远程天然气报警控制系统的设计与实现课程设计论文.doc

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现代电子系统设计与实践课程设计

题 目: 远程天然气报警控制系统的设计与实现
指导教师:

专业班级: 11级电子信息科学与技术

学 号:

姓 名:

同组人员：

日 期: 2014-12-15

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目录
一、绪论 3
1.1 课题背景及意义 3
1.2 课题目标及功能实现 3
二、硬件系统 4
2.1 通信模块ATM900V 4
2.2 MQ-4气敏元件 4
2.3 单片机STC12LE60S2 4
2.4 实验步骤 5
三、软件系统 5
3.1 主程序 5
3.2 系统初始化函数 6
3.3 发送中文短信程序 7
3.4 MQ-4程序 8
3.5 时间程序 9
3.6 GPRS程序 13
3.7 时间显示 19
3.8 汉字字模的数据结构定义 25
四、总结 35
4.1实验结果 35
4.2 心得体会 35

一、绪论
1.1 课题背景及意义
近年来，全国天然气作为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用，特别是随着“西气东输”工程的快速进展，燃气行业发展潜力巨大。城市燃气的普及与应用无疑对改善城市的环境质量和提高居民的生活质量发挥了巨大的作用。但是随着燃气的广泛应用，由于燃气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾事故也时有发生，这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。为了减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾事故，各燃气使用单位及居民用户选择一种适合的煤气报警器实为必要之举。  
      本次课程设计的题目是远程天然气报警控制系统的设计，天然气泄漏报警电路是用于当天然气泄漏达到一定危害浓度时就立即发出报警,它在实际生活中有着十分广泛的应用。我相信通过本次课程设计,我将进一步加深对传感器应用的理解,同时也对电子设计的方法有一定的了解,为今后的学习和工作打下一定的基础。
1.2 课题目标及功能实现
实现对天然气的远程监控，若有燃气泄漏情况则马上启动通讯模块发送短信。

二、硬件系统
2.1 通信模块ATM900V
ATM900V是一个通信模块，负责通信，采用AT指令来驱动。
2.2 MQ-4气敏元件
MQ-4是一个气敏元器件，有二端输出，共四个引脚AO、DO、GND、VCC，其中DO是信号输出，当气体浓度达到限定值时就会引发信号，由DO输出的信号发生变化，由高电平变为低电平。

2.3 单片机STC12LE60S2
STC12LE60S2是一个类似于51的单片机，但是时钟频率更高，内存更大，比较适合与通信模块相连。
2.4 实验步骤
使用ATM900V与STC单片机连接，通过烧录单片机的程序来控制通信模块正常工作，并且能在有燃气泄漏的情况下，立即启动通讯模块发送短信。

三、软件系统
3.1 主程序
*******************************主程序************************************
程序说明：
本程序实现开机自动发送一条中文短信
1.我们的程序全部都是通过单片机串口2与SIM300通讯，串口1用于下载程序和观察SIM300返回的数据
（串口2收到的SIM300返回的数据会通过串口1发送到电脑中，用于观察数据），使用过程中，如果没
有特殊要求跳线帽不用变动。
2.在开发板上放入您的手机卡，接好天线，打开电源，接入耳机。
3.把程序编译后下载到单片机中，使用STC—ISP下载，具体请参照教程。
4.开机自动发送短信到指定的手机上。号码和内容请在开头的数组里面修改
**************************************************************************
#include "systerm.h"
#include "mq4.h"
void SysInital(void);
void SendUDPMessage(char* pnum, char* context, void (*sendfun)(char*));
//在此处修改发送号码和内容
uchar n[13] = "15009719926";//短信号码
uchar context[] = "674E742680015E0860A8597DFF0C6211662F6697604B60A876845973751FFF0C621157285B9E9A8C5BA47B4960A8";//洪旭你好！
void main()
{
uint i = 0;
SysInital();//初始化
GPRS_RST = 0;//Sim300 复位键置位
CleanGsmRcv();
while(!Hand("OK"))//与GSM模块握手，判断是否收到GSM模块返回的OK
{
Uart2SendStr("ATE1\r");//打开回显命令
DelaySec(1);
LCD_prints(0,0,"STARTING...");
}
CleanGsmRcv();//清除接收缓存
LED1_ON;

