ИЗМЕРИТЕЛЬ дальности на ультразвуковом датчике с gsm модулеМ
ИЗМЕРИТЕЛЬ дальности на ультразвуковом датчике с gsm модулеМ
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦОННАЯ РАБОТА
(направление: 11.03.01, Радиотехника, профиль «Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов»)
Выполнил: студент IV курса
группы РТ-12 ФТИ СВФУ
Макаров Артем Иванович
Подпись__________
Руководитель: доцент, к.ф.- м.н.каф. РТиИТ ФТИ СВФУ
Мельчинов Виктор Петрович
Подпись__________
Якутск - 2016
Содержание
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.. 2
Введение. 3
ГЛАВА 1.Принципы передачи данных по GSM каналу.. 5
1.1 Стандарт сотовой связи GSM.. 5
1.2. Устройство модуля SIM900. 9
ГЛАВА 2.Разработка устройства измерения расстояния.. 18
2.1. Ультразвуковой датчик. 18
2.2. Микроконтроллер PIC16F628А.. 21
2.3 Разработка устройства передачи данных по каналу GSM.. 25
2.4. Изготовление печатной платы устройства. 31
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 37
ПРИЛОЖЕНИЕ. 38
Приложение 1. 38
Приложения 2. 45
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
GSM - Global system or Mobile communications. Глобальный стандарт цифровой сотовой связи.
SIM - Subscriber Identification Module. Модуль идентификации абонента.
GPRS -General Packet Radio Service. Пакетная радиосвязь общего пользования»
AT - От английского "Attention", набор команд.
UART - Universal Asynchronous Receiver-Transmitter. Универсальный асинхронный приемо-передатчик
МК - Микроконтроллер
ТТЛ - Транзисторно-транзисторная логика
ТШ - Триггер Шмитта
I/O - Input/Output. Вход/Выход
Введение
В настоящее время, с расширением границ работы сотовой связи все большей популярностью пользуются GSM модули, посредством которых можно передавать данные или любую информации. При таком способе передачи достигается удобство и оперативность передачи информации.
В качестве ультразвукового датчика используется приемо-передатчик ультразвука. Принцип работы ультразвукового датчика расстояния основан на излучении импульсов ультразвука и измерении времени задержки отраженного от объекта импульса. Управление работой ультразвукового датчика, преобразование времени задержки сигнала в расстояние и формирование данных для подачи на вход SIM-модуля производится с помощью перепрограммируемого микроконтроллера PIC16F628А. Передача данных при поступлении сигнала запроса на данное устройства производится с помощью специальных АТ команд, подаваемых на информационный вход SIM - модуля.
Данное устройство может быть применено для контроля заполнения емкостей водой, бензином, нефтью и т.д..Также оно может быть использовано для оборудования гидропостов в периоды паводка для оперативного контроля уровня воды на реках. В этом заключается актуальность данной работы. Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка ультразвукового измерителя расстояния его сопряжение с GSM модулем для последующей передачи на сотовый телефон владельца. В качестве GSM модуля нами был выбран SIM900 компании "SimCOM", поддерживающий диапазоны частот GSM/GPRS 850/900/1800. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - Изучить документации, технические характеристики устройств которые будут использоваться в данной работе
- Написать программу для микроконтроллера PIC16F628A, которая будет преобразовывать данные с ультразвукового датчика, затем отправлять полученный результат GSM модулю, которая в свою очередь доставит через смс-сообщение пользователю - Изготовить печатную плату устройства измерения дальности на ультразвуковом датчике с GSM модулем. Метод исследования: Экспериментальный, практический. Апробация, по данной работе был получен диплом за активное участие в работе выставки-конкурса "Техническое творчество молодежи" в Лаврентьевских чтениях, которые проводились 18-22 апреля 2016 г. Работа состоит из 2 глав, введения и заключение, списка источников, приложения. В первой главе работы рассматриваются технические характеристики GSM модуля SIM900, как модуль передает, принимает данные с помощью АТ- команд. Рассмотрен пример общения модуля с компьютером через COM порт (RS-232), с помощью программы COM port toolkit 4.0. Вторая глава посвящена, разработке устройства, алгоритме работы программы микроконтроллера, описанию технических характеристик ультразвукового датчика HC-SR04 и микроконтроллера PIC16F628A. Описанию принципиальной схеме устройства измерителя дальности на ультразвуковом датчике c GSM модулем. Изготовлению печатной платы устройства. В заключении, приводится выводы работы, и технические характеристики устройства.
