基于SMS的空调远程监管系统设计毕业设计.doc
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1、 JISHOUUNIVERSITY本科生毕业设计题 目:作 者:学 号:所属学院:专业年级:指导教师:职 称:完成时间:201x年y月z日吉首大学教务处制基于SMS的空调远程监管系统设计尹显文(吉首大学物理与机电工程学院,湖南 吉首 416000)摘 要随着空调的普及,很多企业的办公室基本上都配备了一台空调。对于大型企业而言,数目众多的空调不仅造成管理上的困难,而且浪费用电现象严重。本设计基于GSM模块和单片机,结合MBUS总线通信,构建了一个空调远程监管系统。系统包括三部分:PC集中控制端、GSM/MBUS转换器和空调节能监控器。系统既能远程控制各办公室空调的开断、设置开关空调温度,还能采集
2、各办公室用电量、室温等信息。本设计利用GSM网络覆盖范围广、MBUS挂载设备数量多等特点,使系统结构简单、工作性能可靠,适用于地域上分散,但办公点局部集中的学校、企业、事业单位。关键词:51单片机;TC35;GSM通信;MBUS总线;远程监管系统The Air Conditioner Remote Monitoring System DesignBased on SMSYin Xianwen(College of Physics Science and Information Engineering,Jishou University,Jishou,Hunan 416000)AbstractW
3、ith the popularity of air conditioner, a lot of office basically equipped with an air conditioner. For large enterprises, a large number of air conditioner not only cause manage difficulties but also serious waste of electricity. The design is based on the GSM module and microcontroller, combined wi
4、th MBUS communication, build an air conditioner remote monitoring system. The system consists of three parts: PC Centralized Control Terminal, GSM / MBUS Converter and Air Conditioner Energy Monitor. The system can remote control office air conditioners power on or off, set switch temperature, also
5、can gather the information of each offices electricity consumption and room temperature. This design uses the features of GSM network covering a wide range,MBUS accommodate large number of devices,Makes the system has simple structure, reliable performance.The system is suitable for those geographic
6、ally dispersed, but office point local concentrated cases ,such as schools, enterprises and business units.Key words:51 MCU;TC35;GSM Communication;MBUS;Remote Monitoring System目录第一章 绪 论 1.1 系统背景 1.2 系统概述 11.3 功能指标 第二章 概要设(总体印象,结构)计理论基础2.1 STC12C5A60S2单片机简介2.2 SIEMENS TC35 GSM模块简介2.3 DS18B20温度传感器简介2.
7、4 555定时器简介2.5 RS485总线简介2.6 AT指令简介2.7 MBUS协议简介2.8 红外遥控简介 2.8.1 NEC标准遥控码特征第三章 硬件电路设计3.1 PC集中控制端硬件框图 3.2 STC12C5A60S2单片机最小系统3.3 GSM/MBUS转换器电路图 3.3.1 GSM/MBUS转换器硬件框图3.3.2 GSM/MBUS转换器电源电路 3.3.3 GSM/MBUS转换器MBUS收发电路3.4 空调节能监控器电路图3.4.1空调节能监控器硬件框图3.4.2 空调节能监控器电源电路 3.4.3 空调节能监控器RS-485接口电路 3.4.4 空调节能监控器MBUS收发电
8、路 3.4.5 空调节能监控器红外发射电路 3.4.6 空调节能监控器继电器电路第四章 软件设计4.1 通信协议 4.2 GSM/MBUS转换器程序流程图 4.3 空调节能监控器程序流程图第五章 系统测试第六章 总结参考文献附录A GSM/MBUS转换器原理图附录B 空调节能监控器原理图 附录C 空调节能监控器PCB图附录D GSM/MBUS转换器程序清单附录E 空调节能监控器程序清单(章左起书写、黑体,小四。逐级标题右缩进1个汉字的距离,宋体,小四。文字与章号或节号间空一个汉字的距离)第一章绪 论1.1系统背景在微电子技术的高速发展的今天,微型单片机在远程监控方面的应用越来越广泛。随着可持续
9、发展观和节能减排理念的提出,人们的节能意识也越来越强。然而对于很多大型事业单位而言,数目众多又缺乏统一管理的办公室空调造成了极大的电能浪费。此时,利用单片机和GSM设计一个基于SMS的空调远程监管系统就能很好地解决上述问题。1.2系统概述本系统以STC12C5A60S2单片机为核心控制器,结合SIEMENS TC35 GSM模块和MBUS总线,实现对空调的远程监管。为实现设计的要求,本系统还设计了温度采集、红外发射、485通信接口等外围电路。系统自上而下由三部分组成:PC集中控制端、GSM/MBUS转换器和空调节能监控器。系统总体结构如图1.1所示。图1.1系统总体结构图监控室由一台PC机和一
10、个GSM模块组成,它们之间通过RS-232串口线或USB转串口线连接。被监控区指的是一栋相对独立的楼宇和楼宇房间内的空调设备。房间(被监控单元)内的市电220V/380V电源首先连接到电能表,再连接到本系统的空调节能控制器,然后连接空调。控制信号通过空调节能控制器的MBUS接口连接到GSM/MBUS转换器的MBUS总线,多个房间的空调节能控制器均连接到此MBUS总线。空调节能控制器通过RS-485接口获取电能表数据。空调节能监控器的红外遥控接口用于发送控制空调的红外码。系统的工作过程如下:监控室PC机上安装的应用程序按事先约好的通信协议发送文本方式的短信,被监控区的GSM/MBUS转换器接收到
11、此短信后,对短信进行分析,转换为相应的二进制数据包,再通过MBUS总线发送出去,总线上的空调节能监控器接收到此数据包后,进行包完整性、正确性判断,再获取包中的地址、指令、数据项,只有地址匹配的空调节能监控器才回复此数据包,回复的数据包在GSM/MBUS转换器中进行转换,以文本方式的短信发送出去,监控室PC机的应用程序解析接收到的短信,并存储到数据库中,从而实现被监控区空调节能监控器的工作状态查询、开关状态查询和控制、能耗查询等功能。1.3功能指标系统要能在长时间不断电的状态下实现对被监控区全局开关空调和独立开关指定空调的功能;一个GSM/MBUS转换器要求至少能控制100台空调,并且通信距离不
