基于GSM的远程路灯控制器的设计毕业设计论文

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1、毕 业 设 计设计题目：基于GSM短消息的路灯自动监控系统设计 基于GSM短信息的路灯自动监控系统设计摘 要在我国，线代城市路灯照明系统的维护及管理水平不仅反映出城市的现代化建设水平，而且还体现城市的现代化发展程度。设计和实现安全性好、自动化程度高、高效节能的路灯自动监控系统，是当代城市现代化发展的必然趋势。本文介绍基于GSM短消息的路灯自动监控系统的结构和功能。该系统由监控中心、分控点和通信三部分组成。监控中心主要包括PC机，GSM模块，监控中心软件采用VB编程，通过GSM模块实现与分控点的通信，进行数据及信息的传递。分控点以单片机为核心，辅以外围设备，连接GSM模块、信息采集模块等，并实现

2、与监控中心信息交换，对中心命令响应，完成数据采集等任务。设计了报警功能，使系统发生故障时能够尽早排排除。经调试表明，该系统适用性强、可靠性高，能够节省人力，物力，减少电能损耗，提高市政路灯管理水平。本设计方案在理论上可行，实际产品也符合市场需求，系统可以方便地进行功能扩展，该系统有很广阔的应用前景。关键词：路灯GSM 短消息 监控 可靠性Street lamp automatic monitoring system design based on GSM short messageAbstractIn our country, generation of city street lamp li

3、ghting system maintenance and management level not only reflects the citys modernization level, but also reflect the modernization level of a city. Design and implement the security is good, high degree of automation, high efficiency and energy saving lamp automatic monitoring system, is the inevita

4、ble developing trend of contemporary urban modernization.In this paper, based on GSM short message of the structure and function of street lamp automatic monitoring system. The system consists of the monitoring center, locus of control and communication of three parts. Monitoring center mainly inclu

5、des PC, GSM module, the monitoring center software using VB programming, through GSM communication module implements and control point, for the transmission of data and information. Control points with the single chip processor as the core, supplemented by the peripheral equipment, connect the GSM m

6、odule, information collection module, etc., and implementation and the monitoring center information exchange, the central command response, finish the tasks such as data acquisition. Design the function of alarm, the system fails to row out as soon as possible. After the debugging shows that the sy

7、stem applicability, high reliability, can save manpower, material resources, reduce power losses and improve the level of city street lamp management. This design scheme is feasible in theory, the actual products are in line with market demand, the system can be easily function expansion, the system

8、 has a very broad application prospects.Keywords:street lamp GSM short message control reliability目 录1 引言62 总体方案与设计72.1 路灯智能监控系统组成72.2城市路灯监控系统的功能83 路灯自动监控系统硬件设计93.1通信模块设计11 3.1.1 GSM模块TC35i简介113.1.2 GSM模块外围电路123.2 监控模块设计133.2.1上位机133.2.2 监控中心143.3 数据采集模块设计143.3.1 STC89C52单片机153.3.2 A/D 转换芯片ADC083217

9、3.3.3多路模拟开关CD4051193.4 液晶显示模块设计213.4.1 HSl2864-15简介213.4.2 HSl2864-15显示模块电路213.5 键盘模块设计223.6 模拟路灯开关模块设计234 路灯系统软件设计23 4.1 软件设计概况244.2 AT指令24 4.2.1指令简介24 4.2.2指令初始化24 4.2.3短消息的发送与接收254.3 单片机与TC35的通信254.4 GSM模块初始化274.5 HS12864-15的初始化274.6 键盘模块的初始化284.7 ADC0832初始化295 硬件调试315.1硬件电路的焊接315.2焊接调试315.1 调试结果

10、326 结论33谢辞33参考文献34附录35附录 电路原理图36附录 源程序37唐 山 学 院 毕 业 设 计59唐 山 学 院 毕 业 设 计1 引言GSM模块是继GSM手机外另一种特别重要的GSM移动通信系统的终端设备。GSM模块在短消息方面的应用很具优势，具有实时在线、无需拨号、廉价便宜、覆盖范围广等特点，尤其适用于实现无线数据的双向传送、需频繁传输小流量数据、无线远程检测和控制等。SMS(Short Message Service)短消息服务是GSM(Global System for Mobile Communication)系统提供的一种GSM终端之间，利用服务中心(Service

