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1、2014届 本 科 毕 业 设 计（论 文）基于单片机和GSM的瓦斯监测仪设计Design of Gas Detection Instrument Based on MCU and GSM 学 院： 工 学 院 专业班级： 电子信息工程1002班姓 名： 学 号： 100105020225 指导教师： 完成时间: 2014年3月10日 二一四年三月论文题目：基于单片机和GSM的瓦斯监测仪设计专 业：电子信息工程 学 生：朱红雷 签 名： 指导教师：王立红 签 名： 摘要我国是世界上产煤大国，同时也是煤矿事故多发国家之一。有效的监控矿井的瓦斯浓度和温度，是减少事故发生的主要手段。为了有效地监控矿
2、井的温度和瓦斯浓度，设计出一款高效率的瓦斯检测仪是非常必要的。本文介绍了以单片机为监控中心，借助GSM无线传输模块设计的煤矿井温度和瓦斯浓度无线监测仪，本设计采用单片机为监控中心核心器件，传感器监测被测地区的温度和瓦斯浓度，被采集到的模拟信号经A/D 转换，变成单片机可读取的数字信号，单片机对采集到的进行处理信息，并在LCD上显示出检测环境的温度和瓦斯浓度，单片机将收到的数据与安全值比较，超出安全值时，发出危险报警，便于矿工安全撤离，同时单片机通过GSM模块向管理人员的手机发送危险短信，使管理人员能够及时做出应急措施。经过实验室测验表明：该检测仪可以安全准确地采集矿井的瓦斯浓度，具有实时监控，
3、无线数据传输和及时避险等多种功能。关键词:传感器；单片机；无线传输Title:Design of Gas Detection Instrument Based on MCU and GSM Major:Electronic and Information EngineeringName:Zhu Honglei Signature: Supervisor:Wang Lihong Signature: ABSTRACT我国是世界上产煤大国，同时也是煤矿事故多发国家之一。有效的监控矿井的瓦斯浓度和温度，是减少事故发生的主要手段。为了有效地监控矿井的温度和瓦斯浓度，设计出一款高效率的瓦斯检测仪是非常必
4、要的。本文介绍了以单片机为监控中心，借助GSM无线传输模块设计的煤矿井温度和瓦斯浓度无线监测仪，本设计采用单片机为监控中心核心器件，传感器监测被测地区的温度和瓦斯浓度，被采集到的模拟信号经A/D 转换，变成单片机可读取得数字信号，单片机对采集到的进行处理信息，并在LCD上显示出检测环境的温度和瓦斯浓度 ，单片机将收到的数据与安全值比较，超出安全值时，发出危险报警，便于矿工安全撤离，同时单片机通过GSM模块向管理人员的手机发送危险短信，使管理人员能够及时做出应急措施。经过实验室测验表明：该检测仪可以安全准确地采集矿井的瓦斯浓度，具有实时监控，无线数据传输和及时避险等多种功能。China is t
5、he worlds largest coal producing countries, but also one of the coal mine accident prone countries. Gas concentration and temperature monitoring mine effectively, is a major means of reducing accidents. In order to effectively monitor the temperature and gas concentration of mine gas detector, desig
6、n of a high efficiency is very necessary. This paper introduces the MCU as the control center, by means of temperature and gas concentration of coal mine wireless monitor GSM wireless transmission module design, this design uses a single chip as the control center core devices, sensors for monitorin
