公交车实时站台站牌公告显示系统的设计与实现.docx

南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者： 李申 学 号： 240092232 系 部： 康尼学院 专 业： 通信工程 题 目：公交车实时站台站牌公告显示系统的设计与实现指导者： 宋红梅 讲师 评阅者： 2013 年 6 月 南 京摘要本系统以单片机STC89C52为核心，介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制一个译码器74HC138和两个列驱动器74HC595来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字全屏能显示1个汉字，采用4块88点阵LED显示模块来组成1616点阵显示模式。显示采用动态显示，使得文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计，以及使用说明等。 关键词：STC89C52单片机；LED点阵屏；74HC595；74HC138 AbstractIn order to meet the needs of E-stop on real-time and Interoperability in Intelligent Transportation management System (ITS), this article introduces a design. The system base on a modular design concept, GSM communications module and LED screen display. Meanwhile it uses STC89C52RC single-chip microcomputer as a central control unit. GSM SMS module connects with the Central Control Unit through RS232 serial port, and receive SMS information though the Serial port, achieves the communication between the Traffic Control Center and the E-stop. Then, the central control unit process and analysis those information received. The E-stop display the receives information on the screen by these characters stored in the ROM. Furthermore the screen can display real time and remain time by a Clock-chip.Key word: LED dot matrix screen;89C52;74HC595;74HC138目录第一章 绪论11.1 引言11.2 选题背景与意义31.4 论文主要研究内容31.5 主要章节安排4第二章 总体设计方案52.1总体方案的选择52.1.1单片机的选择52.1.2 LED显示屏的选择52.1.3 GSM Modem 的选择52.2 系统结构框图6第三章 硬件介绍83.1 硬件组成83.2 控制单元介绍83.3 驱动单元介绍123.3.1 74HC595123.3.2 74HC138143.4显示单元介绍163.5传输单元介绍173.5.1 TC35i173.5.2 GSM网络介绍193.5.3短信息的介绍20第四章 硬件设计214.1 最小系统设计214.2 LED汉字显示电路设计26第五章 软件部分的设计325.1 LED汉字显示的软件设计325.2 GSM模块的软件设计42第六章 系统的制作与结果446.1 系统硬件部分的制作与结果446.1.1 系统硬件制作446.1.2 系统硬件调试456.2 软件的实现与结果466.2.1 Keil 编译与调试466.2.2 生成*.HEX文件476.3硬件运行结果48第七章 总结与展望49致谢50参考文献51附录1 系统原理图52南京工程学院毕业设计说明书（论文）第一章 绪论1.1 引言公共交通系统是城市重要基础设施之一，具有消耗能源小，运载量大，相对污染小，运输成本低等优点。但随着经济的快速发展，城市的机动车辆不断增加，同时又因为公交车的舒适性差，等候时间长等诸多原因导致城市交通流量不断加大，交通拥挤程度不断加剧。现行的公交企业运营调度管理工作也存在着诸多问题：目前调度主要以人力为主，技术方案落后；制定运营计划主要靠经验，缺少科学与合理性；运营调度管理人员素质不高，不适合新技术的应用等等。这些因素制约着调度工作的发展和优化，给公交系统带来很多问题。与发达国家相比，我国城市的公交调度水平是比较落后的，主要表现在两个方面，一是调度方式还是比较单一，以人力调度为主。另外一个是没有采用先进技术来监控车辆，比如到发站时间模糊，应变能力低，缺少信息化服务。