基于STC单片机的GPRS数据传输控制系统的设计.doc
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1、目 录1前言12系统功能分析及设计要求13系统总体设计方案23.1系统结构23.2 GPRS模块与系统的连接34主要应用器件及技术原理44.1 微处理器介绍44.2 STC单片机串行通信原理54.3 GPRS通信原理75系统硬件电路设计85.1主机PCB原理图85.2 GPRS模块PCB原理图105.3 晶振及系统复位电路105.4 报警显示电路115.5 液晶显示电路126系统软件设计126.1 系统软件流程图126.2 系统软件设计137程序烧录与仿真168总结与展望179致谢1810参考文献19基于STC单片机的GPRS数据传输控制系统设计(湖北师范学院教育信息与技术学院 中国 黄石 4
2、35002)摘要: 本文主要应用移动的GPRS网络通信技术,研究了基于STC单片机的一种可靠的数据传输控制系统,实现远程数据的传输。它不但能够有效地传送现场信息,而且能通过液晶屏完成人机交互功能,然后将处理好的数据通过GPRS无线网络传输给上位机以实现实时远程监控。还可以通过短信形式上报报警信息并存储报警信息,以备查询历史记录。该系统具有结构简单、成本低、实时性好,适用范围广、布线施工方便易于维护等特点,具有广阔的应用前景。关键词: STC单片机 GPRS通信 数据传输 实时监控中图分类号:TP36STC MCU Based GPRS Data Transmission Control Sys
3、tem Design (College of Educational Information and Technology, Hubei Normal University, Huangshi,Hubei, 435002)Abstract: This article mainly used mobile communication technology GPRS networks, Studied a reliable data transmission control system for the remote data transmission based on the single ch
4、ip microcomputer STC. It can not only effectively transmit the information, but also through the LCD screen man-machine interactive function complete, then will handle the good data through the GPRS wireless network transmission to the PC to realize real-time remote monitoring. Whats more, it can th
5、rough the text messages and store information report form alarm warning message for inquires the history. The system has simple structure, low cost and good real-time performance, large application range, which has wide application prospects.Keywords: STC; GPRS Communication; Data transmission; Real
6、-time monitoring湖北师范学院教育信息与技术学院2012届学士学位论文(设计)基于STC单片机的GPRS数据传输控制系统设计(湖北师范学院 教育信息与技术学院 中国 黄石 435002)1前言随着信息技术和近代工业的发展,需要对很多数据进行实时采集、分析处理。如何及时准确地获取信息显得越来越重要,然而对于一些设备设施分布地域广或是环境恶劣的场所,数据的采集、传输和控制相当复杂,不便于用传统方法实现集中控制和实时监测并且有线网络的架设受到种种限制,不利于现场处理信息。传统的数据采集和传输设备既耗费大量的人力物力,又无法避免手工抄写和计算带来的差错,现有的一些数据传输方法如利用电话线
7、、电力载波等存在着诸多的问题,如覆盖范围小,线路维护量大,电力载波上噪声污染致使通信不可靠等。于是便要求将采集的数据通过GPRSR的无线网络通信传到远程的计算机上,远程监控终端仪器通过网络与计算机通信,以实现对现场数据的实时监控。这样大大减少了数据采集、分析和处理的难度。本课题基于STC单片机的GPRS数据传输系统的设计,是利用GPRS这种经济高效的分组数据技术实现即时数据的传输,他不但具有网络覆盖范围广,抗干扰能力强,通信速度快,误码率低等优点,而且用户只需在传输数据时按照流量进行付费,无需像电路交换方式那样对整个链路占用期间都付费,这样就大大降低了用户的使用费用,具有很大的发展前景。因此,