7、g the temperature and gas concentration area, were collected from the analog signal by A/D conversion, digital signal into a single chip readable made, single chip microcomputer was used to study the collected information, and display the temperature and gas concentration detection environment on LC
8、D, data and safety comparison value MCU will receive, beyond the safety value, a danger alarm, convenient miner safety evacuation, and the MCU through the GSM module to send mobile phone SMS risk management, make management personnel to make timely emergency measures. Through the laboratory test sho
9、ws: this instrument can accurately capture the mine gas safety, real-time monitoring, wireless data transmission and timely hedging and other functions.Key words: Sensor; MCU; Wireless transmission目录前言11论文研究的背景及内容11.1 选题依据及意义11.2 国家关于煤矿安全危险气体浓度的规定11.3 国内外研究水平和动向21.4 本论文的研究内容32设计方案及论证32.1 系统模块设计32.2
10、方案选择及论证42.2.1 监控中心模块42.2.2 显示模块52.2.3 数据采集模块52.2.4 信号放大模块62.2.5 模数转换模块73系统的硬件电路设计73. 1 传感器信号采集电路设计73.1.1 MQ214传感器的基本工作原理83.1.2 MQ214传感器的主要技术指标及参数83.1.3 MQ214传感器的应用设计103.2 放大和模数电路设计103.2.1 uA741运算放大器103.2.2 TLC0832引脚功能及工作原理113.3 液晶显示电路123.4 声音报警电路133.5 GSM模块143.5.1 GSM网络143.5.2 GSM系统的主要组成143.5.3 GSM系
11、统信道分类143.5.4 TC35的控制简介153.5.5 TC35与单片机连接方法164 系统软件流程174.1 主程序设计流程图174.2 单片机对TC35模块的控制185 结论28参考文献29致谢30西安外事学院本科毕业设计（论文）前言我国是世界上产煤大国，同时也是煤矿事故多发国家之一。有效的监控矿井的瓦斯浓度和温度，是减少事故发生的主要手段。为了有效地监控矿井的温度和瓦斯浓度，设计出一款高效率的瓦斯检测仪是非常必要的。1论文研究的背景及内容1.1 选题依据及意义我国是世界上产煤大国，同时也是煤矿事故多发国家之一。从我国的煤矿开采的情况以及国家对能源结构规划都可看出，在2050年以前，煤
12、炭一直是支持我国国民经济发展的主要能源，煤矿的开采，作为我们国家能源的支柱，它的地位是长期稳定的。但是我国的煤炭工业的安全开采状况很不乐观，中小型煤矿的情况更为严重，已经成为了整个煤炭工业的安全开采的直接威胁，给国家的财产和人民的生命造成很大的损失，瓦斯爆炸事故更是排在重大事故发生率榜首。瓦斯是制约整个煤炭工业安全开采的主要因素之一，我国的90%以上的煤矿为瓦斯矿井，而其中近50%是高浓度瓦斯井。为解决瓦斯产生和爆炸问题，必须加强对瓦斯浓度的监测和控制。通过对瓦斯监测仪实现矿井各个地点的瓦斯浓度和温度进行实时监测，使得管理人员和工作人员能够及时获取井下瓦斯浓度和温度情况，并对井下开采情况做出及
13、时的判断，当瓦斯浓度超出了安全值，对矿井安全构成危险时，井上和井下各个部门就能及时采取有效的措施加以处理，能够有效地控制和减少瓦斯重大事故的发生，确保矿井的正常安全开采和开矿工人的生命安全。1.2 国家关于煤矿安全危险气体浓度的规定 煤矿安全章程对于井下各点瓦斯浓度如下规定： （1）矿井总回风巷或一翼回风巷风流中瓦斯浓度超过0.75%，矿总工程师必须立即查明原因，进行处理，并报告矿务局总工程师。 （2）开采区回风巷、开采工作面回风巷风流中的瓦斯浓度高于 （3）综合机械化、水采和煤层厚度小于0.8米的保护层的采煤工作面，经抽放瓦斯和增加风量已达到最高允许风速后，其回风巷风流中瓦斯浓度仍不能降低到