自二十世纪八十年代以来，许多国家公交部门开始应用先进的信息通信来进行公交车辆定位、车辆监控、计算机辅助调度以提高公交调度的效率。随着我国城市“公交优先”战略的贯彻实施，建立完整和科学的智能公交系统，已成为城市基础设施建设的发展趋势6。近年来各城市都比较重视对交通系统管理和控制的研究和开发，致力于通信技术，自动化技术等现代高新技术等系统地解决公共交通问题。同时由于科学技术的进步和政府对公交投入的力度的加大，我国的公交调度系统正逐步得到改进，并提出了智能交通系统（ ITS）的概念。智能交通系统是通过对相关的交通信息进行实时采集、传输和处理，且能把握当前交通运行状况以及可以预测未来的交通状况，通过多种手段和设备能够对各种各样交通情况进行有效处理，通过高效的信息交流手段，使用户迅速获知交流信息，从而有效的提高了交通效率和安全，并使交通设施得到充分的利用，实现交通系统的集约式发现。在此基础上，城市智能公共交通管理系统是集计算机网络技术、无线通信技术、数据库技术、电子技术等技术为一体的交通系统。该系统具有公交车辆的定位跟踪、辅助导航、车辆调度指挥、动态发布公交信息以及出行者最佳路线查询等功能。通过建设智能公交管理系统可以大大提高城市公交车辆的综合管理和调度的智能性，从而有效地缓解城市交通的压力，降低对城市环境的污染等，而公交智能化系统调度系统则利用先进的技术手段，动态的获取交通信息，实现对车辆的实时监控和调度，市公交调度的发展方向，是公共交通实现科学化、现代化、智能化管理的重要标志。智能公交调度指挥管理系统分为三个部分，第一部分为公交中心调度管理分系统，它的作用是在大屏幕上显示实时的将车辆定位信息；以短消息的方式向乘客发布跨线路、跨区域公交车辆运行情况；发布广告和公益信息；车辆管理系统汇总等；第二部分为车载终端分系统，它的作用是完成车辆报警和定位；利用GSM网进行通讯；广告信息显示和车内自动报站等； 第三部分为电子站牌分系统，也就是本次毕业设计研究的站牌显示系统，它的作用是显示公交车辆预计、准确到站时间；行车情况；以短消息向乘客发布本线路公交车辆运行情况；显示公益信息及广告信息4。电子站牌就是电子显示屏幕形式的公交车的指示牌，乘客可以通过该电子屏幕，清楚的了解到自己要乘坐的下一辆甚至线路全部公交车的运行状况，即公交车什么时间到达本站、车上的人员拥挤状况、该车是否出现故障等信息3。要对城市公共汽车电子站牌系统进行设计，首先要充分考虑我国城市公共交通的现状：线路复杂、公交网络站牌密集、站牌环境恶劣等。所以设计的方案要适应实际情况。由于科技的飞速发展，电子站牌也越来也信息化 5。例如，可以知道车辆经过线路哪些站，或者到达某车站还有哪几路公交车。如果能建立一个基于城域网网络的计算机查询系统就可以很方便地解决这些问题。但是对于公交公司建立这样一个专用的计算机网络系统，会加重他们的运营成本，同时由于系统终端长期置于露天开放的环境下，虽然采用高可靠性的触摸屏显示设备，但是维护和管理比较麻烦。因此一种既廉价又实用可靠的技术是很有必要的。采用成熟的STC89C52单片机系统来实现系统的主要设计功能是很好的选择，而且工作是稳定的。网络结构采用的是星型与总线型相结合的结构，系统主机是一台PC机，这样PC机就可以检测整个公共交通系统，还可以进行联络各个站牌的工作，这样不但降低了成本，而且保证了系统的功能。1.2 选题背景与意义 伴随着各个城市的城市规模不断的扩大,公交线路不断增多,公交网络日益复杂,传统的MIS（magement information system，管理信息系统）系统已经不能有效的承担起城市交通系统的管理和运行。目前我国各城市公交系统服务水平较低,公交运营服务不能很好地满足市民出行的要求,市民只能在站台被动候车,不能清楚的了解公交车到站时间、大概位置等信息，在一定程度上影响了公交系统的利用率,加剧了市区交通拥堵。智能交通系统ITS 就是在这样的背景下应允而生的,可以有效的解决这些问题，为市民的出行带来方便。它将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地集成于一体, 在大范围内、全方位发挥作用, 实现实时、准确、高效的综合交通管理1。本项目的开发和应用可以让乘客清楚的了解到车辆到站还有几站路、到站的时间信息等，这样就大大的方便的市民乘车，极大的提高公交营运效率和服务水平。此外,电子站牌还可以为政府和有关部门发布天气预报，公益广告，灾害预警等信息，为构建和谐社会发挥作用。1.3 研究现状公交站牌显示系统目前还在不断开发中。主要有基于GSM无线传输模块的站牌显示，有以太阳能电池板供电站牌，有基于城市ITS智能运输工程大力开发公交站牌系统。1.4 论文主要研究内容该论文主要研究利用单片机来实现LED汉字动态显示，深入了解单片机STC89C52，驱动74HC595、74HC138和汉字显示原理。 1.5 主要章节安排首先就课题研究的背景和意义做出说明。第二章介绍了系统设计方案。第三章、第四章对硬件和硬件设计进行了介绍。第五章主要介绍了软件部分的设计。第六章主要介绍系统的调试与实现。最后给出结论并对课题未来的发展做出了展望。第二章 总体设计方案2.1总体方案的选择本次毕设我选择的方案是单片机、LED显示屏与GSM Modem组成的显示系统。2.1.1单片机的选择目前单片机已非常普遍，基于51内核的单片机芯片也有众多供应厂商。