无线环境监测机器人毕业设计论文.doc
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1、目 录目 录- 1 -摘 要1ABSTRACT2第一章 绪论31.1单片机简介31.2单片机的应用领域4第二章 系统总体设计6第三章 系统硬件设计83.1监测子系统设计83.1.1 监测子系统的功能83.1.2单片机的选择93.1.3 时钟芯片选型123.1.4 液晶显示电路设计133.2通信子系统设计163.3系统硬件联调18第4章 系统软件设计184.1 系统软件结构184.2 系统主程序设计194.3 时钟程序设计204.4 液晶显示程序设计264.4.1 显示坐标关系274.4.2 显示步骤274.5 短信通信程序设计314.5.1 AT指令314.5.3 TC35模块的调试324.5
2、.4单片机与TC3540第五章 结论41主要参考文献41附 录42附录一:寻迹部分电路图42附录二:系统程序43致 谢8287山东轻工业学院2011 届本科生毕业设计(论文)摘 要我的毕业设计题目为“无线环境监测机器人”,这主要考核我们对单片机技术,编程能力等方面的情况。观察独立分析、设计单片机的能力,以及实际编程技能。该系统分为监测和通信两个子系统,监测子系统能实现采集环境温度湿度的功能,以及发出声音报警信号,通信子系统要求系统在接收到监测子系统发送的信号后能够发送短信给相应的工作人员。监测子系统以PIC16F877单片机作为主处理器,PIC16F877单片机是微芯公司的产品,与其它单片机相
3、比具有诸多优点。监测子系统能够实时监测环境的温度和湿度;若是环境的当前温度或者间断度走出所设定的范围,则发出报警。为了提高自动化监测的能力,通过对现代远程通信方式的比较,我采用了利用现有GSM网络的短消息业务实现的远程通信的种种优势,并将这种方式应用与环境监测系统,实现无人值守自动化监测。TC35GSM是西门子公司为无线通信设计的一个宽频带GSM模块。通过采用先进的TC35通信模块与单片机互连的终端系统,通过AT指令,实现用手机获取环境监测系统的数据。利用PIC16F877为控制核心,通过红处发射管和红处接收管采集信号,并将信号转换为能被单片机识别的数字信号。单片机控制直流电机不同的转动状态,
4、实现小车的前进、后退、左转和右转等功能。整个系统的电路结构简单,可靠性高。另外, 在小车上还扩展了 LCD12864 作为人机交互界面,以便于实时了解监测传感器的状态和小车行驶中的实时数据,由于本次设计的是智能自动循迹小车,整个任务过程无需人工的任何干预,故而没有进行遥控等的人工操作设备。关键词: 单片机 PIC16F877 LCD12864 GSM AT指令 微控制器 短消息 DS1302ABSTRACTThe subject of this graduation project is a “the system of robot environmental monitoring”. We
5、mainly test single-chip technology , programming and other aspects of capacity . observer independent analysis of the capacity of single-chip design ,as well as the actual programming skills . Tthe system divides into the monitoring subsystem and communication subsystem. The monitoring subsystem can
6、 realize the examination of the system of robot environmental monitoring,and send out the acousto warning .The communication subsystem should the messages to the operator. The monitoring system takes the PIC16F877 single chip microcomputer as the main processor. The series of PIC16F877 is the microc
7、hip orporations product.It can realize the examination of the system of robot environmental monitoring,and send out the acousto warning .To enhance the automation of monitoring ability,through the way of comparison,the use of existing GSM network realization of short message service advantages of te
8、lecommunications , and the way of environmental monitoring system applied to realize the automatoin and control the unattended. TC35 GSM is a wide frequency band GSM module for wireless communication by Siemens.The chip PIC16F877 is used as the control ecnter ,and signals are collected through the i
9、nfrared transmitter and receiver .signals are converted to digigal signals which can be identified by the single chip . the microprocessor cotrols DC motor rotation state to achieve functions of car going forward ,backward ,turning left and turning right .the system has ismple circuit structure and
10、high reliability.Other, also expanded LCD12864 on the car to take the man-machine interaction contact surface, was advantageous for the real-time understanding to monitor in sensors condition and the car travel real-time data, what because this design was the intelligence follows the mark car automa