while(!(Hand("+CREG: 1,1") || Hand("+CREG: 1,5")))//检测是否以注册到服务商
{
Uart2SendStr("AT+CREG=1\r");//设置服务商状态为数据显示
DelaySec(1);
Uart2SendStr("AT+CREG?\r");//检测服务商状态
DelaySec(1);
}
CleanGsmRcv();//清除接收缓存
LCD_prints(0,0,"GSPR REGISTER");
LCD_LIGHT_ON;
while(1)
{
if(DOUT==0)//当浓度高于设定值时 ，执行条件函数
{
delay(5);//延时抗干扰
if(DOUT==0)//确定 浓度高于设定值时 ，执行条件函数
{
LED=0;//点亮P1.0口灯
delay(500);
LED=1;
//delay(500);
Uart2SendStr("AT+CLCC\r");//接通电话返回接通指令
DelaySec(1);
SendUDPMessage(n, context, Uart2SendStr);
LCD_prints(0,1,"PDU MSM SEND");
DelaySec(2);
}
CleanGsmRcv();
LCD_clr_scr();
}
}
}
3.2 系统初始化函数
/***************************系统初始化函数************************/
/*函数原型:void SysInital(void)
/*函数功能:初始化系统，启动设置各个硬件，寄存器
/*输入参数:无
/*输出参数:无
/********************************************************************/
void SysInital(void)
{
//设置P02 P04端口为强上拉,设置P03端口为开漏,外接上拉电阻。以驱动ds1302时钟。
P0M0 = 0x1c;//b 0001 1100
P0M1 = 0x08;//b 0000 1000
//打开P44 P45 P46 IO功能。
P4SW = P44EN|P45EN|P46EN;//定时器0初始化
Timer0Init();
Uart1Init(0,1,253);//初始化串口，设置波特率115200
Uart2Init(0,1,253);//初始化串口，设置波特率115200
LCD5510_Init();//初始化1302时钟芯片
DS1302_Initial();
//设置初始时间
DS1302_SetTime(init);
//注册定时函数
LED1_OFF;
LED2_OFF;
LED3_OFF;
LED4_OFF;//关闭LED
}

3.3 发送中文短信程序
/**********************************发送中文短信程序************************************
/*函数原型:void SendUDPMessage(char* num, char* context, void (*sendfun)(char*))
/*函数功能:发送中文短信程序
/*输入参数:char* num 短信号码指针
char* context 短信内容unicode码指针
void (*sendfun)(char*) 用于和通讯模块发送数据的串口函数指针
/********************************************************************/
void SendUDPMessage(char* pnum, char* context, void (*sendfun)(char*))
{
unsigned char i=0,x=0;
unsigned char con_cnt[3] = {0,0,0};
unsigned char tabhex[] = "0123456789ABCDEF";
unsigned char num[13] = "";
strncpy(num, pnum, strlen(pnum));
for(i=0; num[i]!=0; i=i+2)//将号码转换到udp格式，两位一反
{
if(num[i+1] == 0)
{
num[i+1] = 'F';
}
x = num[i];
num[i] = num[i+1];
num[i+1] = x;
}
(*sendfun)("AT+CMGF=0\r");//设置成udp中文短信发送模式
DelaySec(1);
(*sendfun)("AT+CMGS=");//发送数据位数
x = 15+strlen(context)/2;//计算发送位数
con_cnt[0] = 0x30 + x/10;
con_cnt[1] = 0x30 + x%10;
(*sendfun)(con_cnt);//发送数据位数
(*sendfun)("\r");
DelaySec(1);
(*sendfun)("0011000D9168");//固定发送内容，不用改动
(*sendfun)(num);//发送号码
(*sendfun)("0008A0");//固定发送内容，不用改动
x = strlen(context)/2;//转换内容的个数
con_cnt[1] = tabhex[x&0x0f];
con_cnt[0] = tabhex[(x&0xf0)>>4];
(*sendfun)(con_cnt);
DelaySec(1);
(*sendfun)(context);//发送内容
con_cnt[0] = 0x1a;
con_cnt[1] = 0;
(*sendfun)(con_cnt);//发送结束符
DelaySec(1);
}