12、能低于500米;系统采集到的电量精度为0.1度,室温精度为0.1;系统要求具有冬夏模式,并能自由设定开关空调的条件温度。第二章 设计理论基础2.1STC12C5A60S2单片机简介STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟、机器周期的单片机,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8051,但速度快8-12倍。内部集成EEPROM,看门狗,MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换。工作频率范围为0 - 35MHz,相当于普通8051的 0420MHz;用户应用程序空间最多可达62K字节;片上集成1280字节RAM;通用I/O口多
13、达44个,可设置成四种模式:准双向口/弱上拉,推挽/强上拉,仅为输入/高阻,开漏,每个I/O口驱动能力均可达到20mA,但整个芯片最大不要超过55mA;4个16位定时器;STC12C5A60S2系列有双串口,后缀有S2标志的才有双串口。图2.1为STC12C5A60S2系列单片机管脚图。图2.1STC12C5A60S2系列单片机管脚图2.2SIEMENS TC35 GSM模块简介西门子公司的TC35是一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块。在GSM网络日臻完善的今天,TC35秉承了西门子一贯的优秀品质,它易于集成,用户可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。在远程监控和无
14、线公话以及无线POS终端等领域TC35无线模块发挥较大作用。TC35自带RS232通讯接口,可以方便地与PC机、单片机联机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。TC35模块的工作电压为3.35.5V,可以工作在900MHz和1800MHz两个频段,所在频段功耗分别为2w和1w。TC35模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息。TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成,内部功能框图如图2.2所示。作为TC35的核心,基带处理器主要处理GSM终
15、端内的语音、数据信号,并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。图2.2TC35内部功能框图2.3 DS18B20温度传感器简介DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比,它能够直接读出被测温度,并且读写DS18B20仅需要一根线,总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单,可靠性更高。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进,给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。DS18B20主要特性:独特的单线接口方式,DS18B
16、20与微处理器连接时仅需要一条线即可实现双向通讯。实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。测温范围为-55 125 。精度可达0.5 。负压特性,电源极性接反时,DS18B20不会因发热而烧毁,但不能正常工作。图2.3为DS18B20典型测温电路。图2.3DS18B20典型测温电路2.4 555定时器简介555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路,利用它能极方便地构成单稳态电路,双穏态电路和多谐振荡电路。单稳态电路主要用于定时,消抖动,分频,脉冲输出等,双稳态电路主要用于比较器,锁存器,反相器,方波输出及整形等,多谐振荡电路主要用于方波输出。由于使用灵活方便,所以555定时器在波形的
17、产生与变换,测量与控制,家用电器,电子玩具等许多领域中都得到了应用。图2.4为555内部电路结构。图2.4555内部电路结构2.5 RS485总线简介RS485总线总线作为一种多点差分数据传输的电气规范规,已成为业界应用最为广泛的标准通信接口之一。这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点双向通信,它所具有的噪声抑制能力、数据传输速率、电缆长度及可靠性是其他标准无法比拟的。正因为此,许多不同领域都采用RS485作为数据传输链路。例如:汽车电子、电信设备局域网、智能楼宇等都经常可以见到具有RS485接口电路的设备。RS485采用差分信号负逻辑,2V6V表示“0”,- 6V- 2V表示“1”。R
18、S485有两线制和四线制两种接线,四线制只能实现点对点的通信方式,现很少采用,现在多采用的是两线制接线方式,这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。RS-485最大的通信距离约为1219M,最大传输速率为10Mb/S,传输速率与传输距离成反比,在100Kb/S的传输速率下,才可以达到最大的通信距离,如果需传输更长的距离,需要加485中继器。2.6 AT指令简介AT即Attention,AT指令集是从终端设备或数据终端设备向终端适配器或数据电路终端设备发送的。用户可以通过AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。90年代初,AT指令仅被用于Modem操作
19、。没有控制移动电话文本消息的先例,只开发了一种叫SMS BlockMode的协议,通过终端设备或电脑来完全控制 SMS。几年后,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指令,其中就包括对SMS的控制。AT指令是以AT作首,字符结束的字符串,AT指令的响应数据包在中。每个指令执行成功与否都有相应的返回,如果AT指令执行成功,“OK”字符串返回;如果AT指令语法错误或AT指令执行失败,“ERROR”字符串返回。例举几条与SMS相关的AT指令。AT+CMGC 发出一条短消息命令AT+CMGD 删除SIM卡内存的短消息AT+CMGF 选择短消息信息格式:0-P
20、DU;1-文本AT+CMGR 读取一条短消息命令。2.7 MBUS协议简介仪表总线(meter bus,MBus)是一种新型总线结构。MBus主要特点是由两条无极性传输线来同时供电和传输串行数据,而各个子站并联在MBus总线上。将MBus用于各类仪表或相关装置的能耗类智能管理系统中时,可对相关数据或信号进行采集并传递至集中器,然后再通过相应的接口传至主站。利用MBus可大大简化住宅小区,办公场所等能耗智能化管理系统的布线和连接,且具有结构简单、造价低廉、可靠性高的特点。MBUS的接收发送机制。对于主从式通信系统,因从机之间不能直接交换信息,只能通过主机来转发,此时采用MBus可以实现对从机的相
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