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基于GSM和MCU的监控系统研究

作　者: 张成瑞
导　师: 李见为
学　校: 重庆大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 环境监控 GSM MCU 短信收发 μC/OS-Ⅱ
分类号: TN929.532
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,家庭、企业环境监控问题日益突出,社会安防设备的需求越来越大。中国每年的安防监控设备制造业产值也以高速增长。如今市场上的安监产品多种多样,涉及到环境监控与报警、防盗、身份识别等,在家庭、企业、自然生态环境中,安防监控设备随处可见。特别是对于个人和企业用户,生产生活环境监控越来越重要,为满足家庭和企业用户大量使用且满足多种多样的监控需求,寻找一种可靠、成熟、易用、多功能、低成本的监控手段显得越来越重要。基于上述考虑,本文设计和实现了基于GSM网络和单片MCU(Micro Control Unit)的家庭企业用监控系统,即通过GSM网络收发短信这一人们熟知的手段,实现监控信息的传递,采用低成本高可靠的国产新型8051单片机控制核心,并通过将嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ移植到单片机上,并以其为平台,实现了短信收发、人机界面交互、信息采集处理与存储等设计要求。全文的内容综合起来有以下几个方面:1)研究和总结中国当前安监市场的现状,通过分析市场上现有的安监产品及案件技术,提出本文的设计目的,即面向家庭企业可燃气体污染物浓度、温度监控与报警的监控设备。并提出了设计指标与主要技术手段。2)完成元件的选型,对各个技术手段加以研究和介绍。本文首先简述了GSM网络及AT指令,介绍了两者的发展、参数及其他特点。并采用稳定可靠的GSM模块TC35i作为本设计的短信收发前端。然后介绍了8051单片机的性能特点,在此基础上介绍和分析了一种新型国产高性能国产8051单片机STC11F60XE的性能和特点,并将其选作为控制MCU。最后本文介绍了嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的特点,并论述了将其移植到STC11F60XE上的可行性、注意事项以及使用其带来的好处。3)基于上述的基础性研究,本文首先进行了系统硬件部分的设计,这部分包括GSM模块外围电路设计及单片机控制电路两大部分。其中后者又包括环境信息提取、人机界面交互、单片机I/O扩展、外部中断触发、串口通讯、掉电存储、实时时钟等硬件电路部分。本文详细叙述了硬件电路的设计方法以及部分IC器件的原理和使用方法。最后采用AD6.9设计了系统原理图及PCB图。4)软件设计方面,首先设计了MCU控制收发短信息的方法及程序,设计了MCU控制GSM模块TC35i初始化及正常工作的控制方法与流程。然后成功将嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ移植到了STC11F60XE上,并测试了移植后的性能及效果。基于这两个基础性的软件设计任务,本文设计并调试成功了MCU控制子模块、子任务的方法与程序,最后将各个模块整合调试,实现了设计目的。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-12
  1.1 本课题提出的背景和意义  9-10
    1.1.1 课题背景  9
    1.1.2 各种安防技术综述  9-10
  1.2 本课题的研究内容  10-11
  1.3 本章小结  11-12
2 总体设计  12-23
  2.1 设计分析  12
  2.2 功能设计  12-13
  2.3 GSM 网络与短信业务SMS  13-16
    2.3.1 GSM 网络  13-14
    2.3.2 短消息业务SMS  14-15
    2.3.3 GSM 模块与AT 指令  15-16
  2.4 嵌入式微控制器MCU  16-20
    2.4.1 8051 单片机简述  16-18
    2.4.2 STC11F60XE 高性能国产1T 8051 单片机  18-20
  2.5 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ  20-22
    2.5.1 μC/OS-Ⅱ 实时操作系统概述  20-21
    2.5.2 采用μC/OS-Ⅱ 实时操作系统的可行性  21-22
  2.6 本章小结  22-23
3 硬件设计  23-39
  3.1 TC35i 外围电路  23-26
    3.1.1 TC35i 模块  23
    3.1.2 TC35i 的使用  23-26
  3.2 单片机控制电路  26-38
    3.2.1 引脚复用与状态保持  26-27
    3.2.2 人机界面设计—键盘、LCD 显示  27-30
    3.2.3 环境信息提取  30-32
    3.2.4 电源管理  32-34
    3.2.5 其他  34-38
  3.3 本章小结  38-39
4 软件设计  39-56
  4.1 TC35i 的AT 指令操作  39-43
    4.1.1 短信接收  39-40
    4.1.2 短信发送  40-42
    4.1.3 其他  42-43
  4.2 μC/OS-Ⅱ 在STC11F60E 单片机上的移植  43-49
    4.2.1 移植需要做的工作  43-45
    4.2.2 具体移植方法与移植过程  45-48
    4.2.3 移植后的测试与注意事项  48-49
  4.3 具体软件设计  49-53
    4.3.1 几个重要任务的具体实现说明  49-52
    4.3.2 系统程序流程图  52-53
  4.4 实物图片及使用示例  53-55
    4.4.1 实物图  53-54
    4.4.2 使用示例  54-55
  4.5 本章小结  55-56
5 总结与展望  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-62
附录  62
  A 作者在攻读硕士期间发表的论文情况  62

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