14、1%以下时经矿务局局长批准,瓦斯浓度最高不得超过1.5%，并应符合下列要求:工作面的风流控制必须可靠;通风巷必须保持设计断面;必须制定安全措施配有专职瓦斯检查员并安设瓦斯自动检测报警断电装置。 （4）采掘工作面风流中瓦斯浓度达到1%时，必须停止用电钻打眼;放炮地点附近20米以内风流中的瓦斯浓度达到1%时，严禁放炮。采掘工作面风流中瓦斯浓度达到1.5%时，必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理;电动机或其开关地点附近20米以内风流中瓦斯浓度达到1.5%时，必须停止运转，撤出人员，切断电源，进行处理。 （5）采掘工作面内，体积大于0.5立方米的空间，局部积聚瓦斯浓度达到2%时，附近20米内，必
15、须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理。 （6）综合机械化采掘工作面，应在采煤机和掘进机上安设机载式断电仪，当其附近瓦斯浓度达到1%时报警，达到1.5%时必须停止工作，切断采煤机和掘进机的电源。 1.3 国内外研究水平和动向 煤矿生产安全监控系统虽在国内已有生产和应用，但还没有一种真正适合于中小型煤矿使用的产品，我国从八十年代初期开始引进煤矿生产安全监控系统，历经了直接引进、消化吸收、仿制配套、自主开发的过程，但迄今为止的产品大多都是面对大型矿井设计的，而且自身尚有一些有待解决的问题。如: 1、造价高，系统最基本的配置过于庞大，运行费用大。 2、传感器测量稳定性差，调校频繁，寿命短。 3、系
16、统设备可靠性差。 4、必须依赖专业的维护队伍，对人员技术，素质有较高的要求。 国外的监控系统技术理论上讲高于国内发展水平，但应用于国内煤矿尚有一定的局限性，如煤矿管理模式生产方式的不同，价格过高不适于国内煤矿现有条件，除在传感器技术方面可供借鉴外，其它仅具一定参考价值。 综上所述，开发研制适用于中小型煤矿生产安全监控系统的任务迫在眉睫，而根据我国煤矿生产和管理模式，依照我国的有关技术标准，其技术的先进性、产品的可靠性和实用性则是本项目的关键所在。 1.4 本论文的研究内容本设计是基于单片机和GSM的瓦斯检测仪设计。本设计将瓦斯检测仪设计成便携式，开矿工人在井下作业时，可随身携带。系统会随时检测
17、，周围环境，若环境中瓦斯气体的浓度大于1%时，系统会自动报警和启动风扇排气；若瓦斯气体浓度大于4%时，传感器停止工作，以免受到损坏。系统在检测瓦斯气体的同时，也将在LCD显示器上显示瓦斯气体的浓度值和环境温度。并通过GSM将检测到的数据传送给地面上的管理人员的手机。2设计方案及论证2.1 系统模块设计根据设计任务要求，本检测仪模块设计由传感器模块、运算放大模块、A/D转换模块、监控中心模块、LCD显示模块、报警模块、按键模块及GSM无线传输模块等五部组成，各个模块之间的相互关系如图2.1所示。图2.1 系统模块构成2.2 方案选择及论证2.2.1 监控中心模块控制模块是整个系统的核心。各个部件
18、实现的功能是通过控制模块来控制的，各个分模块所有的行为受控制模块调度，执行控制模块的指令，故控制模块是整个系统的核心部分。选择控制模块也就是在一定程度上决定了整个系统的性能。下面是本系统在设计时的两套控制模块的方案。方案一：采用传统的STC89C51RC作为电机的控制核心。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。 方案二：采用MSP430单片机，MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻
19、址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。 综上所述，考虑到单片机的性价比及本设计的任务要求，STC89C51RC能满足本设计要求，本系统选择方案一 。2.2.2 显示模块在本瓦斯检测仪的设计中，显示部分是整个系统不可缺少的一部分。它负责显示瓦斯气体的浓度和环境的温度，在实际的应用中，矿工们可以及时地看到井下瓦斯气体的浓度值，采取相应的措施，保障矿工们的人身安全。选择合适的显示模块元器件是极其重要的。下面是本系统显示模块的方案。方案一：使用液晶显示屏显示温度数字和瓦斯浓度。 液
20、晶显示屏（LCD1602）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点，但是液晶显示屏使用的温度范围很窄，正常工作温度范围为0+55，存储温度范围-2060。 方案二：使用传统的LED数码管显示。 数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称重轻，精确可靠，操作简单。本设计要求显示温度和瓦斯浓度，数码管数量较多，数码管显示占用单片机的引脚较多，且显示效果很差。 综上所述，本系统显示需要，故采用方案一。2.2.3 数据采集模块 传
