第十一章 单片机应用系统设计

第十一章单片机应用系统设计&举例

11.1 单片机应用系统的开发过程

11.2 液氧容器温度控制系统设计

11.3 基于GSM/CDMA的防盗报警系统

?11.1 单片机应用系统的开发过程

1．必须具备的知识和能力

首先必须具有一定的硬件基础知识

需要有一定的动手能力

需要具备一定的软件设计能力

具有综合运用新知识和新技术的能力

搜集、检索、提炼有用知识和资料的能力

必须了解生产工艺或制造工艺

2．单片机应用系统开发的步骤

系统的目标任务

系统的总体设计

系统的结构框图

系统的硬件设计

系统的软件设计

系统的联机调试、运行和维护

可靠性设计

11.2 液氧容器温度控制系统设计

液氧容器温度控制系统应用于液氧容器生产线。液氧容器生产线如图11.2.1所示。

每条生产线上放置40个液氧容器，液氧容器由不锈钢材料制作，圆筒状、两层、中空结构，用于存放液氧以备急需或高山应用。

液氧容器为了适应高山环境，需要经过抽真空及加温处理。加温处理对液氧容器的质量和合格率有重要的影响，所以要求严格控制温度的范

围，实现自动控制液氧容器的处理温度，提高产品的质量和合格率。

图11.2.1 液氧容器生产线结构

11.2.1系统的目标任务

主控室计算机可以对液氧容器进行实时采集和控制，并绘制每点的温控曲线；

温度控制范围：30°～120°；

温度控制精度：±0.5°

主控室距离控制现场最近的液氧容器15m，最远的液氧容器100m

要求系统工作稳定、可靠，控制准确

11.2.2系统的总体设计

现场控制器特点如下：

当计算机系统出现故障时，现场控制器可以继续工作，不会影响控制功能；

温度控制器有三种工作状态：导通、截止、控制；具体工作方式由计算机设置。

当某一台现场控制器出现故障时，可以立即利用备用的现场控制器替换，不会影响其它液氧容器的控制，保证控制质量。

现场控制器完成的功能

采集现场温度并传输给计算机，根据设定温度进行实时控制，满足控制要求

与计算机进行通讯，并按照命令进行相应的操作

显示当前的温度测量值、设定值、控制参数

键盘可以输入设置参数以及温度的设置值

计算机软件完成的功能

采集测量温度值，绘制、打印实时曲线

进行上、下限温度报警

与现场控制器进行通讯，显示控制器状态

11.2.3 系统的结构框图及工作原理

各部分功能

计算机：用于运行监控、显示等程序。显示器采用触模屏，方便现场工人操作。触摸屏采用压阻式，四线连接方式。可以在计算机上对各个工位进行分别设置和控制。

现场控制器：用于采集、显示、控制现场温度，两个工位一台现场控制器。将其温度信号数据上传给计算机。现场控制器与上位机间的通讯方式：RS－485半双工串行通讯。

各部分功能

RS－232至RS－485转换器：用于完成RS－232信号到RS －485 信号的双向转换。

加热棒：每个工位一个加热棒，用于液氧容器的加热。

温度传感器：每个工位一个传感器，用于检测现场温度信号。 电源供电系统：提供计算机、现场温度控制器以及加热棒的的供电电源。

工作原理

现场温度采集控制器通过传感器采集现场温度，根据输入的控制参数和一定的算法计算输出值，传输给固态继电器实现对加热棒的温度控制。现场温度采集控制器与计算机之间通过RS-485总线通讯。现场控制器有两种数据输入的方法一是通过键盘，二是通过计算机通讯传输信息。数码管用于显示温度以及各种状态信息。