3.4 MQ-4程序
***************************MQ-4程序*************************************
说明：1、当测量浓度大于设定浓度时，单片机IO口输出低电平
*********************************************************************/
//#include<reg51.h>//库文件
#define uchar unsigned char//宏定义无符号字符型
#define uint unsigned int //宏定义无符号整型
/********************************************************************
I/O定义
*********************************************************************/
sbit LED=P2^5;//定义单片机P1口的第1位 （即P1.0）为指示端
sbit DOUT=P1^0;//定义单片机P2口的第1位 （即P2.0）为传感器的输入端
/********************************************************************
延时函数
*********************************************************************/
void delay(int t)//延时程序
{
int i,j;
for(i=t;i>0;i--)
for(j=512;j>0;j--);
}
/********************************************************************
主函数
*********************************************************************/
/*void main()
{
//P0=0Xff;
while(1) //无限循环
{
LED=1;//熄灭P1.0口灯
if(DOUT==0)//当浓度高于设定值时 ，执行条件函数
{
delay(5);//延时抗干扰
if(DOUT==0)//确定 浓度高于设定值时 ，执行条件函数
{
LED=0;//点亮P1.0口灯
delay(500);
LED=1;
delay(500);
}
}
}
}*/

3.5 时间程序
****************************时间程序***********************************
#include "systerm.h"
volatile unsigned int data timer0_cnt = 0;
uint data timer0_debug_cnt = 0;
volatile int data sec_cnt = 0;
void (code * pfun1)(void) = 0; // 定时到达时操作函数的函数指针1
#define T0H 0xFC
#define T0L 0x66
/***************************初始化定时器0****************************/
/*函数原型:Timer0Init
/*函数功能:初始化定时器0
/********************************************************************/
void Timer0Init(void)
{
TMOD=0x01; //设置定时器0为工作方式1
// AUXR|=T0x12;
TH0=T0H; //放入初值,11.0592M,1ms
TL0=T0L;
// 设置定时器0中断优先级(优先级1)
IPH &= ~PT0H;
PT0 = 1;

EA=1; //开总中断
ET0=1; //开定时器0中断
TR0=1; //启动定时器0
}
/***************************定时器0中断******************************/
/*函数原型:Timer0
/*函数功能:每1ms执行一次中断，中断内部重新赋值
/********************************************************************/
void timer0() interrupt 1
{
uchar i = 0;
TH0=T0H;
TL0=T0L;
#ifdef UART1_DEBUG//发送数据用于调试。
timer0_debug_cnt++;
if(timer0_debug_cnt == 20)
{
timer0_debug_cnt = 0;
Uart1SendStr(DebugBuf_U2);
for(i=0; i<MAXBUF; i++)
{
DebugBuf_U2[i] = 0;
}
Debug2RcvCnt = 0;
Uart2SendStr(DebugBuf_U1);
for(i=0; i<MAXBUF; i++)
{
DebugBuf_U1[i] = 0;
}
Debug1RcvCnt = 0;
}
#endif
timer0_cnt++;
if(timer0_cnt == 1000)
{
timer0_cnt = 0;
sec_cnt++;
}

#ifdef SHOW_TIME_DEBUG
if(timer0_cnt == 500)
{
//显示时间
ShowTime(0, 4);
//显示日期
ShowDate(0, 5);
}
#endif //SHOW_TIME_DEBUG
}
/******************************************定时函数****************************************/
/*函数原型:void DelaySec(unsigned char sec)
/*函数功能:是函数等待一段时间
/*输入参数:sec，要等待的时间（秒）
/********************************************************************************************/
void DelaySec(unsigned char sec)
{
sec_cnt = 0;
while(sec_cnt < sec);
}
/***************************网络授时函数******************************/
/*函数原型:void GprsTime(void)
/*函数功能:获取网络时间后更新ds1302的时间
/********************************************************************/
void GprsTime(void)
{
char* pos = NULL;
uchar temp[4] = {0};
uchar i = 0;
LCD_prints(0,2,"UPDATA TIME.");
while(!(Hand("CONNECT OK") || Hand("ALREADY CONNECT")))//检测是否收到 CONNECT OK ,如果有连接成功
{
CleanGsmRcv();//清除接收缓存
Uart2SendStr("at+cipshut\r");
DelaySec(2);
Uart2SendStr("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"\",80\r");//连接对应的域名的端口
DelaySec(5);
}
LCD_prints(0,2,"UPDATA TIME..");

