基于AT89S52的远程电源监控系统设计

    1  引言

        近两年来，随着电源技术的发展，各种电源设备的可靠性和智能化的不断提高，计算机技术的飞速发展，都给实现集中监控，无人管理提高了技术基础。本文设计开发的系统具体研究内容就是利用计算机硬件以及无线通信技术，开发出一套新型远程电源监控系统，具有成本低廉、使用简单、维护便捷、管理方便等特点。由于该系统通过监控设备的电源运行情况来反映设备的运行情况，因此，该系统可以将需要监控的设备组成一个完整的监控网络。该系统即可以用一对一通信的方式，也可以用一对多的通信方式来实现，灵活实用。 
        2  系统组成及工作原理

        2.1  系统组成概述

        系统分为监测中心站和远程监测分站两部分：监测中心站主要由监测中心站服务器、GSM无线通信模块、数据库系统及其应用软件组成；远程监测分站主要由AT89S52单片机及外围电路、温度传感器和GSM无线通信模块(TC35i)组成。监测中心控制GSM无线通信模块收发短消息，接收各监测分站采集的温度数据,然后对数据进行显示、处理和打印等。远程监测分站实现温度数据的采集、处理和显示。同时控制GSM无线通信模块收发短消息。监测中心站与远程监测分站之间通过GSM网络实现无线远程通信。实现了基于GSM网络的远程监测系统。

        2.2   硬件电路组成

        该系统的MCU采用Atmel公司生产的AT89S52单片机。它是一种低功耗、高性能CMOS 8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AT89s52单片机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。

        温度传感模块的传感器件使用的是DS18B20传感器。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数字温度传感器[22]，具有以下特点：3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围从-55℃到+125℃，在﹣10℃至﹢85℃温度范围内具有±0.5℃精度；可根据实际要求通过编程实现9至12位的分辨率，能分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的温度信息转换；独特的单线总线接口，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理器的通信。因此，使用DS18B20可以节省大量的端口和逻辑电路，使系统结构更趋简单，可靠性更高。单片机外围电路如图1所示。  

图1  单片机外围电路

    本设计选用的GSM模块是西门子TC35系列的TC35i。这是西门子推出的最新的无线模块，功能与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。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1-14脚为电源部分，其中1-5为电源电压输入端Vbatt+, 6-10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AUUU-IEMP接负温度系数的热敏电阻，24-29为SIM卡引脚，分别为UCIN、 UCRSI、 UCIU、 UUCLK、CCVCC和CCGND， 33-40为语音接口用来接电话手柄，15、 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，16-23为数据输入/输出，分别为DSRO、 RINGO、 RxDO、 TxDO、 CTSO、 RTSO、 DTRO和DCDO。TC35i外围电路如图2所示：
                               

图2  TC35i外围电路

        2.3  系统软件工作原理

    本系统的软件设计主要包括两大部分，即监控端的程序设计和中心服务器端的程序设计。这两大部分分别完成不同的功能，又互相配合共同完成对电源的远程监控功能。其中监控端的程序设计思想是：正常情况下微控制器自动地完成对设备电源状态的循环检测。如果监控到电源电流出现异常，则微控制器通过AT命令控制GSM调制模块向中心服务器端或移动终端发送短消息报警；而用户可以通过手机或Internet等其他不同的短信实体发出相应的控制命令，通过GSM网络传送给模块，从而使得微控制器AT89S52接收并解释相应的命令，同时作出相应的动作，比如修改参数设置、查询当前设备运行情况，设置用户中心号码等。利用C语言进行编程，通过开发平台配合仿真器调试成功后将目标代码写入单片机，完成嵌入式系统程序设计。而服务器端的程序设计分为两部分：一是数据处理部分，包括串口通信、短消息的发收处理程序，系统界面的设计以及处理后存入数据库的功能；二是数据库部分，实现设备电源的各种数据存储，方便以后进行查询与管理。

    监控端程序的主要功能以信息接收，信息处理和信息发送为主。监控系统不断的往目标机发送实时电源的工作状态又要接收目标机对监控系统的参数设置，选用查询的方式显然不可取。因此，本系统的软件设计是将整个短信处理模块放入MCU的中断服务子程序中，用来提高MCU利用的效率及响应的及时性。52系列单片机在MPLAB平台下支持C语言编程，由于监控端程序涉及到大量的编解码以及要实现的功能比较复杂的特点，充分利用C语言的高级语言特性。采用结构化程序设计的方法，根据自顶向下，逐步细化的原则，将个功能分为不同的模块来实现。这样既便于分块调试，也便于日后部分功能的修改。系统主程序流程图如图3所示。

图3  系统主程序流程图

    3 结语

    本文对GSM远程温度监测系统硬件和软件设计进行说明。温度检测采用DSl8B20．非常适用于多点、恶劣环境下的温度监测系统。GSM模块利于系统集成，成本较低，运行稳定可靠，适用于远距离监测，不受地形条件的限制，有着广泛的应用前景。

参考文献：
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[2] 李寿林,张鹰，李秀萍.利用GSM无线模块收发短消息[J].计算机与数字工程,2005.07:79-84
[3] 郭红霞 潘斌 ．Cygnal C8051F020 控制TC35i的无线终端的设计[J]．仪器仪表用户，2004.04：75-78
[4] 颜景斌 周永勤 杨 罡 于长胜.基于GSM的供热网远程监测系统设计[J].测控技术，2005.03：33-35
[5] 常旭东,洪 丽,王志福,.基于短消息的远程报警和控制系统[J].江西科学，第24卷（2006），第2期：191－194