基于单片机控制的无线城市道路交通LED显示导引系统

摘要随着GPRS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已经提到一个十分重要的位置。短消息业务（SMS）作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。本文提出了一种基于GPRS短消息的远程引导系统，在给出系统的总体设计的基础上，设计了系统的硬件和软件，并对其应用领域作了一些探讨和研究。系统的硬件设计中，对主要硬件SIM300和MSP430F149单片机及其外围电路进行了详细的讲述。系统分为两个部分进行设计——监测引导中心站和远程监测分站：监测中心站硬件包括一台PC机，GPRS通信模块SIM300，两者通过RS232连接；远程监测分站硬件包括GPRS通信模块SIM300，MSP430F149单片机，显示单元，各种传感器和数据采集与处理单元。系统的软件设计包括监测中心站软件设计和远程监测分站软件设计。监测中心站软件设计采用VC++ 6.0，给出通用串行通信控件MSComm的使用方法，并完成了界面设计、数据的接收与发送以及保存等功能。关键词：GPRS；短消息；SIM300；MSP4301.1课题背景进入21世纪，移动通信技术以惊人的速度迅猛发展。无论是CDMA、2.5G还是3G，移动通信的发展目标都是在更好的语音通信之外，向用户提供更加丰富多彩的高速无线数据应用? 。移动通信技术的进步使得高速的无线数据应用成为可能。可以预见，高速的无线数据应用的发展也将使新的移动通信技术更具吸引力。随着2.5G的逐渐成熟，世界各国3G网络的投入研究，基于无线数据应用的各项服务展现出其独特的魅力 。短消息业务(SMS)作为GPRS(GlobalSystem for Mobile communication)网络的一种基本业务，以其连接简单、费用低廉、覆盖范围广、实现方便等优点得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于短消息业务的各种应用也蓬勃发展起来。短消息业务与语音及传真是GPRS网络提供的主要电信业务，它通过无线控制信道进行传输，经短消息中心完成存储和转发功能，每条短消息的信息量为140bit。在短消息的可靠传递基础上，GPRS专业调制解调器的出现给GPRS的发展注入了新的活力，它改变了传统的以语音为主要的通信手段，使GPRS网络数据通信得到广泛的应用。目前市场上提供的GPRS调制解调器和模块提供了RS232标准数据接口，采用AT指令控制，符合ETSI标准GSM0707和GSM0705。基于这种技术，以GSM网络作为无线传输平台可以开发出多种应用领域。随着家用汽车的普及、城市道路越发拥挤，特别是上下班高峰期，堵车现象屡见不鲜。在短时间内无法增添新道路的情况下，交通控制中心可在交通路口设置提示显示屏，提醒司机前方道路的拥挤情况，以便司机提前做好变更前进路线。但传统的方法要么铺设光缆用有线方式实现，要么构建专用无线网用无线方式实现。因为城市道路的特殊性，控制中心与显示终端之间的距离通常很远，两种方案都必须投入大量资金和巨大的施工工作量。随着科技的飞速发展和人民生活水平的不断提高，手机的普及率越来越高，更新也越来越快，价格也越来越便宜。手机工作的无线网络覆盖范围广，在信息传递方面性能稳定、可靠，所以把手机作为信息传递的载体，与单片机结合起来构成应用系统有着强大的生命力和广阔的应用空间。采用GPRS无线传输网络，数据传输快、流量大。控制中心以GPRS短信息的形式把显示信息发送到显示终端手机，通过手机与单片机的接口，单片机将接受到的短消息转换为屏幕显示，该技术方案具有投资小，施工方便，工作可靠，运行费用低等诸多优点。此外，目前市场上流行的大部分手机几乎都具有数据引出口，并基本上都支持与GPRS短信息相关的AT控制指令。这为课题的具体实现提供了很好的基础。1.2远程监测引导系统发展现状目前远程监测引导主要有以下几种方式：短距离长线监测 ；通过市话网；通过internet网络；通过自组网络(CDPD网)；通过数传电台方式。