11.2.4 硬件设计

根据现场情况确定工作时固态继电器的电压、电流

确定固态继电器的额定电压或电流。

确定固态继电器的类型

确定输入控制信号

根据上述步骤确定固态继电器指标如下：直流固态继电器，额定电压大于72V，输入控制信号5V。

通过网络、书刊等渠道搜集固态继电器生产厂家的资料，从中寻找满足要求的产品，再根据价格要求、货源情况、技术服务、熟悉程度等最终确定固态继电器型号。

固态继电器选择北京科通的JGX-3A型号固态继电器，其指标如下：直流固态继电器，输入控制信号3～36V，额定电压80V、额定电流3A。

图11.2.4 主程序流程图

11.2.5软件设计

主程序模块

初始化模块

键盘输入模块

温度采集模块

显示模块

算法计算数据处理模块

固态继电器控制模块

EEPROM读写模块

通讯模块

看门狗模块

1．串口通讯协议规定如下

(1)通讯测试并取得控制器地址（Communication Test）

格式：@

应答：!(addr) (#)

addr格式：“0001”-“FFFF”4位16进制数，为每台现场温度采集控制器的地址。

(2)读入温度数据（Read Analog Data）

格式：$（Addr）（R）(1) 读第一通道

格式：$（Addr）（R）(2) 读第二通道

应答：>(addr)(2)(1)（Temperature Data）(#) ，其中2表示第2条协议。

2．全局变量及函数定义

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

int data real_temp[2],period; /*全局变量定义*/

uchar time1,time2，period /*全局变量定义,通道1、2的定时中断计数,周期中断次数*/

uchar open[2],P[ch],r_char,r_byte,r_buffer[14];

sbit relay_1=P2^2;

sbit relay_2=P2^3;

uchar bdata flag;

sbit comm_flag=flag^0; /*通讯标志*

3．主程序清单

v oid main (v oid)

{

comm_f lag=0；/*清标志位*/

initialize();/*初始化子程序*/

while (self_f lag ==self_check();) /* self_f lag =0:自检正常；self_f lag =1:自检错误*/

err_dispose(0); /*错误处理子程序*/

display(0); /*调显示子程序*/

while(1)

{ dog_f eed(); /*喂狗子程序*/

if(ch1_ds18==read_temp(1))

err_dispose(1);

display(1); /*通道1温度显示*/

control(1); /*通道1温度控制*/

if(ch2_ds18==read_temp(2))

err_dispose(2);

display(2); /*通道2温度显示*/

control(2); /*通道2温度控制*/

if(comm_f lag)

{comm_dispose();} /*通讯处理模块*/

}

}

11.3 基于GSM/CDMA的防盗报警系统

GSM/CDMA技术应用于汽车防盗定位系统是我国移动通信网络迅速发展的充分体现，本防盗报警系统基于GSM/CDMA模块，采用组合式的构造方法。传统的汽车防盗系统报警范围仅为100-200米，当车主离开报警范围就无法接收报警信号，而且汽车一旦失窃无法及时采取应对措施，这给犯罪分子提供了可乘之机。基于GSM/CDMA技术的汽车防盗定位系统，可以将汽车的报警信号以拨打报警电话和发送SMS短信的方式传输到任何GSM/CDMA网络可以覆盖的地方。

11.3.1 系统的目标任务

主控器对GSM/CDMA 模块具有实时控制性

确保GSM/CDMA 工作的稳定性

要求系统的抗干扰性和报警功能齐全

用户可以对报警器进行实时管理

报警系统具有灵活性，降低产品成本

11.3.2 系统的总体设计

主控器能及时地对GSM/CDMA 模块收到的短信息采取相应的处理，保证了系统的抗干扰性

系统采用轮询握手的方式保证模块能够正常工作，避免系统进入死锁状态

用户可以直接使用自己的手机对系统进行控制，如设防，撤防，修改密码，查询状态等

系统具有远程性，不受距离的影响

多路传感器和继电器输出保证了系统报警检测方位的齐全和遇警处理强大功能

加设匪警按钮，遇匪可以直接向家人或者110报警，确保车主的安全系统的结构框图及工作原理

控制主机主控机核心为８９S５2单片机，主控机负责接收传感器的报警信号向继电器和蜂鸣器发出动作控制命令。主控机和GSM/CDMA MODEM之间通过USB 或者RS232串口进行双向通信，接收来自GSM/CDMA MODEM的控制信息，根据车主的控制命令进行系统的设置，当接到传感器的报警信号后主控机要控制

