温室大棚卷帘机控制系统总体专业技术方案设计.docx

1、单片机汇编语言程序设计师毕业论文目录第一章绪论21.1 背景介绍21.2 相关技术的情况21.3 设计的意义2第二章总体设计方案32.1 结构设计32.2 本设计主要功能流程图3第三章硬件设计模块53.1 单片机主控制模块53.2 GSM 短信收发模块63.3 温度显示模块83.4 矩阵键盘模块103.5 步进电机仿卷帘机模块11第四章软件设计134.1 程序设计总流程图134.2 GSM 短信模块程序设计144.3 DS18B20 程序设计164.41602 液晶程序设计194.5 矩阵键盘程序设计224.6 步进电机程序设计24第五章调试与总结275.1调试275.2总结27致谢29参考文

2、献30附录315第一章绪论1.1 背景介绍2009 年 12 月 8 日傍晚，福兴地某村一位中年妇女到自家大棚上放草帘， 由于没有及时停住卷帘机，导致绳子在铁杆上反缠，该妇女去拉绳子时，不慎被绳子缠住围巾，最终被勒住颈部，当场死亡。1.2 相关技术的情况目前使用的温室大棚卷帘机是靠人工送电，以达到控制卷帘机升降的目的， 存在着很大的安全隐患。卷帘机本是帮助人们干活的工具，可有时却成了杀人工具，而且不管温室中是否有劳动任务，管理人员必须亲自到温室按动按键实现卷帘机的升降，浪费了时间。1.3 设计的意义本设计以发送短信的方式来控制卷帘机的升降，通过远程控制，就能实现卷帘机的自动升降，一方面可以有效

3、的避免类似上述情况的发生，另一方面可减轻管理人员的劳动强度，在温室中没有劳动任务的时候不必亲自到温室，仅仅为实现大棚帘子的升降，节省了时间。同时本设计外加其他功能，一方面能检测室内温度，将温度以短信的形式发给管理人员，使管理人员能够及时准确的了解温室内的温度情况，及时实现对温室大棚的通风，使作物获得适宜的生长温度，有利于作物的生长；另一功能就是当室内温度过低时，卷帘机能够自动放帘，以保证室内基本恒温，缩短蔬菜生长周期，使蔬菜提前上市，提高经济效益。第二章总体设计方案温室大棚卷帘机控制系统总体方案设计是根据其功能而设计的，从全局的角度，以系统的观点而进行整体方面的设计，主要由 GSM 短信收发模

4、块、温度显示模块、矩阵键盘设置模块，步进电机模拟卷帘机模块等组成。2.1 结构设计 单片机AT89S52GSM 短信收发模块按键设置模块 温度检测模块卷帘机升降控制1602 液晶显示模块（图 2-1 总体框架结构图）其中 AT89S52 单片机作为本系统的主控制模块。按键设置模块可设置最低报警温度和管理人员手机号码。GSM 模块中的短信内容由单片机进行判别，如读到升起的指令，卷帘机往上卷，若为降指令，则往下卷。同时 18B20 温度传感器将检测到的温度传输到 LCD 显示，温度一旦低于设置的值，单片机发短信给 GSM，提示管理人员降下帘子。2.2 本设计主要功能流程图（图 2-2功能流程图）小

5、节：本章对该设计的总体框架结构体系设计进行了论述，并对该设计的功能通过流程图的形式进行了介绍,硬件及软件模块的设计分别在第三章、第四章给以介绍。第三章硬件设计模块温室大棚卷帘机控制系统硬件模块主要由单片机主控制模块、GSM 短信收发模块、温度显示模块、按键模块、步进电机仿卷帘机五大模块组成。下面分别对五大模块进行分析。3.1 单片机主控制模块本模块主要由单片机最小系统搭建而成，主要包括复位电路与时钟电路两大部分，这里单片机主要进行计算，判断，进制转换等一系列工作，也是整个系统中最关键的部分，下面具体介绍一下单片机主控制模块的各个组成。3.1.1 AT89S52 功能简介AT89S52 和 AT

6、89S51（如图）基本是一样的，S52 比 S51 多一个定时器，由于 S52 的定时器 2 不常用，故在此我们讨论 S51，它是一个低功耗，高性能CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元， 功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51 具