例如，台湾宏晶科技的STC系列，Cyganl公司的C8051系列。这些单片机都有丰富的片上资源，一般都不需要外扩其他器件就可以构成一个完整的系统。我选择的是宏晶科技公司的STC89C52RC单片机。2.1.2 LED显示屏的选择LED点阵显示屏：整个站牌由LED显示屏构成，站点信息在点阵屏幕上显示，并且可以以静态的方式固定显示站点或以动态的方式轮流显示所有的站点。系统利用GSM短息模块的GSM网络将系统进行更新、升级3。这种方案的优点是：成本相对比较低廉，能即时动态的显示站点信息，显示的信息容量也比较大，便于远程控制和升级。缺点是：受目前LED显示技术的限制，对于图像和视频显示的效果不是很理想1。2.1.3 GSM Modem 的选择本设计中GSM Modem是该系统中的核心部分。TC35i是Siemens公司推出的新一代无限通信GSM模块。自带RS232通讯接口，可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以可靠、快速、安全地实现系统方案中的数据、语音、短消息服务和传真的传输。TC35i模块的工作电压为3.3-5.5V，在两个频段工作，分别是900MHz频段和1800MHz频段，900MHz频段功耗为2W，1800MHz频段功耗为1W。模块具有AT命令集接口，支持文本PDU和模式的短消息。此外，该模块还具有其他的功能，如漫游检测功能、电话薄功能、多方通话等。有三种常用工作模式，分别是省电模式、IDLE模式、TALK模式。有独特的40引脚的ZIF连接器，可以双向传输指令、电源连接、语音信号、数据及控制信号。通过ZIF连接器及50天线连接器，可分连接SIM卡支架和天线。TC35i模块主要由供电模块（ASIC）、GSM射频模块、 GSM基带处理器、ZIF连接器、闪存、天线接口六部分组成。基带处理器是模块的核心，主要作用是处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备的所有的模拟和数字功能。可支持FR、HR和EFR语音信道编码。2.2 系统结构框图系统结构框图如图2.1所示图2.1 系统结构框图我采用的单片机芯片是与MCS-51 兼容的STC89C52RC，STC89C52RC单片机带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能8位微处理器。看门狗电路采用STC89C52内部的看门狗设置。汉字显示电路采用的是16*16 LED点阵显示。点阵显示有两种显示方法，一种是静态显示，但需占用较多的I/O口线。另一种是动态扫描显示，通过控制各个显示器公共阳极轮流接高电平的办法，逐一轮流地启动各个LED。动态显示法是目前各种单片机采用的流行方法。其优点是硬件简单，“动态”由软件实现。GSM模块采用TC35i，TC35i带有标准的串行通信接口通过MAX232进行电平转换后与单片机进行接口。第三章 硬件介绍3.1 硬件组成系统的硬件主要由控制单元、显示单元、驱动单元和传输单元组成，下面对它们进行介绍。3.2 控制单元介绍 STC89C52RC是宏晶公司生产的高性能、低电压的CMOS8位单片机，片内含8Kb的Flash只读程序存储器（ROM）,ROM可反复擦写,和512b的随机存取数据存储器（RAM），片内置通用中央处理器（CPU）和Flash存储单元，兼容标准MCS51指令系统，可灵活应用于各种控制领域。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100000次8。将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，是一种高效微控制器， STC89C52RC单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容7。1.时钟电路STC89C52内部有一个高增益反相放大器，能构成振荡器。放大器的输入端是引脚RXD，输出端是引脚TXD。时钟产生方式有两种，内部方式产生或外部方式产生。时钟电路的内部振荡方式如图3.1(a) 所示，定时元件外接在RXD和TXD引脚上，自激振荡就会在内部振荡器上产生。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路9。晶体振荡频率一般在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。时钟电路的外部振荡方式如图3.1(b)所示，RXD接地,TXD接外部振荡器。对外部振荡信号没有特别的要求，保证脉冲宽度就可以了，采用的信号为方波，频率低于12MHz。振荡频率被片内时钟发生器两分频，产生了一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。（a）内部方式时钟电路 （b）外部方式时钟电路图3.1 时钟电路2.复位及复位电路（1）复位操作对单片机初始化就是复位。主要作用是把PC初始化为0000H，让单片机执行程序。单片机除了正常初始化之外，当操作错误和程序运行出错导致的一些问题让系统处于死锁状态时，也需要手动复位让系统重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，复位状态如表3.1所示。