Стандарт сотовой связи GSM
GSM (от названия группы Groupe Spécial Mobile, позже переименован в Global System or Mobile Communications) — глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени и частоте. Разработан Европейским институтом стандартизации электросвязи в конце 80-х годов. [1].
Стандарт прошел несколько этапов развития:
GSM1982-1990. Запустили первую коммерческую сеть в январе 1992 г.
Скорость цифрового стандарта передачи данных до 9.6 Кбит/с. Сейчас не используется, все оборудование устарело.
GSM Phase 2
1993 г. Включает диапазон 1900 МГц в 1995 г. Цифровой стандарт, поддерживает скорость передачи данных до 9.6 кбит/с. Второй этап развития GSM «ФАЗА 2» завершился в 1997 г.[1]
GSM Phase 2+
Следующий этап развития сетей стандарта GSM «ФАЗА 2+» не связан с конкретным годом внедрения. Новые услуги и функции стандартизируются и внедряются после подготовки и утверждения их технических описаний.
GSM Phase 2+ обеспечивает поддержку следующих услуг:
Пакетная передача данных, речевая информация, определитель номера и его ограничения, передача СМС, конференц-связь, ожидание и удержания вызова, запрет на номера(черный список), голосовая почта и т.п
Для сотовой связи в России выделены частоты для стандартов GSM-900 и GSM-1800 МГц. Для GSM-900 выделенные частоты 890 до 915 МГц для передачи от клиента к базовой станции и 935 до 960 MГц для передачи от базовой станции клиенту. Разнос частот составляет порядка 40 50 МГц. Для GSM -1800 выделены 1710-1785 для передачи от клиента и 1805- 1880 для передачи от базовой станции.
Основные характеристики GSM приведены в таблицах 1.1-1.2.
Таб.1.1. Диапазон GSM 900/1800
| Характеристики | GSM-900 | GSM-1800 |
| Частоты передачи ЦК и приема БЗ, МГц | 890-915 | 1710-1785 |
| Частоты приема ЦК и передачи БЗ, МГц | 935-960 | 1805-1880 |
| Дуплексный разнос частот приема и передачи, МГц | ||
| Количество частотных каналов связи с шириной 1канала связи в 200 кГц | ||
| Ширина полосы канала связи, кГц |
Таб.1.2. Диапазон GSM 850/1900
| Характеристики | GSM-900 | GSM-1900 |
| Частоты передачи ЦК и приема БЗ, МГц | 824-849 | 1850-1910 |
| Частоты приема ЦК и передачи БЗ, МГц | 869-894 | 1930-1990 |
| Дуплексный разнос частот приема и передачи, МГц |
В GSM используется временное распределение канала TDMA.
Это когда в одном частотном канале находятся несколько пользователей, они разделены каждым своим временем для передачи данных
Структура сети GSM приведена на рис. 1.1.
GSM состоит из трёх подсистем:
· Подсистема базовых станций
· подсистема коммутации
· центр технического обслуживания [1]
Рис.1.1. Структурная схема сети GSM
Подсистема базовых станций.
ПБС состоит из базовых станций (BTS — Base Transceiver Station) и контроллеров базовых станций (BSC — Base Station Controller).Область, накрываемая сетью GSM, разбита на соты шестиугольной формы. Каждая ячейка покрывается одной BTS, при этом ячейки частично перекрывают друг друга, тем самым сохраняется возможность передачи обслуживания MS при перемещении её из одной соты в другую без разрыва соединения (Операция передачи обслуживания мобильного телефона (MS) от одной базовой станции (BTS) к другой в момент перехода мобильного телефона границы досягаемости текущей базовой станции во время разговора, или GPRS-сессии называется «Handover»).[2]
Подсистема коммутации.