7、有如下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM）， 32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。单片机汇编语言程序设计师毕业论文( 图 3-1-1AT89S51 引脚图 )3.1.2 复位电路为确保单片机系统中电 路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的 部分， 复位电路有上电自动复位和按键复位两种，这里采用按键复位。其工作电路图（3.1.2）。3.1.3 时钟电路时钟电路是单片机工作的心脏，它控制

8、着单片机的工作节奏，单片机就是通过复杂的时序电路完成不同指令功能的。时钟的工作电路图如（3.1.3）。（ 图 3-1-2复位电路）（ 图 3-1-3时钟电路）3.2 GSM 短信收发模块GSM 短信收发的主要功能是收发短信，当温度低于设定的值时自动给管理人员发送短信，给以报警提示，同时接受管理人员回复的短信，通过单片机判断短信内容，控制卷帘机的升降。3.2.1 TC35 模块简介TC35 是 Siemens 公司推出的新一代无线通信 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。模块的工作电压为63.3 5.5V

9、，可以工作在 900MHz 和单片机汇编语言程序设计师毕业论文1800MHz 两个频段，所在频段功耗分别为 2W（900M）和 1W（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2.4k，4.8k，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 等模式。通过独特的40 引脚的 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 天线连接器，可分别连接 SIM 卡支架和天线。3.2.2TC35 引脚极其用法简介TC35

10、 有 40 个引脚，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)，2429 引脚为 SIM 卡连接端；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 TC35 通电后必须给 IGT 一个大于 100 mV 的低电平，模块才能启动。30 引脚为 RTC BACK up；31 引脚为掉电控制；32 引脚为 SYNC，1623 引脚为数据输入输出端。启动电路由漏极开路三极管控制。在这里，着重介绍

11、下 SYNC 引脚，因为该引脚可以很好的反映 TC35 的工作状态。SYNC 引脚可以用来输出一个同步信号（synchronization signal），也可以在应用时来控制一个 LED 灯的输出状态。SYNC 端通过一个三极管或门电路来控制 LED。一个简单的电路接法是：SYNC 端通过一电阻接到 NPN 三极管（如 9013）的基极，射极直接接地， 集电极通过一个接限流电阻接到 LED 的负端，LED 的正端接 VCC。LED 的工作模式完全类同于同步信号，显示的是 TC35 的工作状态：【1】LED 灯灭，表示 TC35 电源关闭，处于休眠、报警或单纯的充电模式【2】600 ms 亮

12、/ 600ms 灭，表示未插入 SIM 卡，或者个人身份未登记/已注销，或者网络正在搜寻中，或者正在进行管理人员身份鉴定，或者网络注册正在进行中【3】75ms 亮 / 3s 灭，表示网络注册成功（控制通道和管理人员交换信息完成），无来电31【4】LED 灯亮，依据不同的呼叫类型：声音呼叫，数据呼叫，在建立或者完毕时的状态。3.3 温度显示模块本模块主要通过 DS18B20 温度传感器采集室内温度，将实时温度显示在LCD 液晶上，并且当温度低于设定温度时，将温度值发送给管理人员，让管理人员知道温室内温度变化。3.3.1 DS18B20 温度传感器（1）DS18B20 温度传感器简介DS18B20

13、 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位的数字值读数方式独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为 3.05.5V；零待机功耗。零待机功耗；温度以或位数字；管理人员可定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。（2） 温度检测电路温度检测采用数字温度计

14、DS18B20。如图（3.3.1）（图 3-3-1）3.3.2 1602 字符型 LCD 液晶屏（1） LCD 简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD， 目前常用 16*1，16*2，20*2 和 40*2 行等的模块。本次设计选用的是长沙太阳人电子有限公司的 1602 字符型液晶显示器，下面介绍其用法。一般 1602 字符型液晶显示器实物如图 3-3-2-1：引脚功能说明（图 3-3-2-1）1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下：第 1 脚：VSS 为地电源。第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。第 3

15、 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线

16、。第 15 脚：背光源正极。第 16 脚：背光源负极。（2） LCD 显示电路本设计液晶显示模块的设计如下图（3-3-2-2）所示,该电路实现的功能是：通过 AT89S52 的 P00P07 八个口输出控制信号，控制液晶的 8 位双向数据线，通过单片机的 P2.0、P2.1、P2.2 向液晶模块发送命令，控制液晶执行各种命令，其中 P2.2 控制液晶的使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令，P2.1 控制液晶模块的读写，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当P2.0 和 P2.1 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 P2.0 为低电平 P2.1 为高电平时可以读