21、感器模块负责系统的数据采集，是系统与外接接触的最前端。选用合适的传感器采集矿井下的气体数据，在一定程度上关系到井下矿工们的人身安全。下面是本系统传感器模块的选择方案。1.瓦斯传感器方案一：选用MQ214传感器。该传感器常用于家庭和工业的气体检测，因其广泛的检测范围、稳定性好、灵敏度、性价比高、抗干扰性好，而被大量使用。特别对甲烷气体、乙烷气体、丙烷气体尤其敏感。方案二：选用2M007传感器。该传感器对天然气、液化石油气有很高的灵敏度。具有良好的重复性和长期的稳定性，抗干扰。MQ214传感器和2M007传感器都是针对可然气体检测的传感器。他们检测的气体种类有所不同。综上所述，考虑到本系统检测的是
22、矿井中瓦斯气体，该气体主要由甲烷气体构成，而2M007传感器检测甲烷气体的灵敏度没有MQ214传感器对甲烷气体的灵敏度高。故选用方案一2.温度传感器方案一：采用LM35温度传感器，LM35是具有输出电压与摄温标呈线性关系， 0时输出为0V，每升高1，输出电压增加10mV。LM35 有多种不同封装型式， LM35集成温度传感器是TO-92封装，运用LM35DZ温度进行采集。在常温下，LM35不需要额外的校准处理即可达到 1/4的准确率。 其电源供应模式有单电源与正负双电源。采用LM35DZ温度传感器对温度进行检测时，将检测到的温度模拟信号经放大电路部分放大，再由A/D转换器（模数转换）将其放大后
23、的温度模拟信号转换成为数字信号，经处理后由单片机控制进行温度的显示。方案二：采用DS18B20数字温度传感器 ，DS18B20是具有线路简单，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。在温度检测模块中，由于DS18B20的芯片的测温是数字集成温度测量，它的外接电路非常简单，只有三只管脚，一根电源Vcc，一根接地，另外一根接STC89C51的T0端（P3.6），它的温度测量数字转换及单片机的控制，是通过复杂的编程实现的。综合上述，通过比较本次设计任务需要选择采用方案二2.2.4 信号放大模块方案一：LM324系列的四运算放大器既价
24、格便宜又带有真差动输入，与单电源应用的标准运算放大器相比，LM324具有一些显著的优点。LM324四运算放大器可以工作在3.0V和32V之间的电源下。共模输入范围包涵负电源，所以可以消除在许多应用中使用外部偏置元器件。方案二：uA741（单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位综上所述，本设计对运放的要求，通过比较选用方案二2.2.5 模数转换模块模数转换模块的功能是将传感器采集到的模拟数据转换为单片机可以使用的数据量，是外界与单片机的交换窗口。如若
25、与缺少了这一部分，系统将无法进行检测比较。下面是本系统模数转换模块的选择方案。方案一：选用8位并行转换器ADC0809。它是8位8通道的逐次逼近式并行A/D转换器。内部带有8路模拟开关，可对8路输入模拟信号中的任意一路进行转换，ADC0809转换器与单片机连接时需要的接口较多，ADC0809转换器为并行数据转换，转换速度较快，。方案二：选用串行模数转换芯片TLC0832。它与单片机接口简单，体积小，可以对可调电阻的输出电压进行采集，TLC0832与单片机连接时需要的接口较少，转换器为串行数据转换。终上所述，考虑本次设计单片机的接口有限，故选用方案二。3系统的硬件电路设计设计系统的硬件电路是实现
26、系统功能的平台。而选择好硬件电路中的器件就是给这个平台搭建合适的房屋。以使系统更好的实现设计中的功能。本设计的硬件电路由单片机最小系统，传感器信息采集电路设计，显示电路设计，报警电路设计，GSM模块电路设计等部分组成，本设计基于STC89C51单片机为核心的最小系统，此系统大家都比较熟悉，这里不做具体介绍。3. 1 传感器信号采集电路设计MQ214传感器检测的气体主要是甲烷气体，下面分别介绍MQ214传感器的各项工作原理及性能指标。3.1.1 MQ214传感器的基本工作原理气敏传感器MQ214因其广泛的探测范围，可靠性高、敏感度高、稳定性好、寿命长等优点，而被广泛应用于家庭和工业生产中。二氧化
27、锡能敏感的检测到气体，将检测到的气体变为电信号送出到输出端。如果空气中没有敏感成分传感器将不会发热工作。3.1.2 MQ214传感器的主要技术指标及参数 MQ214传感器的主要技术指标见表3.1、表3.2、表3.3所示。表3.1 标准工作条件符号参量名称技术条件标记Vc回路电压6V+0.1AC或是DCRL负载电阻50PH功耗少于100mv20mA表3.2 环境条件符号参量名称技术条件 标记Tao使用温度0-50 Tas存储温度0-70RH相对湿度不少已95%O2氧气浓度21%左右 最小容量20%表3.3 敏感特性符号参量名称技术条件 标记RS敏感电阻50-200检测浓度范围：甲烷 3000pp
