于推廣，可以將安裝現(xiàn)場的情況實時快速的傳遞給監(jiān)控平臺，并在監(jiān)控中心記錄信息。從而可以有效提高數(shù)據(jù)采集、分析和處理的效率，適應(yīng)現(xiàn)代社會需求。3系統(tǒng)總體設(shè)計方案3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)UART0GPRS 模塊UART1外部傳感器SDRAMFLASHLCD 顯示USBJTAG 接口AT89C51監(jiān)測中心圖 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 3.1 所示，設(shè)計采用 AT89C51 單片機智能控制，此系列單片機具有1 個時鐘/機器周期 8051，超強加密，高速高可靠，低功耗，價錢超低，并且強抗靜電，

6、強抗干擾等多項優(yōu)點。單片機是系統(tǒng)的核心，要完成數(shù)據(jù)處理，存儲，傳輸，人機界面顯示等功能。這此功能的實現(xiàn)可用 AT89C51 系列單片機。該單片機中包含中央處理器（CPU）,程序存儲器（FLASH） ，數(shù)據(jù)存儲器（SRAM） ，定時/計數(shù)器，UART0/1 串口，I/O 接口，高速 AD轉(zhuǎn)換，SPI 接口，PCA，看門狗及片內(nèi) R/C 振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。STC12C5A60S2 系列單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所在單元模塊，可稱上一個片上系統(tǒng)。設(shè)計采用 MAX232 芯片實現(xiàn)系統(tǒng)電路的電平轉(zhuǎn)換。MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS-232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電

7、平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V 單電源供電。MAX232 符合所有的 RS-232 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V 和-10V 電壓，典型供電電流 5mA，功耗低，同時內(nèi)部集成了 2 個 RS-232C 驅(qū)動器，高度集成片外只需 4 個電容即可工作。其引腳主要分三個部分，第一部分是電荷泵電路，第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，MAX232 有兩個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成 RS-232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、T2OUT 送到電腦 DB9 插頭；DB9 插頭的 RS-232 數(shù)據(jù)從 R1IN、R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從

8、 R1OUT、R2OUT 輸出。第三部分是供電。 3.2 GPRS 模塊與系統(tǒng)的連接AT89C51GPRS模塊SIM 卡座3.3VRS232RWRST圖 3.2 GPRS 模塊連接圖GPRS 模塊連接圖如圖 3.2 所示，GPRS 模塊選用 SIM300 模塊，它是一款GSM/GPRS 無線模塊。模塊接口簡單、使用方便且功能強大。它支持標(biāo)準(zhǔn)的 AT 命令及增強 AT 命令。SIM300 能夠提供 GPRS 多信道類型多達(dá) 10 個，并支持四種 GPRS編碼方案。模塊與移動應(yīng)用設(shè)備 SIM300 內(nèi)部功能模塊有：鍵盤和 SPI 類型的 LCD 接口，方便用戶開發(fā)自己應(yīng)用設(shè)備；具有調(diào)試和數(shù)據(jù)輸出兩

9、個串口；雙音頻通信，包含兩個麥克風(fēng)輸入和兩個話筒輸出，由 AT 指令配置其工作模式。GPRS 模塊采用 3.3V 電源供電，通過 RS232 串行接口與單片機實現(xiàn)通信連接。4主要應(yīng)用器件及技術(shù)原理4.1 微處理器介紹4.1.1 AT89C51 單片機的特點（1）在系統(tǒng)可編程，可遠(yuǎn)程升級且小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。能組裝成各種智能式測控設(shè)備及智能儀器儀表。（2）高速高可靠，超強加密，應(yīng)用范圍廣。單片機芯片本身強抗靜電，強抗干擾，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，功耗低。這是其他系列單片機無法比擬的。（3）易擴展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強。單片機的邏輯控制功能很強，指令系統(tǒng)有各種控制功能指