SM/CDMA MODEM拨打设定的电话号码或发送短信。

2．GSM/CDMA MODEM（手机）主要负责向主控机传送控制信息、向主控机指定的电话号码发送报警信息。

3．继电器、蜂鸣器继电器在主控机的控制下执行锁死车门，切断电路、油路等保护动作，蜂鸣器发出报警声音。

4.报警传感器可以选配红外报警探测器、振动传感器等，本系统最多允许接入４路报警传感器。

图11.3.1 系统结构图

图11.3.2 系统原理图（部分）

程序流程及软件设计

常用的AT指令

ATD 拨号

ATH 挂机

ATA 接电话

ATDL 重拨上一次电话号码

AT+CSMS 选择短信息服务

AT+CPMS 选择短信息内存

AT+CMGF 选择短信息格式

AT+CSCA 短信息中心地址

AT+CNMI 显示新收到的短信息

AT+CMGR 读短信息

AT+CMGS 发送短信息

AT+CMGL 列出SIM卡中短信息

子程序

?设置短信息格式子程序：用来进行单片机GSM/CDMA 模块的握手

过程和设置GSM/CDMA 模块的发送短信息的格式

查已读短信子程序：一般用于系统重新启动时，设置系统密码

查未读短信子程序：系统工作期间，用户通过短信管理系统，主要功能是先检测密码，密码正确后，判断用户的指令，进行修改密码，撤防，设防，查询状态等功能

发送匪警短信息子程序：执行发送匪警短信息功能

报警子程序：执行控制报警喇叭，拨号，发送短信息报警

1．系统主程序

ORG 0000H

SJMP START

ORG 0050H

START: NOP

CLE AR: MOV @R0,A ；系统缓冲一小段时间

DJNZ R0,CLE AR

MOV 89H,#20H ；波特率发生器T1工作在模式2上

MOV 98H,#50H ；串行口控制，工作方式1 + 允许接收

MOV 8DH,#253 ；定时器1中高8为放计数初值，或0FDH

MOV 8BH,#253 ；定时器1中低8位用于计数，（可不写）

SETB 0AFH ；中断总允许E A

SETB 0ACH ；串行口中断允许E S

MOV 88H,#00H ；包括TR1，此处为了加强可靠性88H,TCON

SETB 8E H ；定时器1开始工作

MOV R6,#11H ；设防，11为设防标记

MAIN: NOP

SETB 0A0H

SETB 0A1H

SETB 0A2H

SETB 0A3H ；传感器输入端置1

NOP

程序清单

CLR 0A4H ；继电器输出端清零

CLR 97H ；匪警信号总线清零

SETB 90H

WRIT: JB 90H,BB ；判断K1是否按下,如果没有按下就等待

ACALL DELAY10 ；延时10毫秒消触点抖动

JB 90H,WRIT ；去除干扰信号

JNB 90H,$ ；等待按键松开

ACALL FAS1 ；发送匪警短信息

NOP

ACALL DELAY10

ACALL DELAY10

ACALL DELAY10

NOP

NOP

程序清单

BB: ACALL SZ ；调用设置短信息格式

NOP

NOP

ACALL JS ；查已读短信

NOP

NOP

NOP

ACALL DELAY10

NOP

NOP

ACALL JS1 ；查未读短信

NOP

NOP

NOP

ACALL DELAY10

ACALL DELAY10

ACALL DELAY10

ACALL DELAY10

程序清单

NOP

NOP

NOP

CJNE R6,#22H,CHAX ；判断是否撤防，22是撤防标记

AJMP MAIN

CHAX: JNB 0A0H,JJJ

JNB 0A1H,JJJ

JNB 0A2H,JJJ

JNB 0A3H,JJJ ；传感器有报警信号，调用报警程序，采取报警动作NOP

AJMP MAIN

JJJ：ACALL BAOJ ；调用报警子程序

AJMP MAIN

END

2．报警子程序

BAOJ: SETB 0A4H ；发出报警信号

NOP

ACALL FAS ；发送报警短信

NOP

NOP

ACALL DELAY10

ACALL DELAY10

ACALL DELAY10

NOP

ACALL BOH ；拨号报警

NOP

NOP

NOP

ACALL DELAY10

ACALL DELAY10

NOP

NOP

SJMP $

RET

谢谢！