Центр коммутации (MSC — Mobile Switching Centre)
MSC контролирует определённую географическую зону с расположенными на ней BTS и BSC. Осуществляет установку соединения к абоненту и от него внутри сети GSM, обеспечивает интерфейс между GSM и ТфОП, другими сетями радиосвязи, сетями передачи данных. Также выполняет функции маршрутизации вызовов, управление вызовами, эстафетной передачи обслуживания при перемещении MS из одной ячейки в другую. После завершения вызова MSC обрабатывает данные по нему и передаёт их в центр расчётов для формирования счета за предоставленные услуги, собирает статистические данные. MSC также постоянно следит за положением MS, используя данные из HLR и VLR, что необходимо для быстрого нахождения и установления соединения с MS в случае её вызова.
Центр технического обслуживания (Operations and Maintenance Centre)
Соединена с остальными компонентами сети и обеспечивает контроль качества работы и управление всей сетью. Обрабатывает аварийные сигналы, при которых требуется вмешательство персонала. Обеспечивает проверку состояния сети, возможность прохождения вызова. Производит обновление программного обеспечения на всех элементах сети и ряд других функций[2].
Устройство модуля SIM900
Для разработки устройства передачи данных по GSM каналу будем использовать беспроводной модуль передачи данных компании SIM900, разработанный компанией SIMсom. Беспроводной модуль используется для передачи и приема на территории действия сотовых операторов таких как МТС, Мегафон и Билайн. В настоящее время список SIM модулей непрерывно расширяется – разработаны SIM- модули со встроенным GPS приемником. Для отладки программ разработаны специальные отладочные модули для конкретного типа SIM-модуля. Модуль SIM 900 относится к типу наиболее простых модулей из своего класса. Прежде чем собирать схему производится его отладка на отладочном модуле, который содержит непосредственно сам модуль и интерфейсы для подключения к компьютеру и другим устройствам.
Технические характеристики SIM900[3]:
Диапазон рабочих частот GSM-GPRS 850/900/1900 МГц.
Соответствие стандарту GSM фазы 2/2+.
Выходная мощность в стандарте GSM 850/900 - 2 Вт.
Выходная мощность в стандарте DCS 1800/PCS 1900 - 1 Вт
Управление посредством АТ-команд.
Напряжение питания - 3,2…4,8В.
Диапазон рабочих температур - -30…+80°С.
Размеры - 24х24х3мм.
Масса - 6,2грамм.
Скорость передачи данных:
При пакетной передаче данных GPRS - до 85,6 Кбит/с (входной трафик); до 42,8 Кбит/с (исходящий трафик).
При передаче данных стандарта GSM: до 14,4 Кбит/с.
Используемые аудиокодеки HR, FR, EFR, AMR.
Функция подавления эха.
Внешние интерфейсы-UART, Sim-карта, GPIO, I2C.
Часы реального времени.
Встроенный стек TCP/IP, UDP/IP.
Прошивка с поддержкой технологии Embedded AT позволяет записывать в память модуля и исполнять пользовательский код, написанный на языке С. В ряде случаев это позволяет отказаться от использования внешнего микроконтроллера
Расположение контактов SIM900 приведено на рис.1.2.[3]
Рис.1.2. Расположение контактов модуля SIM900
Нумерация контактов SIM900 на языке оригинала приводится в таблице 1.3.
Табл. 1.3.Нумерация контактов на языке оригинала
| PWRKEY | GPIO1/KBR3 | ||
| NC | GPIO1/KBR2 | ||
| DTR | GPIO1/KBR1 | ||
| RI | GPIO1/KBR0 | ||
| DCD | GND | ||
| NC | GND | ||
| CTS | GPIO1/KBC4 | ||
| RTS | GPIO1/KBC3 | ||
| TXD | GPIO1/KBC2 | ||
| RXD | GPIO1/KBC1 | ||
| DISP_CLK | GPIO10 | ||
| DISP_DATA | NETLIGHT | ||
| DISP_D/C | GND | ||
| DISP_CS | GND | ||
| VDD_EXT | VBAT | ||
| NRESET | VBAT | ||
| GND | VBAT | ||
| GND | GND | ||
| MIC_P | GND | ||
| MIC_N | RF_ANT | ||
| SPK_P | GND | ||
| SPK_N | GND | ||
| NC | GND | ||
| NC | GND | ||
| ADC | GND | ||
| VRTC | STATUS | ||
| DBG_TXD | GPIO11 | ||
| DBG_RXD | GPIO12 | ||
| GND | |||
| SIM_VDD | |||
| SIM_DATA | |||
| SIM_CLK | |||
| SIM_RST | |||
| SIM_PRESENCE | |||
| PMW1 | |||
| PWM2 | |||
| SDA | |||
| SCL | |||
| GND | |||
| GPIO1/KBR4 |
Для дальнейшей работы с SIM модулем необходимо описать используемые в нашей разработке назначения контактов:
VBAT– напряжение питания.