11、 Center)进行文本、信息收发的应用服务，另外服务中心完成信息的存储及转发功能。GSM模块是GSM无线移动通信系统与传统调制解调器相结合的一类数据终端设备，因此也被称无线调制解调器。GSM模块的出现给GSM的发展注入了新的血液，凡是应用调制解调器的场合大多可以采用GSM模块代替。伴随着GSM通信网络的快速普及和日益激烈的竞争，GSM模块作为一种主要的GSM移动通信网络接入设备，现已得到越来越多的系统开发商和系统制造商的青睐，基于GSM模块的应用雨后春笋发展起来。所谓短消息就是通过GSM网络传输的有限长度的文本信息。SMS(Short Message Service)短消息业务作为GSM网络

12、的一种基本业务，与语音传输及传真一样，同为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务。它通过无线控制信道进行传输，不用建立拨号连接，把要发的信息加上目的地地址发送到短消息服务中心SMSC(Short Message Service Center)，经SMSC完成存储后再发送给最终的信宿。短消息服务本身具备数据传送功能，利用SMS进行无线通信可以双向传输数据，而且性能稳定，为远程数据传送和监控设备通信提供了支持平台。SMS短信息服务作为GSM网络的基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于SMS短消息的各种应用也蓬勃发展起来。考虑到系统安装成本、维护费用、传输时间、可靠性、安

13、全性等一系列问题，我们以SMS短消息作为监控中心和分控点间数据传输的通道，设计了基于GSM短消息的城市路灯监控系统。 2 总体方案与设计2.1 路灯智能监控系统组成路政部门对路灯系统控制的基本要求是:能自动控制路灯的开和关，实时采集路灯照明线路的电压、电留等参数，统计亮灯率，检查线路的状态(短线或断路等)，能分析故障原因 ，并为照明系统的正常运作及维护提供帮助和支持。随着城市现代化建设的发展，人们对路灯从数量到质量的要求日益提高。传统的监控方式不仅花费大量的人力、物力和财力，还无法达到及时、准确、全面。发展路灯的自动化是物质文明的提高，更是精神文明的进步，利用先进技术提高路灯自动化控制、管理水

14、平，实现科学化的控制和管理水平。互感器信号调理多路开关分站点的单片机 单片机 EEPROM 实时时钟继电器驱动电路键 盘GSM模块1液晶显示GSM网络通信GSM模块2监控(中心)计算机 图1-1路灯监控系统组成城市路灯自动监控系统由监控中心、分控点及通信部分组成。图1-1为路灯监控系统的基本组成。监控中心由监控计算机及其外围设备、GSM通信模块等组成，用于对辖区各路灯节点进行监控。各分控点均安装在市区街道路灯变压器或者配电箱处，内装有单片机测控装置，包括电流采集电路、电压采集电路、接触器驱动电路及GSM通信模块等，用于执行监控中心的遥测、遥控等命令，对节点各路灯支路的电流、电压进行监测和采集，

15、响应监控中心命令对各支线路灯进行开关控制。 2.2城市路灯监控系统的功能监控中心是监督控制的方式，是整个城市路灯系统的指挥和数据处理中心，主要完成各类信息及数据的收发、整理，根据需要对各节点进行遥控、遥测。分控点单片机系统为实时在线控制系统，能不断检测线路的状态、参量和查询监控中心的命令。(l)遥控监控中心根据路灯开、关时间自动控制路灯开和关，以当地365天日出日落时间作为基本条件，设定有效开/关时段，根据天气变化等因素引起的照度不同，按具体情况执行开/关操作，方便使用，节省电能。系统操作人员在监控中心进行操作，实现群控开关灯，或部分开关灯。分控点根据预设时间独立定时开关灯。(2)遥测监控中心

16、微机可以对分控点进行数据采集，包括该时刻的电压、电流等运行参数。以短消息的形式形成报表，上传上位机（监控中心计算机），通过对这些数据分析可得到线路状态（短路或开路等）、亮灯率、故障原因等数据资料。假若采集到分控点数据不正常(譬如关灯时线路电流不为零)或远程终端故障等，则必须能够自动报警，做到异常、故障早发现早处理。(3)遥信分控点向监控中心上报工作状态及故障信息，遇故障时能够及时自动报警。 3 路灯自动监控系统硬件设计 3.1通信模块设计3.1.1 GSM模块TC35i简介 西门子的TC35系列模块性价比很高，并且己经有国内的无线电设备入网证，所以本设计选用的是西门子TC35i。TC35i是西