DelaySec(1);
Uart2SendStr("AT+CIPSEND\r");
DelaySec(1);
Uart2SendStr("GET /websearch/features/standardtimeadjust.jsp?a=0.9724362262059003 HTTP/1.1\r\nHost: \r\nConnection: keep-alive\r\n\r\n");
Uart2SendHex(0x1a);//以0x1a结束
CleanGsmRcv();//清除接收缓存
LCD_prints(0,2,"UPDATA TIME...");
sec_cnt = 0;
while(1)
{
if(Hand("Expires:"))
{
pos = strstr(GsmRcv, "Expires:");//
i = (*(pos+26)-0x30)*10+(*(pos+27))-0x30+8;
if(i>=24) i=i-24;
init[2] = ((i/10)<<4) + i%10;
init[1] = ((*(pos+29)-0x30)<<4) + *(pos+30)-0x30;
init[0] = ((*(pos+32)-0x30)<<4) + *(pos+33)-0x30;
init[6] = ((*(pos+23)-0x30)<<4) + *(pos+24)-0x30;
init[3] = ((*(pos+14)-0x30)<<4) + *(pos+15)-0x30;
i = 0;
strncpy(temp, pos+9, 3);
while(!strstr(zhou_tab[i], temp)) i++;
init[5] = i;
i = 0;
strncpy(temp, pos+17, 3);
while(!strstr(yue_tab[i], temp)) i++;
init[4] = i+1;
DS1302_SetTime(init);
CleanGsmRcv();//清除接收缓存
LCD_prints(0,2,"TIME UPDATAED");
break;
}
else if(sec_cnt == 3)
{
LCD_prints(0,2,"TIME FEILED");
break;
}
}
}

3.6 GPRS程序
*********************************GPRS程序******************************
#include "systerm.h"
uchar GsmRcv[MAXRCV] = {0};
uchar DebugBuf_U2[MAXBUF] = {0};
uchar DebugBuf_U1[MAXBUF] = {0};
uchar GsmRcvCnt = 0;
uchar GsmAtFlag = 0;
uchar Debug2RcvCnt = 0;
uchar Debug1RcvCnt = 0;
bit uart2Sending = 0;
bit uart1Sending = 0;
/***************************串口2初始化函数函数*****************************/
/*函数原型:char Uart2Init(char smod,char brtx12,unsigned char reload)
/*函数功能:初始化用于连接gprs的串口2 ,串口2只能设置为独立波特率提供波特率
并打开串口2中断和全局中断
/*输入参数: smod s2smod位0/1 brtx12 brtx12位 0/1
reload reload寄存器数值 0-255
/*输出参数: -1 s2smod位错误，没有写入0/1
-2 brtx12位错误，没有写入0/1
/********************************************************************/
char Uart2Init(char s2smod,char brtx12,unsigned char reload)
{
S2CON = 0X50;//8位可变波特率，无奇偶位
BRT = reload;//设置独立波特率发生器波特率
if(s2smod == 1)
{
AUXR |= S2SMOD; //S2SMOD = 1;//波特率倍速位
}
else if(s2smod == 0)
{
AUXR &= (~S2SMOD); //S2SMOD = 0;//取消波特率倍速位
}
else
{
return -1;
}
if(brtx12 == 1)
{
AUXR |= BRTx12;//BRTx12 = 1;1T模式
}
else if(brtx12 == 0)
{
AUXR &= (~BRTx12);//BRTx12 = 0;12T模式
}
else
{
return -2;
}
AUXR |= BRTR;//开启波特率发生器