VRTC – питание часов реального времени.
GND – заземление
POWER_ON - POWER_OFF - включение/выключение питания (нужно зажать, как минимум за 64 мс для включения или 500 мс для выключения модуля).
MIC1P/MIC1N –дифференциальные аудио входы.
SPK_P, SPK_N – дифференциальные аудио выходы.
SIM_VDD – напряжение питания для SIM-карты, поддержка 1.8 V или 3В.
SIM_DATA – SIM данные выход/вход.
SIM_CLK – SIM часы.
SIM_RESET – сброс.
SIM_PRESENCE- обнаружение сим- карты.
RXD – получение данных.
TXD – передача данных.
RTS – сигнал запроса на передачу.
CTS – очистка памяти для отправки данных.
RI – индикатор вызова.
DCD – обнаружение перевозчика.
DBG_TXD, DBG_RXD - используется для отладки и обновления прошивки.
NRESET – система сброса.
RF_ANT - главная антенна.
PWM1, PWM2 - модуляция, если не используются в модуле, должны быть открытыми.
NC- выход индикации нет соединения.
ADC - вход аналого-цифрового преобразователя от 0 до 2,8 В.
SDA - для подключения интерфейса I2С – вход данных.
SCL - для подключения синхронизации интерфейса I2С.
DISP-интерфейс подключения дисплея.
GPIO/KBR- выводы входа/выхода, выводы для клавиш.
STATUS- статус питание.
NETLIGHT- статус сети.
PWRKEY- кнопка включение питания.
Передача сообщений с помощью АТ - команд
АТ - команды разработаны компанией Hayes в 70-е годы. С помощью АТ-команд обмениваются приложения и модемы SIMCOM,WAVECOM для обработки событий услуг GSM. Для того, чтобы модем распознал эти команды, они должны быть записаны на понятном для модуля языке. Каждая команда всегда начинается словами AT или at , дополненных одной или больше командой и завершаемой в конце нажатием клавиши Enter. Команды воспринимаются модемом только тогда, когда он находится в "командном режиме" или offline.[4]
AT-команды обычно отправляются модему посредством коммуникационного программного обеспечения, в нашем случае ПО отправлять будет микроконтроллер PIC16F628A, но также можно ввести вручную, с компьютера.
Набор команд и архитектура оказались весьма удачными и неоднократно расширялись и дополнялись. ETSI выпустил ряд стандартов описывающих управление мобильными телефонами и модемами стандарта GSM, таких как GSM 07.05 и GSM0 7.07. Некоторые производители коммуникационного оборудования дополняют стандартный набор AT-команд своими собственными расширениями. Рассмотрим пример АТ команды. Все команды отправляются на беспроводной модуль с помощью программы COM port toolkit 4.0. Для этого надо настроить COM порт компьютера. В программе мы изменяем настройки как у нашего беспроводного модуля SIM900
Настройка соединения:
Скорость: 9600 бит/с по умолчания в нашем модуле SIM900.
Бит данных: 8.
Четность: нет.
Стоповые биты: 1.
Управление потоком: Нет.
Скриншот настройки компьютера для записи обмена данными с модулем на рис.1.3.
Рис.1.3. Скриншот настройки соединения на программе COM PORT Toolkit 4.0
Модуль общается с компьютером посредством AT команд. Практически все команды работают в 3 режимах — в тестовом, в режиме чтения и записи.
В тестовом режиме возвращается OK, если команда поддерживается или возможные значения данных в параметре команды. Тестовый режим определяется окончанием команды в виде '=?'.
В режиме чтения возвращаются текущие значения параметра, отличается от тестового наличием в конце просто символа '?'.