17、门子为适应各个专业领域对无线数据传输、语音传输及可开发性的需求推出的基于GSM900移动通信网络系统的OEM模块，功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。TC35i与GSM2/2+兼容、双频(GSM900/GSM1800)、RS232数据口、符合ETSI标准GSM07.07和GSMO7.05且易于升级为GPRS模块;该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据，语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，接口协议公开，方便用户的应用开发及设计。 图3-3 TC35i模块示意图TC35i模块如图3-3所示，从功能上看主要由4部分组成:GSM基带处理器、G

18、SM射频部分、电源A-SIC(Application Specific Integrated circuit)、Flash。GSM基带处理器是整个模块的核心，它由一个C166CPU和一个DSP处理器内核控制着模块内各种信号的传输、转换、放大等处理过程。GSM射频部分是一个单片收发器SMARTi，它由一个外差式接收器、上变频调制环路发送器(upconversion modulation loop transmitter)、一个射频锁相环路和一个全集成中频合成器4个功能块组成，共同完成对射频信号的接收和发送等处理。GSM模块电流变化非常大，空闲时电流小于3mA，而在通话期间电流最大可达2.3A，这

19、就对供电电路提出了较高的要求。GSM模块电源ASIC部分使用线性电压调节器把外部输入的电源电压Vbatt+进行稳压处理后供GSM基带处理器和GSM射频部分使用，此外它还输出一个2V/70mA的电压供模块外的其他电路使用。GSM射频部分的功率放大器对电源电压要求不高，所以直接使用外部的输入电压Vbatt+。Flash用来存储一些用户配置信息、电话本和其他信息.。3.1.2 GSM模块外围电路TC35i外围电路图如图3-4所示图3-4 TC35i外围电路接线图。TC35i是西门子最新推出的无线通信模块，功能与TC35兼容，设计紧凑。TC35i与GSM2/2+兼容，双频(GSM900/GSMl800

20、)工作，带有RS232数据口。符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音和短消息提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计4,5。TC35i有40个引脚，通过ZIF连接器引出。这些引脚可划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制3，4，5。114引脚为电源部分，其中l5引脚为电源电压输入端VBATT+610引脚为电源地GND，ll12引脚为充电端，13引脚为对外输出电压(供外部电路使用)，14引脚ACCU/TEMP接负温度系数的热敏电阻；2429引脚为SIM卡连接

21、端；3340引脚为语音接口用来接电话手柄。15、30、31和32引脚为控制部分，15引脚为启动线IGT(Ignition)。当TC35i通电后必须给IGT一个大于100mV的低电平，模块才能启动。30引脚为RTCBACKup；31引脚为掉电控制；32引脚为SYNC，1623引脚为数据输入输出端6。电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分。充电电池为整个系统提供3.6V工作电压同时产生MAX232所需要的高电平：三端电源模块LM7806将外部12V直流电源转换为6v连接至ZIF连接器的11、12引脚。在充电模式下可为TC35i提供6V500。mA的充电电源。 本设计中，启动电路是由漏极开路三极管

22、及上电复位电路组成。模块被上电10ms后(电池电压比须大于3V)，为保证其正常工作，必须在15引脚(IGT)施加低电平信号，应保持100ms以上且该信号下降沿时间低于1ms，启动后15引脚（IGT）应一直保持高电平。 本设计中数据通信电路主要实现短消息收发、软件控制、与监控计算机机通信等功能。TC35i的数据接口采用串行异步收发，满足RS-232接口电路标准。工作在CMOS电平(即2.65V)。数据通信电路以MAX232为核心实现电平转换和串口通信。TC35i串口通过MAX232与单片机串口的连接图如图3.5所示。图3-5 TC35i串口与单片机串口的连接图3.2 监控模块设计3.2.1 上位

23、机 上位机是指可以直接可以直接发送监控命令的计算机。一般是PC/host computer master/master computer/upper computer,屏幕上显示各种信号变化(液压、水位、温度等）。下位机直接控制设备获取设备状况的计算机。一般是PLC/单片机 single chip microcomputer/slave computer/lower computer 之类的。上位机发出的命令手下给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据(一般为模拟量），转化为数字信号反馈给计算机。3.2.2 监控中心监控中心由监控计算机和GSM