表3.1 一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H（2）复位信号及其产生复位信号的输入端是RST引脚。高电平有效是复位信号，时间应持续24持续振荡周期(即二个机器周期)以上。图3.2 复位信号的电路逻辑图整个复位电路包括两部分，分别是芯片内、芯片外。施密特触发器接收到外部电路产生的复位信号(RST)之后，输出的信号在每个机器周期的S5P2时刻被片内复位电路采样，这样内部复位操作才能得到所需要的信号。复位操作有两种方式，分别为按键手动复位、上电自动复位两种方式。当外部复位电路的电容充电就能实现上电自动复位。其电路如图3.3（a）所示。实现自动上电复位的前提是电源Vcc的上升时间不超过1ms，这样就可以实现系统的复位初始化了。按键手动复位有两种方式，为脉冲方式和电平方式。其中，当复位端经Vcc电源与电阻接通就能实现按键电平方式。其电路如图3.3（b）所示； RC微分电路产生的正脉冲可以实现按键脉冲复位。（a）上电复位 （b）按键电平复位 （c）按键脉冲复位图3.3 复位电路上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用图3.3（b）上电复位方式。3.STC89C52引脚介绍如下： 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。PO口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.73.3 驱动单元介绍3.3.1 74HC5951. 74HC595是一款漏极开路输出的CMOS移位寄存器，输出端口为三态输出端，亦能串行输出控制下一级级联芯片。图3.4 74HC595引脚图2.特性8位串行输入8位串行或并行输出存储寄存器带有三态输出移位寄存器可直接清零100 MHz（典型）移出频率ESD保护HBM EIA/JESD22-A114-A超过2000 VMM EIA/JESD22-A115-A超过200 V3.引脚说明表3.2 74HC595引脚说明符号引脚说明Q0-Q7Q0为第15脚，其他为第一脚至第七脚 8位并行数据输出GND第8脚地Q7第9脚串行数据输出MR第10脚主复位（低电平）SHCP第11脚移位寄存器时钟输入STCP第12脚存储寄存器时钟输入OE第13脚输出有效（低电平）DS第14脚串行数据输入VCC第16脚电源4.功能表表3.3 74HC595功能表输入输出功能SHCPSTCPOEMRDSQ7QnLLNCMR为低电平时仅仅影响移位寄存器LLLL空移位寄存器到输出寄存器HLLZ清空移位寄存器，并行输出为高阻状态LHHQ6NC逻辑高电平移入移位寄存器状态0，包含所有的移位寄存器状态 移入LHNCQn移位寄存器的内容到达保持寄存器并从并口输出LHQ6Qn移位寄存器内容移入，先前的移位寄存器的内容到达保持寄存器并出H=高电平状态L=低电平状态=上升沿=下降沿Z=高阻NC=无变化=无效当MR为高电平，OE为低电平时，数据在SHCP上升沿进入移位寄存器，在STCP上升沿输出到并行端口。3.3.2 74HC1381.简介74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0, A1和A2），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。74HC138有一个高有效（E3）和两个低有效（E1和E2）的三个使能输入端。一般74HC138保持所有输出为高，当E3置高且E2和E1置低时才输出低。想要实现并行扩展，组合成为一个1-32译码器，利用这种复合使能特性就可以，只需1个反相器和4片74HC138芯片即可。74HC138也可以作为一个8输出多路分配器，前提是数据输入任选一个低有效使能输入端，其它的使能输入端作为选通端，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状态。图3.5 74HC138引脚图2.特性复合使能输入轻松实现扩展，兼容JEDEC标准no.7A存储器芯片译码选择的理想选择低有效互斥输出ESD保护HBM EIA/JESD22-A114-C超过2000 V MMEIA/JESD22-A115-A超过200 V 温度范围 -40+85 , -40+125 多路分配功能3. 技术参数电压 2.06.0V驱动电流 5.2mA传输延迟 12ns5V逻辑电平 CMOS功耗考量 低功耗或电池供电应用封装与引脚 SO16、SSOP16、DIP16、TSSOP163.4显示单元介绍近年来，LED(lightemitingdiode，发光二极管)电子显示屏在人们的生活中越来越重要，它可以将实时的文字和图片信息直观的呈现在人们的眼前，亮度高，非常直观显眼，对于信息的传播有非常好的效果，而且内容还可以根据需要方便的进行修改，显示内容、显示方式相当丰富，最重要的是LED价格低廉，使用寿命长、稳定，受到体育比赛、商业广告等领域的喜爱，应用广泛。控制器是LED显示屏的核心技术，非常重要。