И в режиме записи после '=' идут новые значения параметров.
Количество параметров при чтении и записи не обязательно должно совпадать.
Рассмотрим АТ команды которые будут использоваться в нашей работе:
Включение и выключение режима ATE0 (режим эха):
· 0, выключен
· 1, включен. По умолчанию всегда 1.
· ATH0 — разорвать все соединения. Может принимать значения 0..5, указывающие какие виды связи нужно разорвать.
Отправка SMS.
AT+CMGF — формат сообщений, 0-1.
· 0, — режим PDU, управление кодом команды. Вывод сообщения в HEX коде. Этот режим стоит по умолчанию.
· 1, — текстовый режим. Команды текстовые. Вывод сообщения в текстовом виде.
Работа в режиме SMS.
AT+CMGS=«ХХХХХХХХХХХ» — отправка SMS. Так же зависит от AT+CMGF. После ввода команды выдает приглашение ">" после чего можно вводить текст сообщений. Завершается символом ESC или Ctrl-Z.
Сделать запрос можно 2 способами:
1. Используя специальную команду:
AT+CUSD=1,"#100#".
1 — режим обработки ответа.
0 — выполнить запрос, полученный ответ проигнорировать.
1 — выполнить запрос, ответ вернуть в терминал.
2 — отменить операцию.
Набирается команда "#100#", затем само сообщение. Отправляется только то, что находится в скобках.
2. Второй способ выглядит как обычный набор номера. Результат всегда возвращается в терминале. Но работает не на всех версиях прошивки.
ATD#100#;
Ответное сообщение приходит в сообщении +CUSD:
Вывод: Рассмотрена техническая характеристика GSM модуля SIM900. С помощью АТ-команд был проведен обмен данными между GSM модулем и компьютером через COM порт (RS-232).
Ультразвуковой датчик
Для нашего устройства был выбран ультразвуковой датчик HC-SR04, разработанный компанией "RoboBox". Этот датчик содержит 2 пьезорезистивных преобразователя – один работает в режиме излучателя, другой в режиме приема. Достоинством такого датчика является простота схемного решения и возможность определять достаточно малые расстояния - до десятков мм.
Технические характеристики HC-SR04[5]:
-Напряжение питание: 5 В.
-Потребление в режиме тишины: 2 мА.
-Потребление при работе: 15 мА.
-Диапазон расстояний: 2–400 см.
-Эффективный угол наблюдения: 15°.
-Рабочий угол наблюдения: 30°.
На рис. 1.4. приведен внешний вид датчика.
Рис.1.4. Внешний вид датчика HC-SR04.
Для нас важны размеры датчика на( рис.1.5).
Рис.1.5.Размеры датчика
Назначение выводов:
Vcc — плюс контакт питания.
Trig — Вход запуска датчика для измерения.
Echo — Выход эхо, отраженного сигнала.
GND — минус контакт питания
Принцип измерения расстояния при помощи датчика HC-SR04.
Для излучения ультразвука на схему датчика необходимо подать TTL импульс длительностью 10 мкс, на контакт схемы Trig. При подаче такого импульса схема генерирует 8 импульсов с частотой 40 кГц, эти импульсы возбуждают пьезорезистивный преобразователь и происходит изучение ультразвука в направлении на препятствия. Отраженные импульсы принимаются вторым пьезопреобразователем. Сравнивая времена излучения и приема пачки импульсов, схема датчика формирует Echo– импульс также уровня TTL, длительность которого пропорциональна расстоянию. Зная ширину вырабатываемого импульса можно определить расстояние до отражающей поверхности по следующему соотношению:
Ширина импульса(мкс)/58=дистанция(см)
На рис. 1.4 приведены временные импульсов ультразвукового датчика HC-SR04.
Рис.1.4.Временные диаграммы импульсов HC-SR04.
Микроконтроллер PIC16F628А
Для преобразования длительности формируемого на выходе ультразвукового датчика в значение расстояния и дальнейшей передачи на вход SIM модуля используется микроконтроллер PIC16F628A, который принадлежит семейству широко распространенных PIC микроконтроллеров. Выбор данного микроконтроллера обусловлен тем, что у него имеется встроенный таймер и он имеет интерфейс связи UART, позволяющий передавать данные и систему команд типа АТ, которую понимает SIM модуль.