24、通信模块等组成，用于对辖区各路灯节点进行监控。各分控点均安装在市区街道路灯变压器或者配电箱处，内装有单片机测控装置，包括电流采集电路、电压采集电路、接触器驱动电路及GSM通信模块等，用于执行监控中心的遥测、遥控等命令，对节点各路灯支路的电流、电压进行监测和采集，响应监控中心命令对各支线路灯进行开关控制。监控中心为监督控制方式，是整个路灯系统的指挥和数据处理中心，主要完成各种信息和数据的收发、整理，根据需要对各节点进行遥测、遥控，亦可脱机进行，完成管理、办公自动化方面的工作。分控点单片机系统为实时在线控制系统，不断检测线路状态、参量及查询监控中心的命令。3.3控制模块设计3.3.1 STC89C

25、52单片机简介STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 单片机是一种集成的电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、4个I/O并行串口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块硅片上构

26、成的一个小而完善的计算机系统13。由于它具有体积小、功能强和价格便宜等优点，因而被广泛地应用于产品智能化和工业控制自动化上。现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。功能强大的STC89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。 STC89C52单片机的原理框图如图3-8所示。频率基准源计数器串行输出振荡器及定时电路STC89C528K字节ROM256x8bitRAM3个16位定时器/计数器64K总线扩展控制可编程I/O可编程串行口中断控制并行I/O口串行输入图3-8 原理框图STC89C52主要工作特性：片内程序存储器内含4KB的Flash程序存储器，

27、可擦写寿命为1000次，片内数据存储器内含128字节的RAM、有21个特殊功能寄存器。具有32根可编程并行I/O口线、3个16位可编程定时/计数器、可编程的3级程序锁定位，中断系统是具有5个中断源、2个级优先权的中断结构，具有一个全双工的可编程串行通信口，此单片机片外可扩展64KB ROM和64KB RAM。STC89C52工作电源电压为5V、最高工作频率为24MHz。STC89C52各引脚功能如图3-9所示。图3-9 STC89C52引脚图STC89C52为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件

28、的初始化，检测信号的接收及处理和输出控制信号等。单片机的主要管脚有：XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为晶振电路的两个引出口，外接11.0592MHz 的晶振和两个30pF的电容。RST（9脚）为复位电路的端口，外接电阻、电容、开关组成的复位电路。VCC（40脚）和GND（20脚）为供电电源的端口，用于连接+5V直流电源的正负端。P0-P3 均为串行口，其中P0P2为可编程通用I/O端口，P3口有特殊的定义，应用的是其什么功能可由软件去控制。对于/Vpp(31脚)，当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行，当接低电平时，复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。本

29、设计使用的内部ROM，所以直接将此引脚接+5V电源。STC89C52单片机正常工作时，都需要有一个时钟电路和一个复位电路。本设计中选择了内部时钟方式和按键电平复位电路，来构成单片机的最小系统。单片机最小系统，是指可以使单片机正常工作的应用最少的元件组成的系统。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机芯片、晶振电路、复位电路等。其中晶振电路的主要功能是：产生时钟信号，供单片机及外围电路使用。复位电路的主要功能是：把单片机的PC值初始化为0000H，这样单片机即可从0000H单元开始执行相应的程序。复位电路：复位通常有2种基本形式：上电复位和开关复位。上电复位要求接通电路后，自动实现复位

30、操作。开关复位则要求接通电源后，在单片机运行期间，假如发生死机，需要用按钮实现单片机的手动开关复位，典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就可以完成复位。复位电路由电阻、电容和开关三个器件连接而成。上电后，电容即会被充电，会给单片机一个高电平信号，按键按下时，单片机的复位端口又会被给予低电平信号。因此无论单片机发生死机还是正在运行中，都可使单片机的RST端口持续一定时间段的高电平信号完成上电复位。本次设计中应用的是上电且开关复位。晶振电路：晶振的经常取值为11.0592MHz，原因是此频率的晶振可以得到精确地波特率9600/19200，本次设计需得到的是9600的波特率，此波特

31、率可广泛应用与串口通讯。12MHz也是常用的单片机的频率，这个频率会为定时操作产生很大的便利。本设计所使用的是11.0592MHz的晶振。晶振的振荡频率的选取很重要，会直接影响单片机的处理速度，振荡频率越大单片机的处理速度越快。激起震荡的电路中，电容C2、C3一般采用15-33pF，并且电容与晶振的距离以及晶振与单片机的距离都是越近越好。3.3.2继电器 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。当输入量(如电压、电流)

32、达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。 电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样