10、令，可以對邏輯功能比較復(fù)雜的系統(tǒng)進行控制。（4）具有通訊功能，可以很方便地實現(xiàn)多機和分布式控制，形成控制網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程控制。正是由于 STC 系列單片機具有以上優(yōu)點，所以成為本次畢業(yè)設(shè)計所選用的處理器。4.1.2 AT89C51 單片機的結(jié)構(gòu)從工作原理上講，單片機就是一種微型計算機，是一種“程序存儲式”計算機。它是在一塊硅片上集成了中央處理器（CPU）、隨機存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM或 EPROM）、定時/計數(shù)器以及各種 I/O 接口，也就是集成在一塊芯片上的計算機。STC12C5A60S2 系列單片機是宏晶科技的單時鐘/機器周期(1t)的單片機。STC12C5A60S2系列單片機是宏晶

11、科技的單時鐘/機器周期(1t)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 8-12 倍。內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換(250k/s),針對電機控制，強干擾場合。同時，此系列單片機支持 ISP（在系統(tǒng)可編程）和 ICP（在應(yīng)用可編程） ，無需專用編程器，無需專用仿真器。可通過串口（P3.1/P3.2）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成硬件電路的程序燒錄，高效可靠，且可反復(fù)燒寫擦除多次，大大減少研究成本。單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖 4.1 AT89C51 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.2

12、AT89C51 單片機串行通信原理4.2.1 AT89C51 單片機串行通信AT89C51 系列單片機是具有 2 個采用 UART（Universal Asynchronous Receiver /Transmitter）工作方式的全雙工串行通信接口（串口 1 和串口 2） 。每個串行口由 2 個數(shù)據(jù)緩沖器、一個移位寄存器、一個串行控制寄存器和一個波特率發(fā)生器等組成。每個串行口的數(shù)據(jù)緩沖器由 2 個相互獨立的接收、發(fā)送緩沖器構(gòu)成，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖器只能寫入而不能讀出，接收緩沖器只能讀出而不能寫入，因而兩個緩沖器可以共用一個地址碼。STC 系列單片機串行口 1 對應(yīng)的硬件部分是

13、RxD/P3.0(串行數(shù)據(jù)接收端)和TxD/P3.1(串行數(shù)據(jù)發(fā)送端)引腳，串行口 2 對應(yīng)的硬件部分是 RxD2 和 TxD2。此系列單片機的串行通信口除了用作數(shù)據(jù)通信外，還可以構(gòu)成一個或多個并行 I/O 口，或作串-并轉(zhuǎn)換，或用于擴展串行外設(shè)。本設(shè)計串行口采用工作方式一，用定時器一工作在方式 2 做為波特率發(fā)生器，為可變的 10 位異步通信接口方式。發(fā)送或接收一幀信息，包括 1 個起始位 0，8 個數(shù)據(jù)位，1 個奇偶校驗位和 1 個停止位 1。圖 4.2 是異步通信的字符幀格式：DDDDDDDD012345670/1 10100/1nn-1n+18 DD01.(a)DDDDDDDD0123

14、45670/1 11101nn+18 DD01.(b)110圖 4.2 異步通信字符幀格式輸出當(dāng) CPU 執(zhí)行一條指令將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖 SBUF 時，就啟動發(fā)送。串行數(shù)據(jù)從TxD 管腳輸出，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，就由硬件置位 TI。 輸入 在（REN）=1 時，串行口采樣 RxD 管腳，當(dāng)采樣到 1 至 0 的跳變時，確認(rèn)是開始位 0，就開始接收一幀數(shù)據(jù)。只有當(dāng)（RI）=0 且停止位為 1 或者（SM2）=0 時，停止位才進入 RB8，8 位數(shù)據(jù)才能進入接收寄存器，并由硬件置位中斷標(biāo)志 RI；不然信息丟失。所以在方式 1 接收時，應(yīng)先用軟件清零 RI 和 SM2 標(biāo)志。4.2.2 單片機通信連接