28、m20000ppm 丙烷 500ppm10000ppm 丁烷 500ppm10000ppm (3000/1000)异丁烷浓度斜率比率0.6标准检测环境温度：20+2 电压6+0.1湿度：65%+5% 电阻：50预热时间超过24小时 MQ214传感器的敏感特性曲线如图3.4所示。图3.4 MQ214传感器的气体曲线 MQ214传感器的温度和湿度特性如图3.5所示。图3.5 MQ214传感器的温度曲线3.1.3 MQ214传感器的应用设计 MQ214传感器在本系统中的应用如图3.6所示。50104N1V-N1V-图3.6 MQ214的设计应用3.2 放大和模数电路设计3.2.1 uA741运算放大
29、器uA741是高增益运算放大器用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。uA741芯片引脚如图3.7所示。图3.7 uA741芯片引脚图uA741芯片引脚和工作说明： 1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源 ，8空脚。工作温度070；25时，差分输入电压30V；输入电压正负15V；大信号电压增益最小25；电源电压抑制比最小77；电源电流（空载）最大3.3；输入共模电压范围；输入失调电压最大6V；输入偏置电流最大200。3.2.2 TL
30、C0832引脚功能及工作原理1. TLC0832的引脚功能。TLC0832是一种8位分辨率的串行模数转换芯片，该芯片有两个模拟通道，与单机口简单，体积小。TLC0832的引脚图如图3.8所示。 图3.8 TLC0832引脚图TLC0832的引脚功能为： CS 片选使能，低电平芯片使用。 CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/- 使用。 CH1 模拟输入通道1，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。TLC0832适应一般的模拟量转换要求；其内
31、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32uS，具有双数据输出，可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度可且稳定性强；独立的芯片使能输入，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。MQ214随温度和气体的浓度内部电阻相应的变化，根据串联分压，使得输入uA741电压随之的变化，由于TLC0832是8位模数转换器，放大后模拟信号的电压约5V,(5/ 256)=0.1953125，电压每升高0.1953125，对应二进制数加1。实现模拟和数字信号的一一对应。TLC0832的工作时序TLC0832的工作时序如图3
32、.5所示，当TLC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁止，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，需先将CS端置低电平并且保持低电平直至转换完毕。如图3.9所示。 图3.9 TLC0832时序图 3.3 液晶显示电路显示电路设计如图3.10所示。图3.10 显示单路图3.4 声音报警电路报警电路采用蜂鸣器作为声音报警装置，提示使用人员当前的气体浓度已经超出安全值，应立即停止工作，进行相应的处理，避免危险发生。它与液晶显示配合使用，能够有效地提示工作人员身边的环境，当环境的瓦斯浓度高出安全值时，帮助工作人员提高安全警惕。报警电路中当P1.6口的电平是低电平时，三极管截
33、止；当P1.6口高电平时，三级管导通，蜂鸣器产生声音报警。电路如图3.11所示。图3.11 蜂鸣器报警电路3.5 GSM模块 随着全球移动通信系统（GSM）移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈，新技术和新业务的开发和应用现在已经提到了十分重要的位置，短信息服务业务作为GSM网络的一项基本业务，现在已经得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于此业务的各种应用也蓬勃发展起来。3.5.1 GSM网络GSM是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，属于第二代移动技术，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在世界各地进行通信。我国于20世纪90年代初引进采用此