33、来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。 3.4 数据采集模块设计数据采集系统的基本构成如图图3-6所示。主要包括多路模拟开关、信号调理器和A/D转换器这三大部分。 A B C A/D 转换器数字信号输出模拟信号输入量化器编码器采样/保持器信号调理器图3-6 数据采集系统的基本构成信号调理器一般是通过可编程增益放大器（PGA）、自动补偿或校准电路对模拟信号进行调理，使之能满足A/D转换器对输入电压的要求。新型A/D转换器一般都包含采样/保持器（部分A/D转换器中无采样/保持器）、量化器和编码器。图3-6中A点为模拟信号，B点为幅度

34、连续但在时间上离散的信号（亦称离散时间信号或序列），C点为幅度和时间均被离散化的信号，经过编码器即可输出数字信号。多路模拟开关亦称多路转换器（Multiplexer，MUX），其作用是按规定顺序依次从多路模拟输入信号中选择其中一路送至A/D转换器进行模/数转换。A/D转换器件的主要作用是实现量化和编码。量化就是模拟信号先经过在时间轴上抽样后获得取样电平值，再用一个预定精度的数值来近似表示的过程。目前，A/D转换器集成电路的开发应用技术受到了人们的普遍关注，国内外许多半导体公司相继推出一批各具特色的A/D转换芯片。其设计目标是通过单片IC将模拟输入信号转换成脉冲形式的数字输出信号。从电路结构上看

35、，目前实现A/D转换的主要类型有闪烁式、积分式、逐次逼近式、-式和流水线式。本设计的数据采集部分主要由单片机STC89C52及芯片ADC0832和CD4051组成，以采集一路信号为例，其硬件连接图如图3-7所示. 图3-7 数据采集部分硬件连接图3.3.2 A/D 转换芯片ADC0832 ADC0832是美国半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 0-5V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输

36、入，使多器件挂接和处理器控制变得更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。ADC0832 具有以下特点： （1） 8位分辨率； （2）双通道A/D转换； （3） 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； （4） 5V电源供电时输入电压在0-5V之间； （5）工作频率为250KHZ，转换时间为32S； （6）一般功耗仅为15mW；（7）8P、14PDIP（双列直插）、PICC多种封装； （8） 商用级芯片温宽为0C到+70C，工业级芯片温宽为40C到+85C；芯片接口说明： CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。 CH1 模拟输入通道1

37、，或作为IN+/-使用。 GND 芯片参考0电位（地） 。 DI 数据信号输入，选择通道控制。 DO 数据信号输出，转换数据输出。 CLK 芯片时钟输入。 Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用） 。单片机对ADC0832的控制原理：正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行 A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低

38、电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能，其功能项见表1。MUX ADDRESSCHANNEL #SGL/DIFODD/SIGN0110+11+00+01+表1 ADC0832功能表如表1所示，当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为

39、负输入端 IN-进行输入。当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端 IN-，CH1 作为正输入端 IN+进行输入。 到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出 DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位 DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。3.3.3多路模拟开关CD4051对多个多个变化较为缓慢的模拟信号进行A/D转换时，利用多路开关将各路模拟信号轮流与A/D转换器

40、接通，使一个A/D转换器能完成多个模拟信号的转换，节省硬件开销。对A/D通道，需要用多路输入、一路输出的模拟开关，使输入的多路模拟信号轮流与与A/D转换器接通对D/A通道，要在D/A转换器之后加一个一路输入、多路输出的模拟开关，使输出的模拟信号轮流分配到各模拟通路。 CD4051为双向切换芯片，它既可作多路输入、一路输出的模拟开关，也可作一路输入、多路输出的模拟开关。CD4051的引脚图如图3-10所示。图3-10 CD4051引脚图引脚S为选通端。当S为低电平时，选中某一通道，使开关接通。A2A0是开关通道号输入端。当A2A0输入000111时，分别对应07通道上的开关处于闭合状态。通常S和

41、A2A0信号由接在CPU数据总线上的一个锁存器提供，这样就可以用输出指令实现通道选择。I/O 7I/O 0为8路模拟输入。O/I为1路模拟输出。AD4051的真值表如表2所示。表2 AD4051真值表SA2A1A0选通0000I/O00001I/O10010I/O20011I/O30100I/O40101I/O50110I/O60111I/O71*3.4 液晶显示模块设计3.4.1 HSl2864-15简介HSl2864-15是一种图形点阵液晶显示器，它主要由其控制器ST7920决定，ST7920同时作为控制器和驱动器，它可提供33路com输出和64路seg输出。在驱动器ST7921的配合下，

