基于GSM网络的远程温度检测系统设计
目录
【摘要】 ............................................................................................................ I 【Abstract】 .................................................................. 错误！未定义书签。引言 . (1)
1 GSM基础知识 (2)
1.1 GSM网络 (2)
1.2 SMS通信原理 (2)
1.3 AT命令简介 (4)
1.4短消息编码方式 (5)
1.4.1最初的block mode (5)
1.4.2基于AT命令的text mode (5)
1.4.3 PDU结构 (5)
2 相关器件介绍 (7)
2.1 TC35i 简介 (7)
2.2 单片机AT89C51 (9)
2.3 DS18B20 (11)
2.3.1 DS18B20的特性 (11)
2.3.2 DS18B20内部结构及工作原理 (12)
3 系统设计方案 (13)
3.1 方案认证 (13)
3.2 GSM模块部分及其电路 (15)
3.2.1 TC35i模块启动电路 (15)
3.2.2 网络指示灯电路 (16)
3.2.3 SIM卡读卡电路 (17)
3.2.4 TC35i与单片机连线图 (18)
3.3 电源部分 (19)
3.4 单片机部分 (21)
3.4.1 复位电路 (21)
3.4.2 单片机主接线图 (21)
4 软件设计 (23)
4.1 GSM模块的初始化 (23)
4.2 单片机与GSM通信模块的软件设计 (25)
五总结 (26)
参考文献 (27)
致谢 (i)
附录 (i)
Contents
【Abstract】 ...................................................................................................... I 【Abstract】 .................................................................. I错误！未定义书签。Introduction ................................................................... 错误！未定义书签。
1 GSM basic knowledge................................................ 错误！未定义书签。
1.1 GSM network........................................................ 错误！未定义书签。
1.2 SMS communication principle......................... 错误！未定义书签。
1.3 AT command introduction................................. 错误！未定义书签。
1.4Short message encoding................................... 错误！未定义书签。
1.4.1 initial block mode ................. 错误！未定义书签。
1.4.2 Based on ATcommand text mode ....... 错误！未定义书签。
1.4.3 PDU structure ...................... 错误！未定义书签。
二 Related devices is introduced....................... 错误！未定义书签。
2.1 TC35i introduction.......................................... 错误！未定义书签。
2.2 MCU AT89C51........................................................ 错误！未定义书签。
2.3 DS18B20.............................................................. 错误！未定义书签。
2.3.1 characteristic of DS18B20 .......... 错误！未定义书签。
2.3.2 Internal work principle of DS18B20 . 错误！未定义书签。
三 System design....................................................... 错误！未定义书签。
3.1 Certification scheme...................................... 错误！未定义书签。
3.2 GSM module part and the circuit.................. 错误！未定义书签。
3.2.1 TC35i module start-up circuit ...... 错误！未定义书签。
3.2.2 Network lights circuit ............. 错误！未定义书签。
3.2.3 The circuit of reading SIM card .... 错误！未定义书签。
3.2.4 The circuit of TC35i and MCU ....... 错误！未定义书签。
3.3 Power supply...................................................... 错误！未定义书签。
3.4 MCU........................................................................ 错误！未定义书签。
3.4.1 Circuit of reset ................... 错误！未定义书签。
3.4.2 The wiring diagram of MCU .......... 错误！未定义书签。
四 The software design........................................... 错误！未定义书签。
4.1 initialize of GSM module.............................. 错误！未定义书签。