17、忙信号，当 P2.0 为高电平 P2.1 为低电平时可以写入数据,P2.0 控制寄存器的选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。3.4 矩阵键盘模块（图 3-3-2-2）矩阵键盘主要用来对最低温度和管理人员手机号码的设置，可以随时改变数值，更符合实际生产的要求。3.4.1 44 矩阵键盘的工作原理矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用 4 条 I/O 线作为行线，4 条 I/O 线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是 44 个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中 I/O 口的利用率。3.4.2 键盘电路设计矩阵键盘引脚接法及其

18、电路图 3-4-2：P2.0S4S5S6S7P2.1S8S9S10S11P2.2S12S13S14S15P2.3 P2.4 P2.5 P2.6P2.7（图 3-4-2）3.5 步进电机仿卷帘机模块现实生活中本模块是卷帘机控制，卷帘机主要由直流电机和减速器组成。本设计用二相四线步进电机模拟卷帘机的升降。3.5.1 步进电机的工作原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)， 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率

19、来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为 100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。3.5.2 步进电机模拟卷帘机的设计本设计步进电机及驱动器模块设计的电路如图所示，VCC 接 12V 电源， GND 接地，A+、A-，B+、B-分别连接步进电机的四根接线，CP+、CP-、CW+、CW-分别连接单片机 P10P13 口。该电路实现的功能是：通过 AT89S51 的 P10、P11、P12、P13 四个口输出

20、四个信号， 其中 P10、P12 口输出控制水平方向和垂直方向脉冲的个数，即两个方向上的位移量；P11、P13 口控制步进电机的转动方向，即正反转。控制过程为：单片机接受键盘传来的信号，通过 P1 的四个口输出控制信号， 通过硬件接线，发送到步进电机的驱动器，通过驱动器控制步进电机的转向和转角。当然，其中还包括单片机的内部振荡电路，驱动器匹配的电路等的设计。（图 3-5-2） 步进电机及驱动器模块设计电路图引脚功能说明P10、P12（1、3 脚）：接步进驱动器，传递脉冲个数；P11、P13（2、4 脚）：控制电机的转动方向；小节：本章节对单片机主控制模块、GSM 短信收发模块、温度显示模块、按

21、键模块、步进电机仿卷帘机模块分别进行了介绍，里面对各模块的重点，难点及注意点进行了很仔细的分析与讲解。第四章软件设计温室大棚卷帘机控制系统软件设计主要由 GSM 短信模块程序设计，DS18B20 程序设计，1602 液晶程序设计，矩阵键盘程序设计及步进电机程序组成。每一模块都是先单独调试，最后整体调试的。下面分别介绍一下各模块的程序设计过程及注意点。4.1 程序设计总流程图（图 4-1功能流程图）4.2 GSM 短信模块程序设计GSM 模块与手机之间的通信协议是一些 AT 指令集， 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。

22、所以本模块的程序设计主要以发送 AT 指令为着手点。用 AT 命令设置 TC35 的参数时，必须先要将命令写入串口，然后通过读取串口的应答数据来判断是否成功。一般 AT 命令发送成功时，会返回数据“OK，表示 AT 命令执行成功。在短消息模块设计的过程中，对于 TC35 的相关参数要进行设置。具体应用到的 AT 指令如下：(1) 设置发送模式短消息收发时，必须要用 AT 命令设置 TC35 的发送和接收模式。在收发短消息时，必须按照设置的模式对发送和接收的数据进行相应编码和解码。其中， 设置 PDU 模式的命令为“AT+CMGF=1 回车“。(2) 设置服务中心号码根据前面介绍短消息收发技术原

23、理，短消息的传输总是由处于 GSM 外部的短消息服务中心进行中继。每个消息有自己的目的地或起源地，但只与用户和SMSC 有关，因此要根据 SIM 卡的营运商设置相应的服务中心。如设置徐州联通公司服务中心的命令是， “AT+CSCA=008613010350500回车“。(3) 短消息发送在短消息发送时，使用以下命令将短信发出去： atcmgf1 回车atcsmp17，167，0，0 回车atcscsgsm 回车atcmgs手机号码 回车输入短信内容 text 格式 （注：“ ” ASCII 值为 26，即 1AH ）发送短信子程序如下：；=；发送短信程序；=MAIN:MOVSP,#53H；设置