42、最多可以驱动25632点阵液晶。其可完成图形显示，也可以显示84个(16l6点阵)汉字。那么它是如何工作的呢，下面是其显示原理：显示汉字需要有其对应的字模，所谓汉字字模就是用O、l表示汉字的字形，将汉字放入n行n列的正方形内，该正方形共有nn个小方格，每个小方格可用一位二进制表示，凡是笔划经过的方格值为1，未经过的值为0。汉字点阵字模有16x16点、2424点、3232点，4848点几种，每个汉字字模分别需要32、72、128、288个字节存放，点数愈多，输出的汉字愈美观。HS12864-15为64行128列的点阵液晶模块，分为上半屏和下半屏，可以显示16l6点的汉字48二32个。而显示字符或

43、数字仅需要占用168点。如果显示图片，也要和显示字符、汉字一样取模。图片最好不要超过12864，否则会显示不完全。HS12864-15其控制器ST7920有内建GB码简体中文字型库，控制器ST792O的字型产生RAM也可提供用户自定义字符生成(造字)功能，用户可以将CGROM中没有的字符定义到CGROM中。3.4.2 HSl2864-15显示模块电路HSl2864-15与单片机串口连接图如图3-11所示。图3-11 HSl2864-15与单片机串口连接图本设计中，HSl2864-15主要功能有，显示日期、时间，路灯不同季节的开关灯的时段等。当路灯线路发生故障时，显示模块会显示报警信息，并以短消

44、息的形式通过GSM网络上传至监控中心，监控中心接到报警信息后，会及时做出处理。3.5 键盘模块设计 键盘在单片机应用系统中是一个关键的部件，它能实现向计算机输入数据、传送指令等功能，是人工干预的主要手段。键盘输入信息的主要过程如下：(1)CPU判断是否有键按下。(2)确定按下的是哪一个键。(3)把此键代表的信息翻译成计算机所能识别的代码，如ASCII或其他特征码。如果步骤(2)，(3)主要由硬件完成，称为编码键盘:如果主要由软件完成，则称为非编码键盘。单片机应用系统中通常采用的是非编码键盘，常用的为行列式键盘。行列式键盘按键设置在行线和列线交点处，行、列线分别连接到按键开关的两端。列线通过上拉

45、电阻接到+5V上，平时没有键按下时列线处于高电平状态.而当有键按下时，列线电平状态将由与列线相连的行线电平决定。行线电平如果为低，则列线电平为低;行线电平如果为高，则列线电平亦为高。必须将行线和列线配合并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。键盘的原理图如图3-12所示。图3.12 键盘的原理图 3.6 模拟路灯开关模块设计系统的路灯开关部分主要应用了光电耦合器件。光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电光和光电的转换器件。路灯的开关电路如图3-13所示.图3.13 路灯的开关电路图 4 路灯系统软件设计4.1 软件设计概况

46、硬件作为整个系统的设计基础，起到的是骨架作用，要想使整个系统顺利运转起来，还需要通过软件来为整个设计的正常运行提供重要的支撑作用。在硬件系统的强大支撑作用下，本设计还采用了较多的软件与之相互搭配协调，在保证系统功能的完善的同时，又保证了系统运行的可靠性和稳定性，最重要的是通过软件恰到好处的控制，系统的执行机构能够恰到好处的完成定位工作。通过对系统软硬件的调整，使得人机界面更加简单明了，从而使得人机对话更加和谐友好，更加人性化。下面通过对各个软件功能模块的设计，并结合硬件系统的工作原理以及系统的设计对该系统中的软件以及程序流程进行较为详细的阐述。4.2 AT指令4.2.1指令简介 GSM模块与计

47、算机间的通信协议是AT贺氏指令。AT指令集是由诺基亚、西门子、WAVECOM、爱立信、摩托罗拉和HP等公司共同为GSM系统研制，由ETSI(European Telecommunication Standards Institute，欧洲通信技术委员会)发布，包含了对SMS的控制。AT指令在此基础上演化并被加入GSM07.05标准以及之后的GSM07.07标准。因此，MCU可通过UART串行接口直接向GSM模块发送指令，实现GSM短消息的收发、查询等操作。收发短信及相关操作AT 命令见附录A。 一共有三种方式来发送和接收SMS信息：Block Mode, Text Mode和PDU Mode。

