移动通信课程设计.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流移动通信课程设计.精品文档.合 肥 学 院课 程 设 计 报 告设计题目： 基于GSM移动通信的分布式温度采集系统 设计与实现 系 别： 电子信息与电气工程系 专 业： 通信工程 班 级： 09 通信工程（2）、（2）、（1）班 姓 名： 刘畅、韩丰、赵云飞 学 号： 0905071026、0905076040、0905072009 指导教师： 胡国华 完成时间： 2012年11月29日 分 数： 通信技术综合课程设计任务书设计题目基于GSM移动通信的分布式数据采集系统设计与实现设计类型工程技术导师姓名胡国华主要内容及目标基于GSM移动通信的分布式温度采集系统是借助于GSM移动公网，将各采集点的温度数据以短信或以GPRS数据的方式发送到主控站。主控站可以主动查询或被动接受各数据采集点的数据，从而使被监控环境及设备可以做到无人职守，只要有手机信号的地方，就可以设置数据采集点。要求：1、 具备一定的识图、用图和焊接的能力，能正确使用示波器、三用表等，有基本的电路调试能力；2、 掌握GSM移动通信AT信令；3、 掌握VB6.0软件，编写程序并调试实现；4、 实现温度实时采集；5、 自由发挥其他功能；6、 要求有系统框图，电路原理图，软件流程图，模拟仿真结果图。具有的设计条件根据设计要求提供相关的实验环境。计划学生数及任务计划需要3人：1人主要对系统硬件设计和焊接；1人运用VB6.0软件编写程序并调试实现；1人主要进行软硬件测试实现及报告的编写。计划设计进程1、从接题开始收集资料、准备设计；2、第1周 系统硬件设计和焊接，软件编写程序并调试实现；3、第2周 调试和完善，同时编写设计报告。参考文献1 李志强，屈国普，陈列尊，谭岳衡.基于GSM的温湿度远程监控系统设计J.核电子学与探测技术，2010，30（4）：533-5362 黄欣荣.基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统的设计J.中国新通信，2010，9：83-853 粱健，戈振扬，齐亚峰.基于GSM无线传输的温室温度监控系统的设计J.湖南农业科学，2010，4：135-146，1404 梁健.基于GSM技术的温室环境远程监控J.科技资讯，20109：49-515 施云波，周磊，修德斌，顾简，王立权.基于GSM的温湿度环境参数远程无线监测系统J.传感器与微系统，2010，4：96-98目录一、设计方案分析与论证11.1系统整体方案分析11.2 GSM模块11.3 MCU处理器模块21.4 温度传感器模块3二、系统联调与测试42.1电路工作框图42.2硬件电路图42.3 AT命令52.3.1 AT命令简介52.3.2本设计用到的AT命令62.4整体测试62.4.1程序的运行前硬件设置62.4.2程序的运行效果7三、实验结果8四、总结9五、参考文献10摘要：本设计中，采用了新型数字温度传感器DS18B20以及GSM模块的应用。主要是基于GSM移动通信的分布式温度采集系统是借助于GSM移动公网，将各采集点的温度数据以短信或以GPRS数据的方式发送到主控站。主控站可以主动查询或被动接受各数据采集点的数据，从而使被监控环境及设备可以做到无人职守，只要有手机信号的地方，就可以设置数据采集点。在本系统设计中共有以下三个模块组成：GSM模块、89C2051处理器模块、温度传感器模块。能实现以下两个基本功能：2位温度的输送、随时的测量室内温度并且发送给指定的手机上。关键字：89C2051、DS18B20、GTM900-C、串口通信一、设计方案分析与论证1.1系统整体方案分析本设计的主要要求为借助GSM模块以短信或者GPRS数据的方式把采集点的温度数据发送到主控站，并且可以主动查询或者被动接受，从而可以使被监控环境及设备可以做到无人值守，只要有手机信号的地方，就可以设置数据采集点。