//设置串口2中断优先级
IP2H |= PS2H; //设置串口2优先级为3(最高)
IP2 |= PS2;
if (UART2_PRIO & 0x02)
{
IP2H |= PS2H;
}
else
{
IP2H &= ~PS2H;
}
if (UART2_PRIO & 0x01)
{
IP2 |= PS2;
}
else
{
IP2 &= ~PS2;
}
IE2 |= ES2;// ES2 = 1; //允许串口2中断
EA = 1; //开总中断
return 0;
}
/***************************串口2发送函数函数************************/
/*函数原型:void Serial_Init(void)
/*函数功能:串口2发送函数，发送单一数据
/*输入参数:数据
/********************************************************************/
void Uart2SendHex(uchar i)
{
while(uart2Sending == 1);
uart2Sending = 1;
S2BUF = i;//装入数据
}
/***************************串口2发送字符串函数**********************/
/*函数原型:void Uart2SendStr(char* data_at)
/*函数功能:串口2发送函数，发送字符串
/*输入参数:字符串指针
/*输出参数:无
/********************************************************************/
void Uart2SendStr(char* data_at)
{
while(*data_at)
{
Uart2SendHex(*data_at++);
}
}

/***************************串口1初始化函数**********************/
/*函数原型:char Uart1Init(char smod,char brtx12,unsigned char reload)
/*函数功能:串口1初始化
/*输入参数: smod smod位 0/1
brtx12 brtx12位 0/1
reload reload寄存器数值 0-255
/*输出参数: -1 smod位错误，没有写入0/1
-2 brtx12位错误，没有写入0/1
/*备注：串口设置位独立波特率提供波特率，和串口2使用同一个波特率，也可以使用定时器1来提供波特率
/********************************************************************/
char Uart1Init(char smod,char brtx12,unsigned char reload)
{
SCON = 0X50;//8位可变波特率，无奇偶位(SM0=0,SM1=1),使能串口接收模块(REN=1)
BRT = reload;//设置独立波特率发生器波特率
if(smod == 1)
{
PCON |= SMOD; //SMOD = 1;//波特率倍速位
}
else if(smod == 0)
{
PCON &= (~SMOD); //SMOD = 0;//取消波特率倍速位
}
else
{
return -1;
}
if(brtx12 == 1)
{
AUXR |= BRTx12;//BRTx12 = 1;1T模式
}
else if(brtx12 == 0)
{
AUXR &= (~BRTx12);//BRTx12 = 0;12T模式
}
else
{
return -2;
}
AUXR |= S1BRS;//串口1设置为使用独立波特率发生器
AUXR |= BRTR;//开启波特率发生器
//设置串口1中断优先级
if (UART1_PRIO & 0x02)
{
IPH |= PSH;
}
else
{
IPH &= ~PSH;
}
if (UART1_PRIO & 0x01)
{
PS = 1;
}
else
{
PS = 0;
}
ES = 1; //开串口中断
EA = 1; //开总中断
return 0;
}
/*********************************************串口1发送函数*************************************/
/*函数原型:void Uart1SendHex(char i)
/*函数功能:串口1发送函数
/*函数功能:串口1发送函数，发送单一数据
/*输入参数:数据
/*输出参数:无
/**************************************************************/
void Uart1SendHex(char i)
{
while(uart1Sending);//等待发送完毕
uart1Sending = 1;
SBUF = i;//将数据放入寄存器发送
}
/***************************串口1发送字符串函数**********************/
/*函数原型:void Uart1SendStr(char* data_at)
/*函数功能:串口1发送函数，发送字符串
/*输入参数:字符串指针
/*输出参数:无
/********************************************************************/
void Uart1SendStr(char* at)
{
while(*at) //判断一串数据是否结束
{
Uart1SendHex(*at++);//发送数据
}
}
/**************************串口1发送接收中断函数********************/
/*函数原型:void Uart1InterruptReceive(void) interrupt 4
/*函数功能:串口2发送接收中断函数
/*备注：接收函数内部不可以放入其他的中断或者发送函数，否则影响接收数据
/********************************************************************/
void Uart1InterruptReceive(void) interrupt 4
{
char tmp = 0;
if(RI)
{
ES=0;//关串行口中断
RI=0;//接收中断信号清零，表示将继续接收
tmp = SBUF;//接收数据
#ifdef UART1_DEBUG
//将接收到的数据放入DebugBuf_U1，在定时器内，DebugBuf_U1会被串口2发送给GSM模块。
//这样通过串口1发送到单片机的数据GSM模块就可以收到了，主要为了调试的方便。
DebugBuf_U1[Debug1RcvCnt] = tmp;
Debug1RcvCnt++;
if(Debug1RcvCnt>=MAXBUF-1)
{
Debug1RcvCnt = 0