48、Block Mode已是昔日黄花，目前很少用了。Text Mode是纯文本方式，可使用不同的字符集，从技术上说也可用于发送中文短消息，但国内手机基本上不支持，主要用于欧美地区。PDU Mode被所有手机支持，可以使用任何字符集，这也是手机默认的编码方式。AT指令(除重复操作指令A/外)均以“AT”开头，除了发送短消息最后是以+结束外，其余都以回车符结束，指令执行成功与否均有相应的返回，响应形式为，是换行符号。其它非预期信息，模块有信息提示，接收端可作相应处理。在AT指令中还包括控制符:结束符(用表示，16进制的ox0D)和发送符(用表示，16进制的oxlA)。下面通过 AT 指令对单片机与 T

49、C35 的通信进行说明。4.2.2指令初始化( 1) 设置短消息发送格式AT控制指令: AT+CMGF=1, 设置1代表Text模式, 表示回车符号,转换成十六进制为0x0d。若指令正确执行,则会返回0K。( 2) 设置短消息中心号码AT控制指令:AT+CSCA=“+8613800773500”(地区短消息服务中心的号码) , 设置正确则模块返回数据0K。( 3) 设置TC35的波特率AT控制指令:AT+IPR=9600,9600为需要设置的波特率, 若将波特率改为2400,则执行AT+IPR=2400即可。该指令改变的是TC35模块的RS-232波特率,在改变波特率后,还需要执行保存指令,使

50、TC35模块将刚才的设置进行保存。4.2.3短消息的发送与接收单片机控制T35进行短消息发送时，首发呢我们需要做的发送短息的数据长度，AT+CMGS=,LENGTH为短消息的数据长度, 在等待模块返回ASCII 字符“”后, 将数据输入,数据必须以(也就是0x1a)作为结束符。短消息发送成功, 模块会返回数据OK, 表示数据发送成功。TC35模块可以将数据返回给单片机,当TC35接收到短消息后, 会自动向单片机发送数据+CMT:“SM”,INDEX,INDEX为信息存储的位置。当单片机收到该信息后,主动发出命令读出收到的短消息的指令AT+CMGR=INDEX,IN-DEX表示需要读取短消息的存

51、储的位置,TC35收到该指令后,会将刚刚收到的短消息发送出来。4.3 单片机与TC35的通信单片机与TC35的通信系统在收到短消息后,立即进行数据的读出并进行数据的分析和处理, 然后主动删除该短消息,保持SIM卡有足够的空间接收下一条短消息,当SIM的存储空间不够时,将不再接收短消息。删除短消息的指令为:AT+CMGD=INDEX,INDEX表示需要删除的短消息的位置。若TC35模块返回OK ,表示正确执行了该指令, 删除了该位置的短消息。若没有返回该数据,则删除没有成功。为了避免SIM卡中的短消息过多而造成短消息接收的失败, 所以在TC35上电后, 立即进行SIM卡中短消息查询。如果存在有新

52、的短消息,则立即读出并执行操作或处理,然后删除。主程序流程图如图4.1所示。 开 始判断是否有新信息？系统初始化（12864，相关变量，定时器0）依短信内容，设定相应路灯工作串口初始化，设窗口 中断为最高优先级串口初始化液晶显示电压电流值AD采样GSM模块初始化 有故障否？按键扫描，设定正常 工作电压值关该路灯，发故障信号 定时时间到 结 束 发正常信号图4.1 主程序流程图单片机与TC35i通信的主程序见附录II。4.4 GSM模块初始化GSM模块TC35i初始化流程图如图4.2所示:定时器1设为自动 重装方式定时器1设为自动 重装方式 设串口为工作 方式1 关回显“ATE” 设单片机波特

53、率为9600设置服务中心密码 开中断及定时器图4.2 TC35i初始化流程图4.5 HS12864-15的初始化HS12864-15的初始化流程图如图4.3所示。 功能设定字30H 延 时 延 时请DDRAM字01H 点设定04H 延 时 延 时 地址归零02H 显示设定字0dH 图4.3 HS12864-15初始化流程图4.6 键盘模块的初始化通常情况下，键盘的工作方式有三种:即编程扫描、中断扫描和定时扫描。编程扫描是最为常用的识别方法。扫描程序查询内容如下:(1)查询有键是否按下。(2)查询按键所在的行、列位置。(3)对行号和列号进行译码，得到键值。(4)按键的去抖动处理。其初始化流程图如

54、图4-4所示。开始否有键闭合吗?否软件延时10ms有键闭合吗?确定按键位置否闭合键释放?返回按键值图4.4 键盘模块的初始化流程图4.7 ADC0832初始化 本设计中，单片机对ADC0832的控制原理是：在正常情况下单片机与ADC0832的接口为4条数据线，它们分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在工作时并没同时有效，并与单片机的接口是双向，所以本电路设计时可以将DO和DI并联在同一根数据线上使用。(见图3.9) 当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行 A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转