为此，我们提出的解决方案为利用单片机读取温度传感器得到的温度数据，同时单片机通过串口连接GSM模块，把温度数据通过GSM模块发送到指定的手机号码上面。而对于GSM模块的控制，单片机并不能完成所有操作，如接收端号码的设置、串口传输波特率的设置等。通过分析，则需要一台电脑通过串口也连接GSM模块，对GSM模块进行SIM 卡写号操作等。系统整体方框图如下所示：GSM模块监控端、手机PCMCU温度传感器1.2 GSM模块本设计中的GSM模块采用的是华为GTM900C，这是一款应用非常广泛的无线模块，许多手机上使用的就是这个模块，它的性能非常稳定，电路也十分简单，许多部分已经集成起来了，可以直接使用。其基本配置：丰富的AT命令集，40pinzip连接器，RS232双工串口，红外串口接口，SIM 3.OV和1.8V接口，2路模拟音频输入输出接口，电源输入接口和充电管理，电源为3.6V。其中GSM基带信号处理器是无线GSM通信模块的核心部分，它负责处理一个GSM设备里所有的声音、信号和数据。它提供一个UART作为设计网络通讯的应用接口。GSM基带信号处理器是一个单片混合信号的IC芯片。在它内部高度集成了一个C166 CPU(ARM7内核)和一个DSP的核。射频RF收发电路模块也是一块高度集成的芯片，它负责处理与GSM网络的所有上行和下行通讯。射频模块和基带信号处理器构成了整个GSM通信模块的核心。功率供应模块是电源管理由它负责向模块内各个部件提供相应电源电压。FLASH存储器既可以配置为只读存储器(ROM)用来存储程序，也可以以数据存储器(SRAM)的方式上作，用来存放程序运行中的各种数据。整个模块与外部的联系(包括电源供给，音频、数据和命令的传输)都足通过一个 40 Pin的FPC连接器来完成的；其中包含的引脚功能有：标准的RS 232信号接口，共8个引脚；SIM卡连接引脚，符合GSMll 11标准。其实物图如下：其电路连接图如下所示：1.3 MCU处理器模块在MCU处理器模块，我们经过分析与比较，采用的是AT89C2051。AT89C2051与MCS-51产品指令系统完全兼容，2K字节可重擦写闪速存储器1000次擦写周期，2.7-6V的工作电压范围，全静态操作：0HZ-24MHZ，两级加密程序存储器，128X8字节内部RAM，15个可编程I/O口线，两个15位定时计数器，6个中断源等等。下面是AT89C2051的管脚图：1.4 温度传感器模块在温度传感器模块，我们经过分析与比较，采用的是DS18B20数字温度计。DS18B20是DALLAS半导体公司生产的1Wire，即单线智能温度传感器，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。下图为DS18B20引脚分布图：二、系统联调与测试2.1电路工作框图经过之前的分析、比较和讨论，我们最终选定了器件的具体型号。此时，则可以画出整个系统的具体框图。如下所示：GTM-900-C监控端、手机PC89C2051DS18B202.2硬件电路图经过查找资料，可以得到整个系统的硬件电路连接图，如下所示：由以上的硬件电路原理图，就可以制作出本设计的硬件实物，如下图所示：2.3 AT命令2.3.1 AT命令简介AT命令是最初是一组用来控制MODEM的命令集，它包含最基本的Hayes命令集和各厂家自己特有的命令。后来，主要的移动电话生产厂商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP共同为GSM研制了一整套AT命令，AT命令在此基础上演化并被加入GSM 07.05标准，以及之后的GSM 07.07标准18。这样各种GSM模块都支持用户用AT命令来对它进行控制。GSM模块启动后，都处于命令状态，在该状态下，它以AT命令形式接收命令。GSM模块接收到AT命令后，对命令进行解释和执行，并返回相应的结果码。