4.2 The software design of MCU and GSM module错误！未定义书签。
五 Summarize............................................................. 错误！未定义书签。References..................................................................... 错误！未定义书签。Acknowledgement ......................................................... 错误！未定义书签。Appendix ........................................................................ 错误！未定义书签。
基于GSM网络的远程温度检测系统设计
作者：，指导教师：（单位：职称：）
【摘要】本系统是根据实际需要，利用手机，通过GSM网络对工业设备环境温度实行远程无线监测，以实现工业设备运行的智能化，现代化。温度信号的获取由典型数字温度传感器（DS18B20）对工业设备或所监测的环境温度进行监测采集，并将采集到的数据传输给单片机进行分析处理后，通过控制GSM通信模块（本设计中采用TC35i），针对异常信号（超出限度的环境温度）自动发送报警信息给远程用户，或者根据用户需求，将实时温度送达用户端，其功能主要以软件方式实现。除此以外，用户还可以通过手机短信控制温度监测系统的动作（如切断或闭合电源）。
关键词：GSM模块温度传感器远程温度检测短信息 PDU模式
引言
在现代社会中的任何方面，温度都是不能忽视的重要因素，甚至决定性因素。因为随着科技的发展和自动化水平的提高，温度监测已成为各行各业安全生产和减少损失采取的重要措施之一。传统的温度采集方式周期长，成本高，而且测量员必须亲自到现场进行测量；此外，传统的测温元件（热电偶，热敏电阻）组成的测温电路复杂，具有远程智能化低，易受干扰等缺点，因此效率很低，不便于管理。而且，随着计算机数字技术的发展，越来越多的数据需要以数字化方式进行处理，显然传统的温度测量装置不可能完成这项工作。数字化温度传感器解决了温度数字化的问题，且精度高，能自动消除部分干扰。所以以DS18B20为代表的数字化温度传感器得到了前所未有的发展空间。但是DSS18B20并不能解决远程化测量的问题。我们可以设想这样一个温度监测场景：检测员暂时离开了，工业设备温度或所监测的环境温度超过了上限或下限，随后导致设备损坏或产品大量报废，从而发生巨大损失。这并不是杞人忧天，而是实实在在发生过的事故。于是我们就思考如何在异常动作发生时，能自动快速地监测到温度的变化，随后快速向检测员报告。
针对上述的思考，针对性的提出了本系统的设计法案——基于GSM 网络的远程温度监测系统。本系统不仅有效地解决了传统温度监测的缺点和不足，而且采用了远程报警和实时数据采集的设计理念。
本文介绍了温度监测系统在工业设备环境或或所监测的环境中，当温度传感器捕获到异常温度或TC35i收到用户手机发送来的温度数据请求时，以单片机为控制核心，将DS18B20采集到的温度数据通过单片机编码，继而由TC35i经GSM网络发给用户，从而实现准确、实时的远程温度监测。
1 GSM基础知识
1.1 GSM网络
GSM全名为：Global System for Mobile Communications，中文为全球移动通讯系统，俗称"全球通"，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网络。GSM系统包括GSM 900（900MHz）、GSM1800（1800MHz）及 GSM1900（1900MHz）等几个频段。
我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准，此前一直是采用蜂窝模拟移动技术，即第一代GSM技术（2001年12月31日我国关闭了模拟移动网络）。）。GSM（全球移动通信系统）是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的数字移动电话系统。GSM使用的是时分多址的变体，并且它是目前三种数字无线电话技术（TDMA、GSM和CDMA）中使用最为广泛的一种。GSM将资料数字化，并将数据进行压缩，然后与其它的两个用户数据流一起从信道发送出去，另外的两个用户数据流都有各自的时隙。GSM实际上是欧洲的无线电话标准，据GSM MOU联合委员会报道，GSM在全球有15亿的用户，遍布140多个国家和地区。
1.2 SMS通信原理
GSM的短消息业务SMS(Short Message Service)与话音传输及传真一样同为数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，它通过GSM通信网所特有的无线控制信道进行传输，经短消息业务中心完成存储和前转功能，每个短消息的信息量限制为140个八位组(7比特编码为160个字符)。传送短消息业务的控制信道为专用控制信道。它不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发送给最终的用户。这适于把每次采集到的数据随时发送到监控中心。短消息业务可以使网络端知道被叫方是否已经收到短消息，如果传送失败，.被叫方没有回答确切消息，网络一侧（短消息服务中心）会保留所传的消
息，一旦网络发现被叫方能被叫通时，消息能被重发以确保被叫方能收到。因此短消息业务作为GSM网络的一种主要的电信业务，它的信息传递是可靠的。
此外，短消息是GSM承载业务中唯一不要求建立端——端业务路径的业务，即使移动台已处于完全电路通信情况下仍可进行短消息传输，即手机在通话过程中也可收发短信。在整个传输过程中，有呼叫连接建立和释放的过程。短消息中心具有短消息的存储功能，终端设备关机时，可以保持消息不丢失，与寻呼业务相比，传输的可靠性大为提高。利用短消息双向传输的性能，可以方便地实现对于各类电气设备的远程控制和信息采集，即实现遥控和遥测。