15、本系統(tǒng)設(shè)計采用的是 GPRS 通信連接方式，GPRS 是基于 GMS 提供的通用分組無線業(yè)務(wù)。采用基于分組傳輸模式的無線 IP 技術(shù)，以一種有效的方式高速傳送數(shù)據(jù)。GPRS 支持 Internet 上應(yīng)用最廣泛的 TCP/IP 協(xié)議和 X.25 協(xié)議，為網(wǎng)絡(luò)終端分配動態(tài)的 IP 地址，通過 GGSN 接入 Internet，用戶可以直接訪問 Internet 站點。數(shù)據(jù)傳輸通過 PDCH信道，具有很高的傳輸速率和更少的費用。傳輸速率理論上最高達(dá) 171.2kbit/s,具有永遠(yuǎn)在線和收費低廉的優(yōu)點。數(shù)據(jù)采集模塊AT89C51監(jiān)測中心GPRS 模塊GPRS 網(wǎng)絡(luò)InternetRS232SPI圖

16、 4.3 單片機的通信連接原理圖4.3 GPRS 通信原理4.3.1 GPRS 介紹GPRS 是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有 GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為 GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS 采用與 GSM 同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的 TDMA 幀結(jié)構(gòu)，這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)從一開始就可提供全面的 GPRS 覆蓋。GPRS 允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用

17、電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS 理論帶寬可達(dá) 171.2Kbit/s，實際應(yīng)用帶寬大約在 40-100Kbit/s，在此信道上提供 TCP/IP 連接，可以用于 Internet 連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用2。 GPRS 是一種新的移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線 IP 或 X.25 服務(wù)。GPRS 采用分組交換技術(shù)，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá) 160Kb

18、ps。使用 GPRS 技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠(yuǎn)在線且按流量計費，迅速降低了服務(wù)成本。4.3.2 串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)及其接口連接在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信主要采用異步串行通信6。在設(shè)計通信接口時，必須根據(jù)需要選擇標(biāo)準(zhǔn)接口，并考慮傳輸介質(zhì)、電平轉(zhuǎn)換等問題。采用標(biāo)準(zhǔn)接口后，能夠方便地把單片機和外設(shè)、測量儀器等有機地連接起來，從而構(gòu)成一個測控系統(tǒng)。同樣當(dāng)我們需要單片機和 PC 機通信時，通常采用 RS-232 接口進行電平轉(zhuǎn)換。圖 4.4 AT89C51 單片機串口通信電路圖RS-232C 是使用最早、應(yīng)用最多的一種異步串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)。它是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）1962 年公布、19

19、69 年最后修定而成的。其中 RS 表示 Recommended Standard，232 是該標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識號，C 表示最后一次修定。RS-232C 主要用來定義計算機系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）之間的電氣性能。由于 STC 系列單片機本身有一個全雙工的串行接口，因此該系列單片機用 RS-232C 串行接口總線非常方便。RS-232C 不能和 TTL 電平直接相連，使用時必須進行電平轉(zhuǎn)換。否則將使 TTL 電路燒壞，實際應(yīng)用時必須注意。4.3.3 AT89C51 單片機與 GPRS 通信單片機將采集到的數(shù)據(jù)寫入 SBUF 寄存器，經(jīng)過 MAX232 電平轉(zhuǎn)換后，將

20、信號串行傳輸給 GPRS 模塊 SIM3004。數(shù)據(jù)經(jīng) SGSN 封裝后，SGSN 通過 GPRS 骨干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點 GGSN 進行通信。GGSN 對分組數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到監(jiān)測中心。監(jiān)測中心幀聽到呼叫信息后，將呼叫記錄錄入管理系統(tǒng)，它記錄呼叫時間，次數(shù)以及是否處理、處理結(jié)果。圖 4.4 為單片機的串口通信電路圖。5系統(tǒng)硬件電路設(shè)計5.1 主機原理圖主機以 AT89C51 為控制核心。主機原理圖如圖 5.1 所示。圖 5.1 主機原理圖5.2 GPRS 模塊部分原理圖 設(shè)計采用 SIM300 作為 GPRS 傳輸模塊。GPRS 模塊部分原理圖如圖 5.2 所示。 圖 5.2 GPR