所有的AT命令都由一个特定的“命令前缀”开始，由一个“命令结束标志”结束。命令前缀通常总是由AT两个字符组成，它是ATtention的缩写，意思是“引起注意”，所以将它们称为AT命令。命令结束符是一个单字节，通常为回车符<CR>，ASCII值为13。一般AT命令都由AT或at开始，而不是At或aT，也就是说，所有AT命令可全是大写字符，也可以全是小写字符，但不能是大小写混合字符。下表是一些常用的AT命令。AT命令说明AT+CSCA=nnnn设置短消息中心，nnnn为消息中心号码AT+CPMS=“nn“,“nn“,“nn“设置存储区：nn=SM时选择SIM卡，nn=ME选择机身AT+CMGS= “nnnn”发送短信，nnnn为电话号码AT+CNMI=a,b,c,d,e新消息提示,实验中设置为: 1,1,0,0,1AT+CPMF=n设置短信发送方式：n=1为TEXT模式，n=0为PDU模式AT+CMGR=n读取当前存储区的第n条短信AT+CMGD=n删除当前存储区的第n条短信AT+CSDH=n设置短信返回方式：n=0为简单模式，n=1为详细模式2.3.2本设计用到的AT命令在本系统的测试中，均使用PC中的软件“移动短信软件”通过串口通信进行。1、GSM模块的测试操作步骤：（1）在命令输入框中输入AT；（2）按下“Enter”键或点击“发送命令”按钮；（3）接收信息中显示GSM模块返回消息。如返回为OK或0，说明Modem处于正常工作状态。2、GSM通信速率的设置操作步骤：（1）在命令输入框中输入AT+IPR=9600；（2） 按下“Enter”键或点击“发送命令”按钮；（3） 模块的速率改为9600bps，此时移动综合实验平台软件也要设置相同的串口通信速率；注意；实验台MCU的串口通信速率出厂时已经设置为9600bps，为了实验台MCU与GSM模块能正常通信，所以GSM通信速率最后要设置回9600bps。3、SIM卡存储手机号此时，我们就可以通过制作好的硬件电路进行初步的配置操作，为以后的实验测试做好准备。本系统工作过程如下：首先，由处理器AT89C2051对温度传感器DS18B20和GTM900-C无线模块进行初始化，并读取SIM卡电话簿中存储序号为1的手机号码作为目标手机；稍后，处理器读取温度传感器下传的温度值并按照AT命令格式转换后，发送给GTM900-C无线模块；GTM900-C无线模块通过短信的方式将现场温度数据发送到设定的目标手机中去。因为连接GSM模块的手机卡可能会不固定，而且存储在手机SIM卡内部的储序号为1的手机号码也不是固定的，目标手机号码也不是固定的，则我们通过电脑上的上位机软件，以串口方式对GSM模块进行配置，即向SIM卡内写入目标手机号码。（1）存入号码AT：AT+CPBW=1,"15209880255","LC" ；（2）模块返回结果码为：OK；（3）查询号码AT：AT+CPBR=1。2.4整体测试2.4.1程序的运行前硬件设置（1）在通信实验箱右下的A扩展接口安插上“GSM开发模块”硬件模块，用配套的RS232连接线连接“GSM开发模块”和计算机。（2）正确插入SIM卡，打开移动实验箱电源，等待初始化完成。（3）“GSM开发模块”右上角的“MCU-GSM”指示灯先亮几秒后熄灭，然后“PC-GSM”对应的指示灯亮。注意：如果“MCU-GSM”指示灯始终亮，则表明“GSM开发模块”的速率不是9600bps，此时，首先按“GSM开发模块”左下角的“工作方式选择”按钮，使模块右上角“PC-GSM”对应的指示灯亮。然后将GSM通信速率设置为9600 bps。（4）若“GSM开发模块”运行正常，右下角的“RUN”指示灯将在一阵常亮和一阵快闪烁后变为慢闪烁，此时表示SIM卡用户已正常注册网络可以使用了。否则关闭实验箱电源，检测天线连接是否正常，检测SIM安装是否正常，更换SIM卡。2.4.2程序的运行效果在默认波特率9600下，AT命令窗口输入“AT”，点击“发送命令”按钮，看“命令返回信息”窗口是否有信息“OK”或“0”返回。