短消息业务分为两种:一种是点对点短消息，在用户之间传送信息;另一种是小区广播短消息，类似于以前的寻呼，定期在一定的区域内重复广播交通流量、天气状况等信息。由于短信的可靠性，即时性以及费用低廉，短消息业务获得了广大用户的青睐，同时也成为了现代个人通信中一种不可缺少的方式。短消息通信仅限于一个消息，换言之，一个消息的传输就构成了一次通信。因此，业务是非对称的，一般认为移动起始短消息传输与移动终接短报文传输是两回事。这并不阻碍实时对话，但系统认为不同的消息彼此独立，消息的传输总是由处于GSM外部的短消息服务中心(SMSC)进行中继，消息有目的地或起源地，但只与用户和SMSC有关，而与其他GSM基础设施无关。短消息提供了一种小数据量(不大于140个GSM 短消息功能字节十六进制数)低成本、高可靠性的方便快捷通信方式。它是利用GSM系统通信令信道的空闲带宽，把消息发送到GSM的基站，再由短信中心处理存储发送到接收方。发送方不须等待接收方准备就绪，只要和基站联络好即可发送短信，基站收到后会自动与发送方确认，再发送给接收方确认，发送短消息的费用很低。正常情况下完成一次短信的发送时间大约20秒，但短信中心在向下发送时如遇基站忙，将把短信推后发送，头一次是几分钟，越往后推迟时间越长，因此在利用GSM发信时，要考虑畅通率与移动网业务是否繁忙有关，不过在大多数情况下畅通率可达98%，短消息能否成功发送还与终端所在地信号场强有关。
1.3 AT命令简介
AT命令集是调制解调器通信接口的工业标准，Al命令是调制解调器可以识别并执行的命令。AT命令简单、容易掌握，使用它可以配置调制解调器，配合通信软件工作，与远端系统通信，发起或应答一个呼叫。使用AT命令设置调制解调器时，用户使用的通信软件必须提供一个到调制解调器的直接连接状态，使用户能够从命令行输入所需的灯命令，如在WINDOWS98下的“超级终端”中建立一个直接到串口的连接便可使用AT 命令，也可直接用AT命令设置串口属性，通过串口控制调制解调器。
AT命令集从TE或DTE向TA或DCE发送的。通过TA或TE发送AT命令来控制MS的功能，与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT命令来进行呼叫、短信、电话本、数据业务、补充业务、传真等方面的控制。
GMS模块的通信全部采用AT+XXX的格式完成。常见的AT指令见表1.1
表3.1常见的AT指令
1.4短消息编码方式
SMS短信的编码方式主要有三种方式:即block mode(块模式)，text mode(文本模式)和PDU(协议数据单元),模式。
1.4.1最初的block mode
九十年代初,指令仅被用于的操作"由于没有控制移动电话消息文本的先例,因此开发了一种叫做的协议,通过移动终端或来完全控制"使用"模式需要模块生产厂家提供驱动支持,目前很少被使用。
1.4.2基于AT命令的text mode
Text Mode 是纯文本方式，可使用不同的字符集，从技术上来说也可用于发送中文短信，但国内手机基本上不支持，主要用于欧美地区。Text 模式的短信发送和接受实现比较简单,但不适合做自定义的数据传输,而且只能发送工码信息,如不需要传送中文则最好采用模式发送和接收短信息。
采用Text模式发送接收短信息的步骤分为初始化模块,发送文本短信息和接收短信。Text模式下在设置了模式后,短消息可以直接发送（对方手机号+内容）而不需要进行编码,相应的程序设计也比较简单。对于GSM/GPRS模块之间的英文短信数据传输，Text模式是一个很好的选择，但缺点是不能处理中文信息,手机的支持范围小。
1.4.3 PDU结构
GSM模块采用PDU格式收发和存贮短消息，PDU可理解为对于组成短消息的全部信息的一个数据包。其中包含的信息有:消息源地址、目标地址、发信时间、数据格式、使用的协议类型、正文。
发送格式发出的短消息数据包内容依次为:
短消息中心地址—PDU类型—信息附注(指明发出信息)—目标地址一协议鉴别符一数据编码—数据保存期（有效时间）—用户数据长度—用户数据(以Ctrl +Z结束)。
接收格式接收的短消息数据包内容依次为:
短消息中心地址一PDU类型一源地址一协议鉴别符一数据编码一服
务中心时间标志(短信到达业务中心时间)一用户数据长度一用户数据(以Ctrl +Z结束)。
上述结构中，短消息中心地址可由各地移动通信公司取得，如中国移
动通信泰安分公司应为+86138********（即泰安地区短信息服务中心号码）。目标地址为数据接收端设备(手机或GSM调制解调器)的SIM卡号。
源地址为数据发送端设备的SIM卡号，用户数据则为需传送的短消息正文。
下面举例说明PDU格式的具体内容。例如，我们要将字符“Hi”(ASCII
码为4569)发送到目的地“152********”。PDU字符串为：08 91 685112454825F5 11 00 0D 91 683178062895F1 00 0000 02C834.其中：
08 跟在服务中心地址内的字节数，即地址信息长度，共八个字节（包
括91）；
91 短信地址格式（TON/NIP）用国际格式号码；
683108508305F0是当地中国移动短信息中心号码即:8613800538500（86表示中国）。编码方式是:短消息中心的号码每二位取反（因为字节
的串行传输中，低四位在前，高四位在后），总数为奇数的末尾补F再转化；
11 文件头字节，这里11指正常地发送短信息；
00 消息基准值（TP-MR）;
OD 目标SIM卡号码长度(不包括91和转化时补的F)；
91 目标地址格式（TON/NPI）:，接收短消息手机号码的类型；
685112454825F5 被叫SIM号码，即:8615215484525；
00 协议标识（IP-PID），是普通GSM类型，点对点方式；
00 用户信息编码方式（IP-UDS）7-bit编码
00 有效期（TP-VP）五分钟；
02 用户信息长度（TP-UDL）实际两个字节
C834 用户数据“Hi”的ASCII码经过7—bit编码后生成的数据。
2 相关器件介绍
2.1 TC35i 简介
由于GSM通信模块是数据传输的通信核心，所以在本文中需要进行详细介绍。TC35i是Siemens（西门子）公司推出的一款新一代双频900/1800MHz高度继承的无线通信GSM模块，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。
技术特点:
(1)支持EGSM900和GSM1800双频支持数字、语音、短消息和传真
(2)低功耗:处于睡眠状态时电流为3mA支持三种语言编码的传送速率
(3)基本免提操作标准协议的认证、采用GSMPhase2/+2标准
(4)体积大小:54.5mm*36mm*6.7mm重量:18g
(5)适用于MZM的扩展Al，命令模块的工作电压为.3.3一5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为ZW(900M)和IW(1800M)。