34、项技术标准。在此之前一直采用窝蜂式模拟移动技术，即第一代GSM技术。目前，中国移动、联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网络。 3.5.2 GSM系统的主要组成 GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分可分为移动台、基站子系统和网络子系统。 1 移动台 移动台（MS）即便携式手机包括用户识别模块SIM卡和硬件设备一起组成移动台。没有SIM卡MS是不能接入GSM网络的，紧急业务除外。 2 基站子系统 基站子系统由基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）组成。基站收发台（BTS）包括无线传输所需要的各种硬件和软件。基站控制器（BSC）是连接基站收发台和移动交换中心的，能够让基站收发台与操作维
35、修中心相互联系。 3 网络子系统 网络子系统包含移动交换中心（MSC）、操作维护中心（OMC）、原地位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）、鉴权中心(AUC)和设备标志寄存器(EIR)等组成。 3.5.3 GSM系统信道分类 1 业务信道。业务信道(TCH)用于传输话音和数据。话音业务信道按速率的不同,可分为全速率话音业务信道(TCH/FS)和半速率话音业务信(TCH/HS)。同样,数据业务信道按速率的不同,也分为全速率数据业务信道,如TCH/F9.6,TCH/F4.8,TCH/F2.4和半速率数据业务信道. 如 TCH/H4.8TCH/H2.4)。 2 控制信道。控制信道(CCH)用
36、于传输各种指令信息。GSM通信系统为了传输所需的各种信令,设置了各自专门的控制信道。这样不仅增强系统的控制功能,也保证语音的通信质量。在模拟蜂窝系统中,要在通话进行过程中,利用“中断猝发”的控制方式控制信息的传输。控制信道主要分为广播信息、公共控制信道和专用控制信道。 3.5.4 TC35的控制简介 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,可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。在远程监控和无线公话以及无线POS终端等领域您都能看到TC35无线模块在发挥作用。在可以预见的将来,
37、这些产品可以很容易向GPRS领域过度,这样一来,在日后花费较少的成本就可以开发出对瓦斯监测联网控制的系统。 TC35是一款无线通信GSM模块。自带RS232通讯接口，可以与上位机进行通讯。也可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的无线数据传输、语音传输、发送短信和传真等。TC35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。 模块有AT指令集接口,支持文本模式和PDU模式短消息、第三组的二类传真、以及2.4k、4.8k和9.6k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
38、等模式。通过ZIF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50的天线连接器，可分别连接SIM之家和天线。 TC35模块主要由GSM基带处理、GSM射频模块、供电模块、ASIC、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终端内的育婴、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FR、HR和EFR语音信道编码。 如图3.12所示。图3.11 GSM模块电路图 在本设计中，单片机STC89C51串口通过OC门7407芯片完成对TC35的初始化和短消息的收发功能。TC