21、S 模塊部分原理圖5.3 晶振及系統(tǒng)復(fù)位電路晶振電路如圖 5.3 所示，XTAL1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時鐘頻率就為 6MHz。晶振的頻率可以在 1MHz-24MHz 內(nèi)選擇。電容取 30PF 左右。本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式，串行通信采用波特率 9600，晶振選用 22.1184MHz。復(fù)位電路如圖 5.4 所示，在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24 個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時，將使單片機復(fù)位，只要這個腳保持高電平，

22、芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后 P0P3 口均置 1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 ROM 的 00H 處開始運行程序。 圖 5.3 晶振內(nèi)部方式 圖 5.4 復(fù)位電路5.4 報警顯示電路報警顯示電路如圖 5.5，此時單片機可以查詢到該芯片的序列號，然后經(jīng)計算得到相應(yīng)的報警信息，然后通過無線通信傳回給數(shù)據(jù)中心。同樣記錄復(fù)位和查詢電路設(shè)計是一樣的原理。圖 5.5 報警顯示電路5.5 液晶顯示電路隨著單片機應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜化及液晶顯示技術(shù)的發(fā)展，LCD 顯示逐步代替了 LED顯示成為當(dāng)前單片機應(yīng)用系統(tǒng)中最常見的一種顯示方式。設(shè)計中顯示模塊

23、采用帶中文字庫的 HS12864-15 液晶顯示模塊。該模塊是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線串口多種接口方式工作，內(nèi)部含有國家一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊：其顯示分辯率為 12864，內(nèi)置 8192 個 16*16 點和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。4*8行 16*16 點陣的漢字或 16*4 行 16*8 點陣的 ASCII 碼字符，還可完成圖形顯示。為保證單片機與 LCD 顯示器能正常通信，LCD 的數(shù)據(jù)線直接與單片機的 P0 口連接，采集外部數(shù)據(jù)信號用 P1。液晶

24、顯示模塊串口接線圖如下圖所示：圖中 BLK 與 BLA 之間10K 可調(diào)電阻，用于調(diào)節(jié)液晶顯示亮度。 圖 5.6 單片機控制液晶顯示電路圖6系統(tǒng)軟件設(shè)計6.1 系統(tǒng)軟件流程圖系統(tǒng)軟件程序流程圖如圖 6.1 所示，首先系統(tǒng)對 PPP 連接所使用的物理串口進行初始化，然后， GPRS 模塊直接使用 AT 指令請求 GPRS 服務(wù)，撥號到中國移動的 GPRS節(jié)點服務(wù)器（GGSN）。若撥號成功，就與網(wǎng)絡(luò)協(xié)商 PPP 協(xié)議，包括確定用于 PPP 連接的串行端口號以及通信波特率等相關(guān)問題。若協(xié)商成功就建立數(shù)傳鏈路開始傳輸數(shù)據(jù)。反之，則返回上一步，重新開始撥號任務(wù)并建立數(shù)傳鏈路。如此循環(huán)直至數(shù)據(jù)成功傳送。開

25、始系統(tǒng)初始化向 GPRS 模塊發(fā)送 AT 指令請求 GPRS 服務(wù)進行 PPP 協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)撥號成功？協(xié)商成功？結(jié)束NONOYESYES圖 6.1 系統(tǒng)軟件程序流程圖6.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計即在開發(fā)環(huán)境準(zhǔn)備好的基礎(chǔ)上進行應(yīng)用程序的編寫，包括完成上位機監(jiān)控中心的程序設(shè)計，GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)連接，界面顯示程序等。6.2.1 上位機監(jiān)控中心的設(shè)計 監(jiān)控中心的功能是 GPRS 信息的接收和保存。設(shè)計語言采用 Microsoft 公司的Visual C 編程語言。Visual C 語言應(yīng)用靈活，功能強大，對網(wǎng)絡(luò)編程和數(shù)據(jù)庫有強大的支持。通過 GPRS，監(jiān)控平臺可以直接訪問互聯(lián)網(wǎng)，所以監(jiān)控平臺并