11、tically, the entire duty process did not need the artificial any intervention.Key words : GSM network ;short message ;AT command ;microcontroller ;PIC16F877第一章 绪论1.1单片机简介单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、计时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系
12、统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微处理器(Microcontroller),是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单
13、片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。目前,高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系
14、统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 可以说,二十世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机(亦称微控制器)。顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。现在,这种单片机的使
15、用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词“智能型”,如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品,不是电路太复杂,就是功能太简单且极易被仿制。究其原因,可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。1.2单片机的应用领域 目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,
16、录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:1.在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量
17、设备(功率计,传感器,各种分析仪)。2.在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。4.在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。5.单片机在医用设备领域中的应用单片
18、机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6.在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机,看似简单的功能,微缩在纯电子芯片中(有别于磁带机的原理),就需要复杂的类似于计算机的原理。如:音乐信号以数字的形式存于存储器中(类似于ROM),由微控制器读出,转化为模拟音乐电信号(类似于声卡)。1.3选题的背景及意义在电子信息调整发展的今天,微处理器的功能愈来愈强大;单片机的出现更是给现在的控制带来了不可估量的作用,随之而来的智能仪器更是数不胜数
19、,方便我人们的日常生活,使我们的生活更加绚丽多彩。单片机是一个将运算、存储、I/O口于一体的小型计算机,这使得我们实现由软件控制外围硬件成为了可能,因此本人决定计划以单片机为核心做一个无线环境监测机器人。如今单片机种类繁多,比如:MCS-51、AVR、Microchip公司的PIC系列、Motorola公司的M68系列、Zilog公司的Z8系列单片机、还有凌阳等。而现在世界占主导的单片机便是微芯公司的PIC系列单片机;由于它功能强大,运行速度快,特别是ICD的运用,方便用户的开发调试;所以本人决定使用比较常用的PIC16F877。技术的发展来源于实验,实验是我们认识世界的重要实践。对于我们当代
20、大学生,学以致用是学习的最终目的,只有通过实际的动手才能知道自己对所学知识的真正意义上的理解和掌握;经过我们的讨论,最终决定设计这样一个可移动的无线环境监测装置,这样不仅可以使自己的能力有所提高,巩固所学知识,学习更多新的实用的知识,更重要的是能够培养我们的创新思维和实践能力;另外本项目的最终产品(无线环境监测机器人)也具有一定的实际意义,它可以用于需对环境参数实时采集的温室、工厂、库房等地方,通过对环境参数的采集、处理、无线发送到控制室;方便人们对环境状况的控制,具有一定的商业前景。1.4设计的内容对PIC单片机的可视话编程(用C语言编写控制单片机I/O口的源代码)、MCU据程序代码作出相应
21、的反应,从而引起I/O口的电平变化。LCD及电机的驱动(由I/O口的电平变化将控制数据送到LCD、电机等器件,使LCD、电机等做出相应的响应。比如LCD的数据显示,本次用到的LCD为金鹏的12864它能方便的显示汉字及字符,方便检测人员的看查;电机动作,机器人的动作是由小车为载体的,而小车的运动是由电机(马达)来驱动的。无线发送及编码(系统将采集回的参数经过调制,调制成高频已调信号,由高频无线电波发送出去),机器人的移动轨迹控制(使机器人根据监测范围按照一定的轨迹运动,以实现动态的采集多点的环境参数)。而本次设计最终采用了GSM,GSM一种重要的服务便是短消息(SMS,short messag
22、e service),SMS是通过GSM系统提供的一种GSM之间通过服务中心进行文本信息收发的应用服务,其中服务中心完成信息的存储和转发功能。由于GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游,具有网络能力强的特点,用户无需另外组网,极大提高网络覆盖范围。而且对它的控制只需要由单片机控制串口对它进行AT指令即可,方便易行。由GSM将传感器采集到的数据发送给目标号码,从而实现无线异地监控。第二章 系统总体设计2.1系统需要分析根据设计任务,本次设计的目标主要有以下几项:1)温度、湿度的采集2)可设置温度、温度的报警上下限3)显示当前时间及当前环境温度及湿度4)当环境参数溢出所设置的上下限时,有报警提示5
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