本科生毕业设计（论文）外文资料译文

（ 2021届）

外文资料译文规范说明

一、外文资料译文：

基于GPRS的远程温度监控系统设计

摘要：本研究提出了一种基于GPRS的远程温度监控系统，其中采用STC89C51微控制器作为上位控制器来进行设计，以GPRS网络作为远程信号传输平台。该系统可以实现温度的测量，也可以在一定程度上实现温度的控制。该系统使用DS18B20作为温度检测传感器元件，通过A/D来进行信号的转换，并通过高亮度12864 LCD显示屏显示相关数据。测试结果表明，该设计可以显示每个测量时间点的温度。当出现异常情况时，可以更正参数并扩展检测单元的数量。

关键词：单片机，远程监控系统，温度检测，GPRS

1. 引 言

随着网络技术的飞速发展和计算机技术的不断进步，计算机远程无线监控技术在工业控制领域的应用变得越来越广泛，具有非常重要的意义。GPRS是一种新型的用户与数据之间的无线通信方式，具有传输速度高、运行效率高、实用经济的特点。各种成熟的GPRS模块已经投入市场，因此通过GPRS接入互联网以实现远程数据传输已成为许多自动化应用程序的理想选择。GPRS终端旨在连接到GPRS网络，并通过GPRS来发送和接收数据。理论上GPRS网络在世界上没有盲点，因此只要有信号，就可以与GPRS连接。利用GPRS进行远程温度监测适用范围广泛^[1]。

本文提出了一种基于GPRS的远程温度监控系统，该系统用于处理微控制器采集到的温度数据，并通过GPRS将其传输到计算机。硬件主要实现温度数据的采集和处理，并在液晶显示器上显示温度，当温度超过阈值时就会报警，最后通过GPRS硬件模块进行远程传输^[2]。软件设计的主要功能是数据采集和无线传输。在实际工作中，适用于检验测试结果并解决可能存在的问题。

1. 远程温度监控系统设计

2.1 系统总体方案设计

本设计是基于GPRS的远程温度监控系统设计，该系统是以STC89C51单片机为核心，使用温度检测传感器元件通过单片机内部的A/D转换来进行信号的处理，因此可以完成数据采集，然后通过GPRS通讯将结果发送到计算机。具体的实现过程是：物理硬件组装调试完成后，由DS18B20温度检测模块检测到模块周围的温度并将其发送给MCU，同时高亮度12864 LCD显示屏会显示温度值。然后通过GPRS模块发送数据，通过一个固定的IP TCP协议来连接计算机和GPRS模块，将实验数据传输到上位计算机中，即在构建服务器的服务器上显示检测到的温度数据。根据下位机需实现的功能需求，系统下层的硬件电路采用模块化设计。

1. 通讯模块设计

3.1 GPRS网络传输平台

GPRS网络传输平台的布局是分层的，由分层的协议结构组成。它表示每个GPRS中的数据传输过程，以及对该数据传输的控制过程。它是一个通过连接无线接口和NSS平台创建的传输平台，而这是通过Gb接口完成的。GPRS传输协议平台如图1所示。

图1 GPRS传输协议平台

3.2 通信模块结构

在该系统中，下位机与监控中心之间的连接是通过GPRS传输的。这里的GPRS模块将是实现此连接的关键。此处选择的模块是goouuu-a6模块（见图2）。

图2 RS232串口模块原理图

硬件设计是通过RS232接口来实现串口通信。使用RS232接口来设置服务器地址和端口等参数，使用另一个RS232接口与GPRS模块进行通信以实现所采集数据的传输。rs-232协议在电压为-5~-15 V时表示逻辑1，在电压为 5~ 15V时表示为逻辑0。这里的串行接口芯片是MAX3232EPE芯片，它是一种低功耗的发射机，通信速度可达1Mbps，只需要在电路中连接四个电容即可正常工作，电源电压为3~5.5 V。RS232串口模块电路图如图2所示。

1. 远程温度监控系统的硬件设计

本设计硬件方面采用STC89C51系列单片机，其中主要包括与单片机相连接的温度传感器（温度采集和处理）、液晶显示器（显示温度）、蜂鸣器（高温报警）和GPRS系统（远程数据传输等）^[3]。

4.1 单片机模块

本设计采用的单片机是STC89C51系列单片机，该单片机有40个引脚，工作电压范围为5.5 V-3.3 V，并且有2个16位定时器/计时器，该芯片集成了通用的8位中央处理器和Flash存储单元。在电子生产设备行业中，STC89C51有着广泛的应用^[4]。

最小系统由单片机、晶体振荡器电路和复位电路组成。

晶体振荡电路：采用11.0592MHz振荡频率的晶体，在最小系统中晶体就像单片机的心脏，为微机运行时提供稳定的时钟精度，同时保证单片机内外电路的时序逻辑电路协调动作并正常运行。