Технические характеристика PIC16f628А[6].
Микроконтроллер компании "Microchip" PIC16F628А -18-выводной FLASH микроконтроллер входит в состав распространенного семейства PIC16CXX. Микроконтроллеры этого семейства имеют 8-разрядную, высокопроизводительную и полностью статическую RISC архитектуру.
-Тип корпуса - PDIP-18L.
-Напряжение питания ядра - 2...5.5B.
-Напряжение питания периферии - 2...5.5B.
-Рабочая температура - -40...80oC.
-Количество интерфейсов UART – 1.
-Количество таймеров -3.
-Количество компараторов -2.
-Количество I/0 -15.
Характеристика высокопроизводительного RISC ядра:
-35 команд.
-Все команды выполняются за один цикл (200нс), кроме команд переходов, выполняющихся за два цикла.
-Тактовая частота:
-DC-20МГц, тактовый сигнал.
-DC-200нс, один машинный цикл.
-Память программ(FLASH)-2048x14.
-Память данных(ОЗУ) -224х8.
-Память EEPROM данных -128х8.
-Система прерываний:
-16 специальных аппаратных регистров.
-8-уровневый аппаратный стек.
-Прямой, косвенный и относительный режим адресации.
Вычисления в МК производятся арифметико-логическим устройством (ALU), которое, в свою очередь при работе взаимодействует с регистрами. Основной регистр, используемый в вычислениях, называется аккумулятором или рабочим регистром, обозначается W и не отображается на адресное пространство. Остальные регистры образуют память данных и делятся на 2 группы:
-регистры специального назначения (SFR) — используются для управления ядром и периферией;
-регистры общего назначения (GPR) — по сути просто оперативная память, доступная программисту.
Для связи с другими устройствами имеется два восьмиразрядных PORTA и PORTB. Архитектура микроконтроллера PIC16F628А приведена на рис.1.5.
Рис.1.5. Архитектура микроконтроллера PIC16F628A
Pасположение выводов микроконтроллера PIC16F628A приведено на рис.1.6.
Рис.1.6.Расположение выводов PIC16F628A PDIP-18L
Описание выводов МК, обозначение и их описание приведено в таблице 1.4[7]
Табл.1.4. Описание выводов PIC16F628A[7]
| Обозначение | Тип | Буфер | Описание |
| OSC1/ CLKIN | I | ТШ/КМОП | Вход кристалла генератора, RC-цепочки или вход внешнего тактового сигнала |
| OSC2/ CLKOUT | O | - | Выход кристалла генератора. В RC-режиме – выход 1/4 частоты OSC1 |
| /MCLR | I/P | ТШ | Сигнал сброса/выход программи-рующего напряжения. Сброс низким уровнем. |
| RA0 RA1 RA2 RA3 RA4 /T0CKI | I/O I/O I/O I/O I/O | ТТЛ ТТЛ ТТЛ ТТЛ ТШ | PORTA– двунаправленный порт ввода/вывода RA4/T0CKI может быть выбран как тактовый вход таймера/счетчика TMR0. Выход с открытым стоком. |
| RB0/INT RB1/TX/DT RB2/RX/CX RB3/CCPI RB4/PGM BR5 RB6/PGC RB7/PGD | I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O | ТТЛ/ТШ ТТЛ ТТЛ ТТЛ ТТЛ ТТЛ ТТЛ/ТШ ТТЛ/ТШ | PORTB– двунаправленный порт ввода/вывода. RB1/TX,RB2/RX выводы интерфейса UART Может быть запрограммирован в режиме внутренних активных нагрузок на линию питания по всем выводам. Вывод RB0/INT может быть выбран как внешний вход прерывания. Выводы RB4…RB7 могут быть программно настроены как входы прерывания по изменению состояния на любом из входов. При программировании МК RB6 используют как тактовый, а RB7 как вход/выход данных. |
| Vdd | P | - | Положительное напряжение питания |
| Vss | P | - | Общий провод (земля) |
ПРИЛОЖЕНИЕ
Приложение 1
Функция программы для отправки данных с помощью GSM модуля, передачи сообщение с данными от приходящего звонка.