模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及.2k4，.4k8，.9k6的非透明模式。此外，该模块还具有电话簿功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF(特殊电缆接口)连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50Q天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。最初设计用于高速MZM的TC35i模块由于其易于集成，现在正被应用在更广阔的领域，例如测量和远程维护，交通系统，仓储运输，保安系统，无线网关及接入设备，自动售货机，卫生保健和建筑技术。
T3c5i模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块A(SIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、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。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持RF、HR 和ERF语音信道编码。如图2.1所示：
TC35i共有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类。即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。第1一14脚为电源部分:其中1一5为电源电压输入端VBATT，6一10为电源地GND，11、12充电引脚，13对外输出电压(供外电路使用)，14为ACCU一TEMP接负温度系数的热敏电阻，24一29为SIM 卡引脚:分别为CCIN，CCRST，CCIO，CCCLK，CCVCC和CCGND，33一40为语音接口用来接电话手柄，30，31和32脚为控制部分，15为点火线IGT(Ignition)，当TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模
块才启动，30为RTC backup，31为Power down，32为SYNC，16一23为数据输入/输出分别为DSRO、RINGO、RXDO、TXDO、CTSO、RTSO、DTRO 和DCDO。
TC35i的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，有固定的参数:8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps一115kbps 之间可选，硬件握手信号用RTSO/CTSO，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS 电平，支持标准的AT命令集。通过这一接口可以用AT命令切换操作模式，可以使它处于语音、数据、短消息或传真模式。
TC35i外形如图2.2所示：
2.2 单片机AT89C51
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦
除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51实物如图2.3所示,引脚图如图2.3所示：
AT89C51的主要特性：与MCS-51兼容，4K字节可编程存储器，寿命：1000写/擦循环，数据保留时间：10年，全静态工作：0HZ-24MHZ，三级程序存储器锁定，128*8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。
引脚简要说明：
PO,P1,P2,P3作I/O口时同MCS-51 相同
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
2.3 DS18B20
2.3.1 DS18B20的特性
DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字温度传感器，在内部使用在板专利技术，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内，其具体如下：
①独特的电线接口技术，DS180B20在于微处理器连接时，仅需要一条总线即可实现DS180B20于微处理器的通信;
②支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三个总线上，实现多点测量
③在使用中不需要使用任何外围元件
④温度测量范围-55℃～+125℃，固有测温分辨率为2℃～0.0625℃
⑤测量结果以9～12位数字量方式串行传送
⑥设有用户可以写入E2PROM，用于设定报警温度等。
2.3.2 DS18B20内部结构及工作原理
DS180B20数字温度传感器的内部结构如图 2.5 所示。
从图中可以看出，DS18B20有64位光刻ROM，E2PROM的温度传感器、暂存寄存器CRC检验发生器等组成。图中64位光刻ROM中64位序列号是出厂前光刻好的，它可以看做是DS180B20的地址序列号，用于分挂在同一总线的8个DS180B20的目的；暂存寄存器的分布见表 2.1 。其测温的工作原理如图2.5所示。图中低温度系数晶振的震荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1，高温度系数的晶振频率随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器分别被预制每条计数值和在-55℃时所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器见1到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将被重新装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数。如此循环，知道计数器2到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的值极为所测量的温度。图中，斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
3 系统设计方案
3.1 方案认证
1）选用温度传感器（DS18B20）:DS18B20时DALLA公司生产的单线数字温度传感器，具有独特的单线总线接口方式，总线本身也可以向所挂的DS18B20供电，而无需额外电源，因而使用DS18B20可使系统结构更加简单，同时具有可靠性更高，精度大，工作稳定