8、本课题是非常有意义的。2系统功能分析及设计要求一个很好的呼叫系统,它的功能设计首先要符合用户的习惯,同时操作方便,易学,易用。本系统应包括数据处理,存储,传输,控制,人机界面显示等功能。对于一些设备设施分布地域广或是环境恶劣的场所,数据的采集、传输和控制相当复杂,不便于现场处理信息。本系统的远程监控终端仪器可以通过GPRS无线网络与计算机通信,以实现对现场数据的实时监控。这样大大减少了数据采集、分析和处理的难度。考虑到相关工作人员可能有特殊的情况离开监控中心,设计时候要求若发生异常情况应通过短信报警通知相关负责人。同时要求主机能够存储报警记录、即有历史报警记录。考虑到同时采集不同类型的数据,例
9、如现场浓度或温度,设计时要尽量配置多个通道以监控不同类型的数据。整个电路要求以STC系列单片机为控制核心,以GPRS通信方式传输数据。要求所设计方案可以用硬件实现,具有很高的应用价值,同时准确、可靠、简便可行、利于推广,可以将安装现场的情况实时快速的传递给监控平台,并在监控中心记录信息。从而可以有效提高数据采集、分析和处理的效率,适应现代社会需求。3系统总体设计方案3.1系统结构UART0GPRS模块UART1外部传感器SDRAMFLASHLCD显示USBJTAG接口STC监测中心图3.1系统结构图系统结构图如图3.1所示,设计采用STC12C5A60S2单片机智能控制,此系列单片机具有1个时
10、钟/机器周期8051,超强加密,高速高可靠,低功耗,价钱超低,并且强抗静电,强抗干扰等多项优点。单片机是系统的核心,要完成数据处理,存储,传输,人机界面显示等功能。这此功能的实现可用STC12C5A60S2系列单片机。该单片机中包含中央处理器(CPU),程序存储器(FLASH),数据存储器(SRAM),定时/计数器,UART0/1串口,I/O接口,高速AD转换,SPI接口,PCA,看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C5A60S2系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所在单元模块,可称上一个片上系统。设计采用MAX232芯片实现系统电路的电平转换。MAX232芯片是
11、美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5V单电源供电。MAX232符合所有的RS-232技术标准,片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力,能够产生+10V和-10V电压,典型供电电流5mA,功耗低,同时内部集成了2个RS-232C驱动器,高度集成片外只需4个电容即可工作。其引脚主要分三个部分,第一部分是电荷泵电路,第二部分是数据转换通道,MAX232有两个数据转换通道,TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头;DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1
12、OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。 3.2 GPRS模块与系统的连接STCGPRS模块SIM卡座3.3VRS232RWRST图3.2 GPRS模块连接图GPRS模块连接图如图3.2 所示,GPRS模块选用SIM300模块,它是一款GSM/GPRS无线模块。模块接口简单、使用方便且功能强大。它支持标准的AT命令及增强AT命令。SIM300能够提供GPRS多信道类型多达10个,并支持四种GPRS编码方案。模块与移动应用设备SIM300内部功能模块有:键盘和SPI类型的LCD接口,方便用户开发自己应用设备;具有调试和数据输出两个串口;双音频通信,包含两个麦克风输入和两个话筒输出,由AT指令配置
13、其工作模式。GPRS模块采用3.3V电源供电,通过RS232串行接口与单片机实现通信连接。4主要应用器件及技术原理4.1 微处理器介绍4.1.1 STC单片机的特点(1)在系统可编程,可远程升级且小巧灵活、成本低、易于产品化。能组装成各种智能式测控设备及智能仪器仪表。(2)高速高可靠,超强加密,应用范围广。单片机芯片本身强抗静电,强抗干扰,能适应各种恶劣的环境,功耗低。这是其他系列单片机无法比拟的。(3)易扩展,很容易构成各种规模的应用系统,控制功能强。单片机的逻辑控制功能很强,指令系统有各种控制功能指令,可以对逻辑功能比较复杂的系统进行控制。(4)具有通讯功能,可以很方便地实现多机和分布式控
14、制,形成控制网络和远程控制。正是由于STC系列单片机具有以上优点,所以成为本次毕业设计所选用的处理器。4.1.2 STC 单片机的结构从工作原理上讲,单片机就是一种微型计算机,是一种“程序存储式”计算机。它是在一块硅片上集成了中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、程序存储器(ROM或EPROM)、定时/计数器以及各种I/O接口,也就是集成在一块芯片上的计算机。STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技的单时钟/机器周期(1t)的单片机。STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技的单时钟/机器周期(1t)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8