复位电路：在系统运行过程中，无论是在单片机首次接通电源时，还是在运行过程中电路出现故障时，都需要进行复位。为了确保系统的可靠性，可以通过看门狗使得在程序异常的情况下通知系统复位并重新启动。复位电路的作用在于将单片机中每个电路的状态恢复到一个确定的初始值，然后在此状态下重新开始工作。

4.2 温度采集模块

温度传感器采用DS18B20，工作电压范围为3~5V，有独自的单线接口，单总线接口仅需一个端口进行通信。正常温度范围在-55℃～ 125℃之间，传感器的固有测温分辨率为0.5℃。其中测量结果将以九个数字量发送。

4.3 LCD模块

采用LCD12864液晶显示，包括RS、RW、E端口分别选取数据信号、串口、串口同步时钟，引脚与其他模块共用，分别与单片机P3.7、P3.6、P3.5相连。PSB和/RST分别连接P3.4和P3.3。连接电路示意图如图3所示。

图3 LCD连接示意图

逻辑接入电源电压（VDD）：工作电压从4.5 V到5.5 V 接地电源（GND）：0 V

工作温度（Ta）：0~60℃（室温）/-20~75℃温度（适应宽度）。

4.4 声光报警模块

包括声光报警模块，在本系统中，当处于监控状态且温度高于设定阈值时， MCU 的P0.5处的电平就会超出P0.0输出的高电平，此时发射极晶体管集电极就会导通，然后LED灯会发光，蜂鸣器开始报警。

1. 远程温度监测系统的软件设计

5.1 主程序设计

软件设计的主要工作是能够接收单片机传来的温度信息，并对温度数据按时间顺序进行处理和显示，用GPRS模块进行数据传输，来达到远程温度监控的目的。主程序模块主要是让通信模块初始化，在此之前，当然是要通过串口来使用AT指令集，对温度传感器的温度进行分析和处理，最后将通过A6模块的当前值在计算机上显示出来，然后再进行连续循环的步骤^[5]。部分流程图如下图4所示。

图4 单片机软件流程图

5.2 GPRS模块软件设计

在系统工作前，计算机应通过串口与A6模块相连，然后通过fruit cloud软件进行测试和输入指令。在本系统中，使用AT指令来控制GPRS模块的操作，从而实现对测量数据的远程传输。开机后模块会开始自动注册网络，成功后将会返回 CREG:1，当GPRS连接和分离时，将波特率改为9600，同时得到本机的电话号码并给其他手机拨号和发送短信，通过发送一条TCP报文来检查TCP是否可以发送报文。之后将对输入进行详细的说明，当然这些说明是根据AT的标准命令发送的^[6]。

5.3 客户端设计

客户端（监控中心）主要实现与数据中心（服务器）的通信功能，间接实现对单片机系统的测控。TCP/IP协议在计算机通信协议中的作用是为服务器和客户端之间的数据通信提供一个面向连接的TCP协议。同时，必须注意客户端和服务器之间的通信，确保两者确实在使用相同的通信协议，既要设置相同的IP地址（包括服务器上的物理IP地址和客户端的远程IP地址），又要设置相同的端口，同时在请求服务时，也要确保服务器处于打开状态。本设计中构建服务器的软件使用的是网络调试助手（NetAssist）。

5.4 实验结果与分析

在系统测试中，本设计主要研究通过GPRS来远程传输从传感器处采集并处理后的温度数据，测试结果表明本设计能够满足实时监控和关于稳定性的要求。其中GPRS模块必须按计算机IP地址才能正常工作。如果记录的不是这个IP地址，它将无法传输数据。

通过实验对设置在计算机网络调试助手中的测试数据进行采集并发送到TCP服务器，选择合适的TCP协议（其中服务器的IP地址为192.168.1.102，对外开放端口为8080），软件中的文本框用于接收数据，GPRS模块则通过地址和端口来传输数据。

测试过程中，当在单片机一端的LCD显示屏上显示出采集到的温度数据，然后在温度下方显示本机IP地址，并在显示“发送OK”时，就表示计算机服务器设置成功，当有“发送SECCESS”共同显示时，则表示GPRS模块已经开始向计算机发送相关数据。

1. 结论

该系统主要实现单片机与计算机之间温度数据的传输和接收，并在液晶屏上显示温度。本文着重介绍了单片机与计算机通信平台的搭建，以及端与端之间温度数据的收发。采集和处理温度数据，并通过GPRS模块与计算机通信。该系统可满足野外实验或长期野外观察中无人值守的温度测量要求，有望在各种热遥感应用中具有价值。GPRS无线网络数据的传输为一些不具备有线传输条件的机组的远程监控提供了强有力的通信手段。

1. 致谢

本项研究得到了山东省高校科技攻关项目J16LN78的资助。

参考文献

[1]Zhai Weifeng, Zhang Xiaonan, Sun Dehui. Design of environmental monitoring system based on wireless sensor network[J].Journal of agricultural mechanization in China,2016,(06):226-229 242.

[2]Liu Liang, Yan Kewen, Chen Dongdong. Design of remote monitoring system based on GPS and GPRS[J].Industrial control computer,2016,(06):68-69.

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