短距离长线监测和通过自组网络(CDPD网)首先要自行建设通信网络，建网初期投资巨大，运营期间自主维护耗费人力物力较大，信号质量得以保证，效果好，相对运营费用高；通过市话网和internet方式以现有的网络为依托，无需自行建设通信网络，但是由于市话网和internet难以达到工业现场覆盖面，接入网络受到限制，局限性很大，网络运行效果取决于网络运营商，线路安全不能得到保证，其通信效果好，信号量大，运营费用相对低廉；数传电台出现较早，应用很广泛，是一种不错的无线数传方式，但是建网初期投资巨大，数传电台的传输范围有限，而且容易受到空间无线信号的干扰，信号不能得到保障，但是数传电台信号传输实时性好，运行费用低。远程监测系统应用广泛，遍及国民经济的很多领域，典型应用概括为以下几个方面。(1)煤气/天然气，石油，电力等能源系统设备以及网络的远程监测：发电机组，变电站，供电所的远程监测；煤气/天然气管线压力，温度，流量等远程监测；石油开采中抽油井各种参数的远程监测等。(2)车辆状态远程监测：如车辆位置/时间，运动方向/速度监测，远程控制车辆中的设备，车辆丢失的查找和监测等。(3)自动化工厂，生产过程，机器和设备的远程监测：在自动化生产线上，一般由可编程逻辑控制器控制，可对其进行远程监测；关键的机器和设备关系到品的质量和生产线的安全，对此类设备工作参数可实现远程监测，超限报警。(4)对人体有害的环境下的远程监测：化工厂周围的空气质量的远程监测，噪声严重区域的噪声远程监测和噪声抑制；地震测试点的资料上传，气象监测点的资料上传。(5)通风设备，制冷设备等的远程监测：冷库/仓库的远程监测，矿井通风设备，探矿设备的远程监测。(6)水库大坝、水闸、供水系统的远程监测：河流、湖泊、海潮的水位变化，水流量状态等关系到灾害的发生和人民生命财产安全，水质的变化对供水系统和人们的生活影响很大，远程实时监测这些状态数据意义重大。1.3课题的主要工作及论文结构安排远程监测引导系统一般由监测中心站和远程监测引导分站两部分组成。论文首先给出系统的拓扑结构，论述系统的结构组成；然后对监测中心站和远程监测引导分站两部分进行硬件设计，搭建整个系统的硬件框架；最后对监测中心站和远程监测引导分站两部分进行软件设计并进行调试 。设计目标是真正实现基于GPRS短消息的远程数据通信，使其能够运用在实际的监测系统中，最终面向产品开发。课题的主要工作是单片机的合理选型及其外围电路的设计、GSM模块的选择和整个系统的软件设计：单片机采用美国TI公司生产的MSP430F149系列芯片，论文中将详细讲述这一系列单片机的特点；GPRS模块选择SIMCOM公司的TC35模块，通过标准AT指令控制；整个系统的软件设计是本课题的重点，包括监测中心站程序设计和远程监测引导分站序设计。其中，监测中心站程序设计采用VC++ 6.0作为开发工具，其软件包括监测中心控制界面及初始化程序、短消息的收发程序、数据处理和保存程序。远程监测引导分站程序设计以IAR公司为MSP430系列单片机开发的C430集成开发环境为开发平台，其软件包括单片机初始化、主程序、数据显示程序、定时信号采集及处理子程序、短消息收发子程序。论文结构安排：第一章为绪论，主要介绍课题的背景，远程测控引导系统的发展现状和本课题的主要工作。第二章为GPRS网络基础知识及SMS通信原理，主要介绍GPRS网络的体系结构并详细讲述整个体系结构的四大子系统即移动台、基站子系统、网络和交换子系统、运行子系统，另外还将详细介绍GSM短消息数据通信原理。第三章为系统的硬件设计部分，分监测中心站和远程监测分站两部分进行设计。监测中心站部分设计监测中心服务器，介绍GPRS通信模块SIM300的硬件特性并设计其与监测中心服务器的通信方案。远程监测分站部分主要讲述MSP430F149单片机的特点，设计包括液晶显示、键盘功能、串行通信、A/D转换等几个功能模块。最后设计给出整个远程监测系统的硬件结构。第四章为系统的软件设计部分，首先讲述对于本系统很重要的软件设计基础，然后分监测中心站和远程监测分站两个部分进行软件设计。软件设计基础主要讲述常见AT指令及使用方法和短消息的编码方式。监测中心站软件设计介绍通信控件MSComm，并设计监测中心站的界面和各个功能模块。远程监测分站软件设计部分首先给出主程序流程，然后分A/D转换部分、LCD显示部分、键盘控制部分和短消息收发部分等几个功能单元分别进行设计。第五章为基于GSM的远程温度监测系统。利用前面的研究成果，引入具体的监测对象，把基于GSM的远程监测系统与温度检测两者结合起来，设计出了一种全新的远程温度监测系统。它是基于GSM的远程监测系统的一个应用方向。