15、051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250k/s),针对电机控制,强干扰场合。同时,此系列单片机支持ISP(在系统可编程)和ICP(在应用可编程),无需专用编程器,无需专用仿真器。可通过串口(P3.1/P3.2)直接下载用户程序,数秒即可完成硬件电路的程序烧录,高效可靠,且可反复烧写擦除多次,大大减少研究成本。单片机的内部结构如下图所示:图4.1 STC单片机的内部结构4.2 STC单片机串行通信原理4.2.1 STC单片机串行通信STC系列单片机是具有2个采用UART(Universal Asynchronous Receive
16、r /Transmitter)工作方式的全双工串行通信接口(串口1和串口2)。每个串行口由2个数据缓冲器、一个移位寄存器、一个串行控制寄存器和一个波特率发生器等组成。每个串行口的数据缓冲器由2个相互独立的接收、发送缓冲器构成,可以同时发送和接收数据。发送缓冲器只能写入而不能读出,接收缓冲器只能读出而不能写入,因而两个缓冲器可以共用一个地址码。STC系列单片机串行口1对应的硬件部分是RxD/P3.0(串行数据接收端)和TxD/P3.1(串行数据发送端)引脚,串行口2对应的硬件部分是RxD2和TxD2。此系列单片机的串行通信口除了用作数据通信外,还可以构成一个或多个并行I/O口,或作串-并转换,或
17、用于扩展串行外设。本设计串行口采用工作方式一,用定时器一工作在方式2做为波特率发生器,为可变的10位异步通信接口方式。发送或接收一帧信息,包括1个起始位0,8个数据位,1个奇偶校验位和1个停止位1。图4.2是异步通信的字符帧格式:图4.2 异步通信字符帧格式输出当CPU执行一条指令将数据写入发送缓冲SBUF时,就启动发送。串行数据从TxD管脚输出,发送完一帧数据后,就由硬件置位TI。 输入 在(REN)=1时,串行口采样RxD管脚,当采样到1至0的跳变时,确认是开始位0,就开始接收一帧数据。只有当(RI)=0且停止位为1或者(SM2)=0时,停止位才进入RB8,8位数据才能进入接收寄存器,并由
18、硬件置位中断标志RI;不然信息丢失。所以在方式1接收时,应先用软件清零RI和SM2标志。4.2.2 单片机通信连接本系统设计采用的是GPRS通信连接方式,GPRS是基于GMS提供的通用分组无线业务。采用基于分组传输模式的无线IP技术,以一种有效的方式高速传送数据。GPRS支持Internet上应用最广泛的TCP/IP协议和X.25协议,为网络终端分配动态的IP地址,通过GGSN接入Internet,用户可以直接访问Internet站点。数据传输通过PDCH信道,具有很高的传输速率和更少的费用。传输速率理论上最高达171.2kbit/s,具有永远在线和收费低廉的优点。数据采集模块STC监测中心G
19、PRS模块GPRS网络InternetRS232SPI图4.3 单片机的通信连接原理图4.3 GPRS通信原理4.3.1 GPRS介绍GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称,是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构,这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此,现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送
20、和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s,实际应用带宽大约在40-100Kbit/s,在此信道上提供TCP/IP连接,可以用于Internet连接、数据传输等应用2。 GPRS是一种新的移动数据通信业务,在移动用户和数据网络之间提供一种连接,给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。GPRS采用分组交换技术,每个用户可同时占用多个无线信道,同一无线信道又可以由多个用户共享,资源被有效的利用,数据传输速率高达160Kbps
21、。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收,用户永远在线且按流量计费,迅速降低了服务成本。4.3.2串行通信总线标准及其接口连接在单片机应用系统中,数据通信主要采用异步串行通信6。在设计通信接口时,必须根据需要选择标准接口,并考虑传输介质、电平转换等问题。采用标准接口后,能够方便地把单片机和外设、测量仪器等有机地连接起来,从而构成一个测控系统。同样当我们需要单片机和PC机通信时,通常采用RS-232接口进行电平转换。图4.4 STC单片机串口通信电路图RS-232C是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。它是美国电子工业协会(EIA)1962年公布、1969年最后修定而成的。其中RS表示
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