#define START_i trisa.f0 = 1 //вывод RA0 как вход, define определение как START_i
#define START porta.f0 // вывод RA0 на низкий уровень, define определение как START
#define trig_i trisb.f5=0 //вывод RB5 как выход, define определение как trig_i
#define trig portb.f5 //вывод RB5 как низкий уровень, define определение как trig_i
#define echo_i trisb.f0=1 //вывод RB0 как вход, define определение как echo
#define echo portb.f0 вывод RB0 на низкий уровень, define определение как echo
unsignedint TMR1_VAL; //переменные
unsigned char value[5];
char output[10];
charuart_rd;
charsms;
unsignedready_flag,i;
void main() //начало программы
{
OPTION_REG.INTEDG = 1;
T1CON.T1CKPS0=0; //настройка таймеров, считывание времени с передним фронтом
T1CON.T1CKPS1=0;
T1CON.TMR1CS=0;
T1CON.TMR1ON=1;
INTCON.GIE = 1; //настройка прерываний, их включение к определенным выводам
INTCON.RBIE=1;
INTCON.INTE = 0;
trig_i;
echo_i;
delay_ms(500);
UART1_Init(9600); //инициализация UART, со скоростью 9600 бит/c
ready_flag=1;
Delay_ms(100);
UART1_Write_Text("ate0"); //AT команда выключение эхо модуля
UART1_Write(0x0d);
UART1_Write(0x0a);
Delay_ms(100);
UART1_Write_Text("at+cvhu=0"); // AT команда настройки сброса звонка
UART1_Write(0x0d);
UART1_Write(0x0a);
Delay_ms(100);
UART1_Write_Text("at+cmgf=1"); // AT команда перевод в текстовый режим
UART1_Write(0x0d);
UART1_Write(0x0a);
Delay_ms(100);
do {
if (UART1_Data_Ready() == 1) { //при принятия данных с UART, условие идет дальше
UART1_Read_Text(output, "RING", 255); //c RX ждет слова RING (Звонка)
UART1_Write('a');
UART1_Write('t');
UART1_Write('h'); //АТ команда сброса звонка
UART1_Write(0x0d);
UART1_Write(0x0a);
Delay_ms(100);
UART1_Write('a');
UART1_Write('t');
UART1_Write('+');
UART1_Write('c');
UART1_Write('m');
UART1_Write('g');
UART1_Write('s');
UART1_Write('=');
UART1_Write('\"');
UART1_Write('+');
UART1_Write('7');
UART1_Write('9');
UART1_Write('1');
UART1_Write('4');
UART1_Write('2');
UART1_Write('9');
UART1_Write('1');
UART1_Write('4');
UART1_Write('7');
UART1_Write('6');
UART1_Write('0');
UART1_Write('\"'); //отправка смс
INTCON.INTE = 1;
for (i=0; i<10;i++){ //запускающий триггер HC-SR04
delay_ms(100);
if(!echo){
trig = 0;
delay_us(2);
trig = 1;
delay_us(10);
trig = 0;
TMR1H = 0;
TMR1L = 0; //сброс таймеров
} }
delay_ms(100);
UART1_Write(0x0d);
UART1_Write(0x0a);
Delay_ms(100);
UART1_Write_Text(value);
UART1_Write('s');
UART1_Write('m');
UART1_Write(0x1A); //отправка данных в см
delay_ms(300);
ready_flag=1;
memset(value,0,5);
}
INTCON.INTE = 0;
intcon.rbie=1;
INTCON.INTE = 1;
asm sleep; //режим сна
} while(ready_flag);
}
interrupt(){ //прерывания
if(INTCON.INTF){
T1CON.TMR1ON=1;
while(echo); //ждет сигнала с echo HC-SR04
T1CON.TMR1ON=0;
TMR1_VAL = TMR1H<<8;
TMR1_VAL |= TMR1L;
TMR1_VAL = TMR1_VAL/58; // Расчет расстояния в см
TMR1H = 0;
TMR1L = 0;
INTCON.INTF=0;
inttostr(TMR1_VAL, value);
}
else if (INTCON.RBIF)
{
intcon.rbif=0;
}
}
Приложения 2
Диплом по данной работе за активное участие в работе выставки-конкурса "Техническое творчество молодежи" в Лаврентьевских чтениях, которые проводились 18-22 апреля 2016 г.