26、不需要設(shè)置 GPRS 模塊。中心只需要通過中心軟件幀聽網(wǎng)絡(luò)，接收 GPRS 無線模塊傳來的 UDP 協(xié)議的 IP 數(shù)據(jù)包和發(fā)送上位機控制信息，以實現(xiàn)與 GPRS 終端的 IP 協(xié)議通信。接收到信息要保存到中心數(shù)據(jù)庫中，以備查詢歷史記錄。數(shù)據(jù)庫采用 Access, VC 編制的界面窗口通過 AD0 訪問 Access 中的數(shù)據(jù)。6.2.2 GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接 GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接1任務(wù)主要是完成通過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)建立與上位機的數(shù)據(jù)傳輸鏈路的過程。啟動 SIM300 后，首先，需對 PPP 連接所使用的物理串口進行初始化，包括確定用于 PPP 連接的串行端口號以及通信波特率。然后，直接使用 AT

27、指令，撥號到中國移動的 GPRS 節(jié)點服務(wù)器（GGSN）。使用以下幾條燈指令使 SIM300 進入數(shù)據(jù)通訊狀態(tài)：“AT+CGATT?”用于查詢 SIM300 是否已附著于中國移動的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)，SIM300 將返回當(dāng)前狀態(tài)；“AT+CGATT=1”用于設(shè)置 SIM300 附著于中國移動的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)，操作成功 SIM300將返回 OK； “AT，+CGDCONT=1”，“IP”，“CMNET”用于設(shè)置中國移動的 GPRS 節(jié)點服務(wù)器的名稱和屬性，操作成功則返回 OK；“AT%ETCPIP”用于實現(xiàn) PDA 激活和 TCP/IP 的初始化，使模塊進入 TCP/IP 功能，操作成功則返回

28、OK； “AT%IOMODE=0，2，0”設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸模式，操作成功則返回 OK； “AT%IPOPEN=1，TCP，115.24.116.19,5000,1026”打開一條 TCP/IP 鏈路，選擇 TCP 傳輸，115.24.116.19 是上位機的 IP 地址，5000 為上位機接受程序端口號，成功與上位機連接返回 CONNECT。另外模塊還具有數(shù)據(jù)透傳功能，數(shù)據(jù)透明傳輸功能將實現(xiàn) TCP/IP 上直接數(shù)據(jù)傳輸，進入透傳模式的 AT 指令是：“AT%TPS=1,1,3000,1024”,進入透傳模式后模塊將不會相應(yīng)其它 AT 指令，直接通過串口寫入數(shù)據(jù)便可實現(xiàn)與上位機之間的數(shù)據(jù)傳輸。以上

29、使模塊附著在 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的過程封裝在 gprsConnect()函數(shù)中。PPP 配置，認(rèn)證通過以后，即應(yīng)用程序就已經(jīng)通過 SIM300 成功進入了 Internet 網(wǎng)絡(luò)。最后，通過變量 GPRSOK=1 指示 GPRS 撥號成功并建立數(shù)傳狀態(tài)。在 run()程序中隔一段時間判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，若網(wǎng)絡(luò)斷開則變量 GPRSOK=0,并調(diào)用 gprsConnect()函數(shù)開始撥號任務(wù)重新建立數(shù)傳鏈路。6.2.3 界面顯示模塊 界面顯示由兩部分組成，一是實時顯示各模塊的采集數(shù)據(jù)及一定時間以內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)；二是顯示 GPRS 模塊設(shè)置界面，通過這個界面設(shè)置串口參數(shù)、設(shè)置數(shù)據(jù)采集時間間隔、設(shè)置主機