24、堆栈指针MOV 78H,#20H；设置要发送的数据块的首末地址MOV 77H,#00H MOV 76H,#20H MOV 75H,#40HACALL TRANS；调用发送子程序SJMP$TRANS:MOVSBUF ,78H；发送地址高 8 位WAT1:JNBTI,WAT1CLRTIMOVSBUF ,77H；发送地址低 8 位WAT2:JNBTI,WAT2CLRTIMOVSBUF ,76H；发送地址高 8 位WAT3:JNBTI,WAT3CLRTIMOVSBUF ,75H；发送地址低 8 位WAT4:JNBTI,WAT4CLRTIMOVIE,#90H；打开中断允许寄存器，采用中断方式发送数据MO

25、V DPH,78H MOV DPL,77H MOVX A,DPTRMOV SBUF,A；发送首个数据WAIT:JNBF0,WAIT RETCOM_INT: CLRTI；关发送中断标志位 TIINC DPTR；数据指针加 1，准备发送下一个数据MOVA,DPH；判断当前被发送的数据地址是不是末地址CJNEA,76H,END1；不是末地址则跳转MOVA,DPLCJNEA,75H,END1SETEFO；数据发送完毕，置 1 标志位CLRES；关串行口中断CLREA；关中断RETI；中断返回END1:MOVXA,DPTR；将要发送的数据送累加器，准备发送MOVSBUF,A；发送数据RETI；中断返回4

26、.3DS18B20 程序设计DS18B20 温度传感器是 DALLAS 公司生产的单总线器件，在一根线上进行全部的信息传输，因为硬件简单，所以软件设计相对麻烦，对时序掌控精度要求较高。4.3.1 写 18B20 程序设计主机要生存一个写时间隙，必须把数据线拉低到低电平然后释放，写时间间隙开始后的 15us 内允许数据线拉倒高电平。主机要生成一个写 0 间隙，必须把数据线拉低电平并保持 60us，如图 4.3.1 所示。（图 4-3-1DS18B20 写时序图）写 18b20 子程序的汇编程序如下：;=;写 DS18B20 的子程序(有具体的时序要求);= WRITE_1820:MOVR2,#8

27、;一共 8 位数据CLRCWR1:CLRDQMOVR3, #6DJNZR3, $RRCAMOVDQ, CMOVR3,#23DJNZR3,$SETBDQ NOPDJNZR2,WR1SETBDQ RET4.3.2 读 18B20 程序设计主机生成读时间间隙，从 ds18b20 输出的数据在读间隙的下降沿出现的 15us内有效，因此主机停止 I/O 口的操作，以读取 I/O 口的值，如图 4.3.2 所示。(图 4-3-2DS18B20 读时序图)读 18b20 子程序的汇编程序如下：;=;读 DS18B20 的程序;=READ_18200:MOV R4,#2;将温度高位和低位从 DS18B20 中

28、读出MOV R1,#TEMPER_L;低位存入 TEMPER_L(TEMPER_L); 高位存入(TEMPER_H)RE00:MOV R2,#8;数据一共有 8 位RE01:CLR CSETBDQNOP NOP CLR DQ NOP NOP NOPSETBDQ MOV R3,#9RE10:DJNZR3,RE10MOV C,DQ MOV R3,#23RE20:DJNZ R3,RE20RRC ADJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1DJNZ R4,RE00RET单线总线的空闲状态是高电平。无论任何理由需要暂停某一执行过程时，如果还想恢复执行的话，总线必须停留在空闲状态。在恢复期间

29、，如果单线总线处于非活动（高电平）状态，位与位间的回复时间可以无限长。如果总线停留在低电平超过 480us，总线上所有的器件都将复位。执行序列通过单线总线端口访问 DS18B20 的协议流程图如下：（图4-3-2协议流程图 ）4.4 1602 液晶程序设计液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图 4.4 是 1602 的内部显示地址。（图 4-41602LCD 内部显示地址）例如第二行第一个字符的地址是 40H，那么是否直接写入 40H 就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位 D7 恒定为高电平 1 所以实际写入的数据应该是 01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。4.4.1 1602 初始化的程序设计