55、换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能，ADC0832 数据读取程序流程图如图4.5所示： 开 始 读取数据 使 能 ADC0832 数据校验 结 束 输入通道 控制字 产生时钟 信号 送入存储 单元图4.5 ADC0832 数据读取程序流程图5 硬件调试5.1硬件电路的焊接在完成硬件电路的设计后就可以开始焊接电路了。在焊接电路前需要做许多的前期的准备工作。首先应该查阅资料，根据设

56、计中应该用到的芯片，以及他们的引脚功能等。利用PROTEL来绘制电路原理图，在焊接电路时就可以参照电路原理图上面相对应的各个引脚的连接来对电路进行焊接，这样做既可以节省时间，又可以准确地焊接各个引脚。最后在电路板上布局，使得各个芯片间的连线尽量少的交叉。焊接电路过程中，有些元件有正负极，应准确判断后焊接。焊接电路板时，要控制好焊接用的时间和焊接时锡焊的温度，原因是时间的过长和过短、温度的过高和过低都会直接影响到器件的正常使用以及各个器件之间的导电性，还要保证每个焊点焊接牢固、接触良好。为保证系统能够正常运行，每一步都需要谨慎行事。特别需要注意的是：焊接没有芯片座的器件时，这样的器件没有插槽而是

57、直接焊接到板子上的器件，应该用最短的焊接时间将其焊接好，如果焊接时间长可能会应为温度过高，将其毁坏。因为要用到开关和按钮，在焊接前应该先用万用表测试开关在闭合时是哪些引脚闭合。在焊接过程中，除了焊接所用的各种焊接工具之外，我们还需要准备一些常用的电气方面的工具，便于在焊接过程边焊边测，这些工具包括数字万用表，5V直流电源等等。选择边焊边测这种方式，是为了保证焊接的各个模块都能正常工作，防止在焊接构成中因为焊接失误导致功能模块损坏而导致系统不能正常工作。焊接好一个模块后，就要对其进行电路电气方面的测试，以确保各个模块无焊接失误，例如出现虚焊、漏焊和短路等焊接问题。使用单片机进行控制，要确保单片机

58、的电源和时钟以及复位电路的正常，这是保证系统正常运行的基础，所以把单片机插入插槽之中后，要接上电源，进行STC89C52单片机的静态测试，来检验单片机的电源是否正常，复位电路能否正常工作，最重要的是要检测晶振电路是不是正常，因为晶振在焊接构成中容易在高温影响下损坏。5.2焊接调试在焊接过程中和完成焊接的基本测试之后，需要对硬件系统进行进一步的调试，比如给单片机接上直流电源+5V之后，测试单片机的最小系统是不是都正常，复位电路是不是能够按预期的结果进行复位，晶振电路是否能够为单片机提供正常的自激振荡频率。给焊接的直流电源通上220V交流电之后，需要一步一步检测是否焊接成功，首先应用万用表检查经过

59、降压、整流出来的直流电的大小是否在预期的范围内，其次经电容滤波后的电压大小以同样的方法进行检测，最后需要检测的是稳压后的电压值是否稳定在直流24V。如果在调试按功能划分的器件上出现问题，可以按以下步骤进行：1.检查原理图连接是否正确。2.检查原理图与实物图是否一致。3.检查原理图与器件上引脚是否一致。5.3 调试结果 从对程序的运行效果上看，基本上能完成需求分析中所要求达到的目标，程序无编写漏洞，运行状况良好，测试结果令人满意。如图5-1所示，是整个路灯监控系统显示和控制部分，右上角的数码管为温度显示，右下角的分别是辅助加热功能、上水功能和液位显示。图5-1 电路板运行 6 结论本设计是基于单片机的路灯节能控制系统的设计与实现，基本上完成了预期的任务目标，监控中心由监控计算机及其外围设备、GSM通信模块等组成，用于对辖区各路灯节点进行监控。各分控点均安装在市区街道路灯变压器或者配电箱处，内装有单片机测控装置，包括电流采集电路、电压采集电路、接触器驱动电路及GSM通信模块等，用于执行监控中心的遥测、遥控等命令，对节点各路灯支路的电流、电压进行监测和采集，响应监控中心命令对各支线路灯进行开关控制。