现在8位或16位的微控制器被大部分异步显示屏采用，由于微处理器的外围接口资源、体系架构、处理速度、寻址范围等一些原因，已难以在要求显示较多像素、显示内容帧频较高、动态显示效果复杂的情况下得到良好的动态视觉效果。LED显示屏控制系统性能良好，工作稳定可靠，易于维护升级，具有很高的性价比。点阵LED显示器是把一些均匀排列的发光二极管封装在同一个包装中，可以显示阿拉伯数字、英文数字和一些符号。本设计中点阵显示模块所用的规格是1616。由于各厂家所制作的点阵LED显示器的引脚及位置并不相同，因此在使用前要先用万用表的欧姆档加以测量，以确定每个引脚对应的LED。本设计中，点阵单元采用共阳型单色88LED点阵。共阳型88LED点阵单元的内部结构示意图如图3.6所示，共有64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，由行输入高电平，列接低电平点亮。图3.7 行共阳88点阵显示器内部结构图图3.6 行共阳88点阵显示屏内部结构图图3.7 点阵的内部与结构3.5传输单元介绍3.5.1 TC35i 1.西门子TC35系列的TC35i是西门子的最新产品，设计紧凑，体积小。TC35i与GSM 2/2+兼容，拥有RS232数据口和双频(GSM900/GSMl800)和，同时也符合ETSI标准GSM0705和GSM0707。模块中的基带和射频电路集于一体，同时向用户提供标准了的AT命令接口，可以可靠、快速的传输短信、数据、传真和语音。TC35i有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。第114脚为电源部分：15为电源电压输入端Vbatt+，610为电源地GND，11、12为充电引脚，13为对外输出电压(共外电路使用)，14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻。2429为SIM卡引脚，分别为CCIN、 CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。3340为语音接口，用来接电话手柄。15、30、31和32脚为控制部分：15为点火线IGT(Ignition)， 当TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模块才启动；30为RTC backup，31为Power down，32为SYNC。1623为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。2.性能指标 表3.4 TC35i - 性能指标特性说明信息传送内容语音和数据电源单电源3.3V-4.8V频段双频GSM900MHz和DCS1800MHz(phase 2+)发射功率2W（GSM900MHz Class 4） 1W(DCS1800MHz Class 1 )SIM卡连接方式外接温度范围工作温度：-20+55 储存温度-30+85工作电流损耗通话模式：300mA(典型值)空闲模式：3.0mA(最大值)省电模式：50A(最大值)短信息MT,MO,CB和PDU模式音频接口模拟信号（麦克风，耳麦，免提手柄）通讯接口RS232（指令和数据的双向传送）SIM卡操作电压3V/1.8V模块复位采用AT指令或掉电复位串口通讯波特率300bps 115kbps软件下载功能通过RS232或SIM接口实时时钟可实现（时钟频率32.768KHz）定时器功能可用AT命令编程3.5.2 GSM网络介绍1980年欧洲经历了无线通信的飞速发展。每天都有大量用户加入无线网络，网络覆盖面积不断扩大，但由于使用的频段不同，技术上不兼容，并缺乏一个中心组织来协调发展，并且全是模拟的。1982年欧洲26个国家的电信官员在欧洲邮政管理委员会的组织下举行会议，决定建立名为“移动特别小组”（GSM）的组织，组织的宗旨是为未来泛欧洲制定一系列的公共标准，相继推出GSM900，DSC1800规范。随着移动设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，GSM逐渐演变为“全球移动通信系统”( Global System for Mobile Communication)的简称。GSM是当今应用最普及的数字移动通信技术，它已经被全球大多数国家接受，用在不同的频段（900、1800、1900MHz），所有这些代表了GSM技术的普及性。这是由于GSM的分层结构和网络实体间的标准接口，使运营商可以从不同的设备提供商那里选择丰富的配件，也允许制造商们只制造某专用部分，而不需要制造整个系统，这一点很受设备制造商欢迎。GSM设备制造商能够不断推出专用设备的第二代和第三代，使其集成度更高、质量更好。GSM通信系统主要由移动交换子系统(MSS )、基站子系统(BSS)和移动台(MS )三大部分组成。图3.8 GSM通信系统的组成MS 移动台 MSC 移动交换中心 HLR 归属位置寄存器BTS 基站收发器 AUC 鉴权中心 VLR 访问位置寄存器BSC 基站控制器 GMSC 网关移动交换中心 EIR 设备标识寄存器3.5.3短信息的介绍1. 短消息概念及传送所谓短消息就是通过GSM网络传输的有限长度的文本信息。