30、IP 地址及端口號、發(fā)送 AT 指令、回顯模塊返回信息等。編寫界面設(shè)計文件，其中串口參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)連接和 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸封裝成相應(yīng)的子函數(shù)。當(dāng)捕捉到相應(yīng)的信號來便執(zhí)行對應(yīng)的函數(shù)。SPI 模塊接收底層數(shù)據(jù)采集模塊的各種數(shù)據(jù)，顯示到界面并編碼通過 GPRS 通道傳輸?shù)缴衔粰C，GPRS 返回的一些重要信息也需顯示到 LCD界面上。6.2.4 報警信息void baojing( ) /報警程序 uint i,j; for(j=0;j12;j+) for(i=0;i10;i+) P22=1; delay_ms(1.2); P22=0; delay_ms(1.2); for(i=0;i10;i+) P

31、22=1; delay_ms(2); P22=0; delay_ms(2); 當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，單片機提取不同的輸入信號，進行相應(yīng)的軟件操作，發(fā)送報警短信，并記錄報警事件。系統(tǒng)允許查詢已發(fā)生過任意時間段的報警信息，通過設(shè)置開始和結(jié)束日期來確定時間段，能準(zhǔn)確反映出報警時間、所屬站點、報警值、實際值等信息，方便對異常站點的追蹤和維護。報警信息反應(yīng)輸出在發(fā)光二極管上。在無報警事件時，響應(yīng)上位機的數(shù)據(jù)召喚。也可以通過控制循環(huán)的次數(shù)來控制報警提示的次數(shù)和長短。6.2.5 歷史記錄存儲 在監(jiān)測平臺的上位機主程序中定義一個 store 數(shù)組，存儲空間大小為 N 個存儲單元，數(shù)組初值都是液晶管顯示數(shù)據(jù)“0”。

32、上位機中只要接到呼叫信號就存儲起來，數(shù)組采取循環(huán)存儲，最多一次可以存儲呼叫記錄可以自己設(shè)置，超過部分將依次覆蓋前面的歷史記錄。系統(tǒng)允許查詢?nèi)我恻c的歷史數(shù)據(jù)，讓用戶能輕松了解歷史狀態(tài)。當(dāng)有異常發(fā)生過可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)找到異常發(fā)生的準(zhǔn)確時間和可能原因，使監(jiān)測點的維護變的更簡單方便。歷史數(shù)據(jù)查詢可以選擇起始、截至?xí)r間和每兩個數(shù)據(jù)之間的時差（步長） ，并可以精確到一天中的幾點，讓你能準(zhǔn)確查詢到任意一時間段的歷史數(shù)據(jù)。7程序燒錄與仿真仿真調(diào)試首先需要在電腦上安裝虛擬串口軟件，然后用串口輔助仿真工具進行仿真，具體可以用串口軟件向終端發(fā)送呼叫信號，查看終端的接受情況，以此來檢查終端的系統(tǒng)性能。以下是具體的程序

33、燒錄步驟10：1.選擇你的使用的單片機型號，如此系統(tǒng)用的就是 AT89C51；2.打開文件，要燒錄用戶程序，必須調(diào)入用戶的程序代碼（*.hex,*.bin）; 3.選擇串行口，你所使用的電腦串行口，如串行口 1-COM1，串行口 2-COM2，4.選擇“Download/下載”按鈕下載用戶的程序進單片機內(nèi)部，可重復(fù)執(zhí)行。 下載時注意看提示，主要看是否要給單片機上電或復(fù)位，下載速度比一般通用編程器快。一定要先選擇“Download/下載”按鈕，然后再給單片機上電復(fù)位（先徹底斷電），而不要先上電，先上電，檢測不到合法的下載命令流，單片機就直接跑用戶程序了。 圖 7.1 AT89C51 單片機的在系統(tǒng)編程 關(guān)于硬件連接：1.MCU/單片機 RXD(P3.0)-RS-232 轉(zhuǎn)換器-PC/電腦 TXD(COM Port Pin3)2.MCU/單片機 TXD(P3.1)-RS-232 轉(zhuǎn)換器-PC/電腦 RXD(COM Port Pin2)3.MCU/單片機 GND -RS-232 轉(zhuǎn)換器-PC/電腦 GN