39、35模块是西门子公司生产的GSM调制解器，它提供RS232数据口，采取AT指令，符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，并内置微控制器将GSP接收模块和GSM模块合在一起。GSM模块和单片机通过40针的数据电缆相连接。TC35模块的数据接口是CMOS电平（高电平2.65V）,单片机和TC35模块的接口细节。需要注意到的是TC35模块是作为数据通信设备来连接，而不像一般的调制解调器作为数据终端设备进行连接。3.5.5 TC35与单片机连接方法 TC35模块主要通过串口与单片机进行连接，从而可以实现单片机对TC35模块的控制。虽然TC35的串口提供了许多控制线，但由于考虑到设计接口的简单性
40、，并且与单片机的UART进行连接，所以只需用单片机的RXD和TXD与TC35的RXD和TXD管脚相连接实现对TC35的控制，注意对TC35来说的TXD是信号输入脚连接单片机的TXD，RXD是信号输出脚连接单片机的RXD。对于TC35的其它管脚在不使用的时候，如果该管脚为输出时，一般将该管脚悬空，如果该管脚为输入管脚，则需要将该管脚通过10的电阻上拉。另外由于/IGT管脚是控制TC35模块工作的管脚，所以需要将该管脚上拉，并且将该管脚与单片机进行连接，从而可以通过单片机来控制TC35模块的工作状态。在设计时需要考虑TC35模块的电源管脚并连在一起，由于TC35是一个功能完全的模块，因此这里不需要
41、做任何的信号处理和射频处理。另外TC35模块还需要连接SIM卡座，这样才能够实现一个完整独立的GSM终端。TC35和单片机连接图如图3.13所示。211819图3.13 TC35和单片机连接图4 系统软件流程系统程序由键盘控制程序设计，瓦斯采样程序设计，温度采样程序设计，报警程序设计，单片机控制TC35模块程序设计等部分组成。4.1 主程序设计流程图 程序流程图如图4-1所示。首先进行初始化程序，始化结束后，系统进入天然气浓度的检测、报警状态。初始化程序包括串口初始化、LCD1602初始化、TLC0832初始化、开总中断、开定时中断、设置定时方式、给定时器付初值等。STC89C51RC单片机对
42、TLC0832传送的气体浓度信号进行处理，将浓度值与报警限设定值相比较，判断是否报警。当检测浓度值高于报警限时，开启报警。延时一段时间再次检测天然气浓度。系统程序主路程图如图4.1所示。 开始初始化采样数据设定值浓度采样不报警延时声光报警短信报警图4.1系统主流程图4.2 单片机对TC35模块的控制TC35模块采用AT指令。单片机通过正确的AT指令对TC35模块初始化和短信息的收发。对短消息的控制共有三种模式：Block模式，PUD模式， Text模式。Block模式需要手机生产商提供驱动，目前已经被PUD取代，又因为Text模式进行短消息时不支持中文短息，所以本设计采用PUD模式进行短消息的
43、接受和发送。单片机通过以下AT指令对短消息进行控制。表 4.1 AT部分指令功能详解 AT指令功能描述AT+CMGF=1选择短信格式为TEXT模式AT+CMGS发送短信息AT+CMGR读取短信息AT+CMGD=0删除全部短信息4.3 程序及子程序流程图设计瓦斯浓度、温度采集程序流程图4.2、图4.3所示 。 检测存在脉冲跳过ROM指令写入一位控制指令读入一位浓度度数读浓度流程传感器复位是否写完是否写完跳过ROM指令检测存在脉冲写入一位控制指令读入一位温度度数读温度流程传感器复位是否写完是否写完否是是否否是否是 图4.2瓦斯浓度采集程序流程图 图4.3温度采集程序流程图 液晶显示程序流程图如图4
44、.4所示。报警程序流程图如图4.5所示。液晶屏幕初始化写入显示模式写入显示地址写入显示符号是否收到报错写入显示温度和瓦斯浓度报警启动报警子程序是否收到报错声光报警器报警短信报警不报警否是否是图4.4显示流程图 是否否图4.5报警程序流程图短信接收与处理流程如图4.6所示。获取短信中心号码初始化串口开始测试设备结束开始串口设置短信息格式输入对方号码短信内容短信编码发送短信关闭串口图4.6 短信发送流程的流程图具体程序如下#include#include #include #include #include TLC0832.h#define uchar unsigned char #define
45、uint unsigned int #include unsigned char TLC0832() unsigned char i,adval; adval = 0x00; CS=1; Clk=0; CS=0; /初始化 DATI = 1; _nop_(); Clk = 1; DATI = 1; Clk = 0; _nop_(); Clk = 1; _nop_(); DATI = 0; Clk =0; _nop_(); Clk = 1; Clk =0; for( i = 0;i 8;i+ ) /读取前8位的值 _nop_(); adval = 1; Clk = 1; _nop_(); Clk = 0; if (DAT