否则，更换波特率，重新试一下。确认模块通信波特率，若为1200，则输入波特率设置命令“AT+IPR=9600”，更改模块通信波特率为9600。之后必须把计算机串口的速率设置成修改后的速率。点击软件菜单中的“RS232设置”>“波特率”进行选择设置，如下图所示：（1）AT命令窗口输入：AT+CPBW=1, "15209880255","LC" 。此命令将"15209880255"的目标手机号码写入了电话簿位置为1的存储器中，并命名为"LC"。注:这个动作将覆盖SIM卡中对应1号位置的号码。（2）AT命令窗口输入：AT+CPBR=1。从当前电话簿存储器中查找位置1的电话号码，看看是否为刚才写入的号码。（3）按“GSM开发模块”左下角的“工作方式选择”按钮，使模块右上角“MCU-GSM”对应的指示灯亮，此时“GSM开发模块”上的单片机与GSM模块连接。（4）观看目标手机收到短信的情况。目标手机会每隔一段时间收到一条带有温度数据的短信，以此来实现分布式温度采集。三、实验结果首先将GSM模板插在移动通信实验系统箱上，打开电源等待试验箱初始化。正确插入SIM卡，打开移动实验箱电源，等待初始化完成。“GSM开发模块”右上角的“MCU-GSM”指示灯先亮几秒后熄灭，然后“PC-GSM”对应的指示灯亮。在“AT命令输入”框中输入“AT”,看“命令返回信息”窗口是否有信息“OK”或“0”返回。否则，更换波特率，重新试一下。如下图所示：设置我们要接收温度的手机号码为1号位。在AT命令窗口输入：AT+CPBW=1, "15209880255","LC"。如下图所示：将工作方式改成“MCU-GSM”，使“GSM开发模块”上的单片机与GSM模块连接。使之控制GSM模块的运行。接下来每个几十秒目标手机号都能收到GSM模块发送的一条温度信息“Temp:*”。以此来实现分布式温度采集。实验数据：序号室内温度（度）发送温度（度）112.814.0212.512.0311.812.0413.413.0513.213.0613.513.0数据分析：在误差的范围内是可以接受的。四、总结随着现代来的发展，移动通信技术正在悄然的改变着我们的生活环境和生活方式。无线技术的应用现在己成为我们生活中一个不可缺少的重要组成部分。在生产等其它方面也发挥着越来越重要的作用。作为通信工程专业的一名学生，通过对这个课题的研究，整理，直至最后的完成，每一步都能让我感触良多，每一步都会学习到新的知识，也使专业方面的基础知识掌握的更加牢靠。此次温度显示设计，让我学会了规范化的步骤和方法是很重要的，程序调试的各种方法以及解决调试过程中出现的一系列的问题。更重要的是让我明白实验设计是多么重要。试验中对于原理的理解，一定要彻底，在此基础上，要熟悉电路的每一个模块，对他的工作性质加以分析和了解，在经过自己细心的调节，才能得到自己期望的结果。比如这次设计中所用的DS18B20数字温度传感器，它的时序要求十分严格，由于它是采用单总线结构的输入输出方法，它的时序中所用到的延时必然很关键，时间过长了会使整个温度计的反应时间变慢，延时时间过短会使传感器不能正常工作。本次实验中，由于GSM模块工作的不稳定性，导致实验中有些停顿，但是，通过我们的不懈努力以及胡老师的指导，最终解决问题，让我们知道在实验中，一定要注意对GSM模块的正确操作，了解其原理。本次设计过程中，经过三个人的努力，加强了我的团队合作能力，并且顺利完成了本次实验。课程设计指导老师胡老师给了我们循序渐进地指导，在此特别感谢胡老师精心地栽培！五、参考文献1 王骥,何嘉斌.基于GSM短消息的温度数据采集与无线传输系统的研究与设计J.武汉:计算机应用.2004(11):43-45.2 林桂花.基于GSM模块的数据传输及实时控制系统J.大连:计算机与现代化，2006(2):36-38.3 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