而短消息业务是GSM系统提供给手机用户的一种特殊服务，这项服务与传统的语音传输通信业务不同。消息业务即通过MO和MT将一条短消息从一个实体发送到指定目的地址的业务，被发送的信息经过编码后消息长度为140个字节，也就是一条短消息可以包含160个英文字母(7Bit编码)或80个中文汉字(Unicode编码)。2. 短消息的收发模式短消息分为三种模式，分别为PDU模式、文本模式和块模式。只有很少的手机厂商支持块模式，大多数都支持文本模式和PDU模式。PDU有一个很好的优点就是通过PDU编码的短信息内容可以是文字、声音或图像。而且在本课题中使用中文、英文和数字来发送报警信息，所以选用PDU模式来发送信息。第四章 硬件设计由于此次试验成本较高，所以在硬件设计中未包含GSM传输模块部分的设计。4.1 最小系统设计单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。最小系统原理图如图4.1所示。图4.1 最小系统电路图图4.2 最小系统实物1.ISP下载线接口：单片接烧录程序接口，在Keil C51中做完一个完整的工程后，还需要在Keil C51中进行进一步操作才能将已经编译好的程序下载到STC单片机中供其运行，应为编写程序只是纯软件的开发过程。STC-ISP软件就是这一过程中的桥接部分，它是将Keil C51生成后缀名为.HEX的文件写入STC单片机的下载软件。软件的操作界面如图4.3所示。图4.3 STC-ISP软件操作界面这次设计就用该软件烧录汉字显示程序到单片机内，实现直接的汉字显示功能。2.电源电路设计本次硬件设计的电源采用的是USB接口，5V左右电压。对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。51单片机虽然使用时间最早、应用范围最广，但是在实际使用过程中，一个典型的问题就是相比其他系列的单片机，51单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给，也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。电源电路中接入了电源指示LED，图中R4为LED的限流电阻。S1为电源开关。图4.4 电源电路图3. 复位键部分：复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。把电阻和电容外接到单片机的复位引脚RST上来实现上电复位，这就是单片机复位电路原理。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。（1）上电复位：STC89系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。（2）按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。图4.5 复位键电路图4. 振荡电路图4.6 振荡电路图单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。为系统提供基本的时钟信号是单片机晶振的功能。为了保持各部分同步，一般一个系统共用一个晶振。但有的通信系统的射频和基频会使用不同的晶振，他们保持同步的方法是电子调整频率。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。STC89C52使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。4.2 LED汉字显示电路设计采用16*16点阵形式汉字显示，由74HC595+74HC138方式驱动，可以无限级联。如图4.7图4.7 电路实物图图4.8 电路原理图汉字显示的原理：我们以UCDOS中文宋体字库为例，在这个字库里由16行16列的点阵组成一个字，也就是由256点阵来组成一个汉字。我们可以把每一个点看成为一个像素，则把每一个字的字形看成为一幅图像。这个汉字屏除了可以显示汉字以外，还可以显示在256像素范围内的任何图形。如图4.9图4.9 显示效果图图4.10 例子我们以显示汉字“二”为例子来阐述其扫描原理：在UCDOS中文宋体字库里面，16行16列的点阵组成一个字。如果用8位的ATC89C52单片机来控制，由于单片机的总线为8位，所以需要把一个字拆分为上下2个部分，上面的部分由8*16点阵组成，下面部分也由8*16点阵组成。在这个例子中点阵屏的左上角的第一列的上半部分最先被显示出来，也就是第0列的p00-p07口，方向从上到下为p00到p07 。点阵屏显示汉字“二”时，由上往下排列为，p0.0 灭，p0.1 灭, p0.2 灭p0.3 灭, p0.4 灭, p0.5 灭,p0.6 灭,p0.7 灭。即二进制00000000，转换为16进制为0H。上半部第一列扫描完之后，会继续扫描下半部的第一列，即从p27向p20方向扫描，p27 灭，p26 灭, p25 灭p24 灭, p23亮, p22 灭,p21 灭,p20灭。二进制为00001000,16进制为08H。然后转向上半部第二列，接着继续从上半部第二列开始扫描，扫描完成后可得到汉字“二”的代码为：