ИЗМЕРИТЕЛЬ дальности на ультразвуковом датчике с gsm модулеМ
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦОННАЯ РАБОТА
(направление: 11.03.01, Радиотехника, профиль «Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов»)
Выполнил: студент IV курса
группы РТ-12 ФТИ СВФУ
Макаров Артем Иванович
Подпись__________
Руководитель: доцент, к.ф.- м.н.каф. РТиИТ ФТИ СВФУ
Мельчинов Виктор Петрович
Подпись__________
Якутск - 2016
Содержание
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.. 2
Введение. 3
ГЛАВА 1.Принципы передачи данных по GSM каналу.. 5
1.1 Стандарт сотовой связи GSM.. 5
1.2. Устройство модуля SIM900. 9
ГЛАВА 2.Разработка устройства измерения расстояния.. 18
2.1. Ультразвуковой датчик. 18
2.2. Микроконтроллер PIC16F628А.. 21
2.3 Разработка устройства передачи данных по каналу GSM.. 25
2.4. Изготовление печатной платы устройства. 31
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 37
ПРИЛОЖЕНИЕ. 38
Приложение 1. 38
Приложения 2. 45
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
GSM - Global system or Mobile communications. Глобальный стандарт цифровой сотовой связи.
SIM - Subscriber Identification Module. Модуль идентификации абонента.
GPRS -General Packet Radio Service. Пакетная радиосвязь общего пользования»
AT - От английского "Attention", набор команд.
UART - Universal Asynchronous Receiver-Transmitter. Универсальный асинхронный приемо-передатчик
МК - Микроконтроллер
ТТЛ - Транзисторно-транзисторная логика
ТШ - Триггер Шмитта
I/O - Input/Output. Вход/Выход
Введение
В настоящее время, с расширением границ работы сотовой связи все большей популярностью пользуются GSM модули, посредством которых можно передавать данные или любую информации. При таком способе передачи достигается удобство и оперативность передачи информации.
В качестве ультразвукового датчика используется приемо-передатчик ультразвука. Принцип работы ультразвукового датчика расстояния основан на излучении импульсов ультразвука и измерении времени задержки отраженного от объекта импульса. Управление работой ультразвукового датчика, преобразование времени задержки сигнала в расстояние и формирование данных для подачи на вход SIM-модуля производится с помощью перепрограммируемого микроконтроллера PIC16F628А. Передача данных при поступлении сигнала запроса на данное устройства производится с помощью специальных АТ команд, подаваемых на информационный вход SIM - модуля.
Данное устройство может быть применено для контроля заполнения емкостей водой, бензином, нефтью и т.д..Также оно может быть использовано для оборудования гидропостов в периоды паводка для оперативного контроля уровня воды на реках. В этом заключается актуальность данной работы. Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка ультразвукового измерителя расстояния его сопряжение с GSM модулем для последующей передачи на сотовый телефон владельца. В качестве GSM модуля нами был выбран SIM900 компании "SimCOM", поддерживающий диапазоны частот GSM/GPRS 850/900/1800. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - Изучить документации, технические характеристики устройств которые будут использоваться в данной работе
- Написать программу для микроконтроллера PIC16F628A, которая будет преобразовывать данные с ультразвукового датчика, затем отправлять полученный результат GSM модулю, которая в свою очередь доставит через смс-сообщение пользователю - Изготовить печатную плату устройства измерения дальности на ультразвуковом датчике с GSM модулем. Метод исследования: Экспериментальный, практический. Апробация, по данной работе был получен диплом за активное участие в работе выставки-конкурса "Техническое творчество молодежи" в Лаврентьевских чтениях, которые проводились 18-22 апреля 2016 г. Работа состоит из 2 глав, введения и заключение, списка источников, приложения. В первой главе работы рассматриваются технические характеристики GSM модуля SIM900, как модуль передает, принимает данные с помощью АТ- команд. Рассмотрен пример общения модуля с компьютером через COM порт (RS-232), с помощью программы COM port toolkit 4.0. Вторая глава посвящена, разработке устройства, алгоритме работы программы микроконтроллера, описанию технических характеристик ультразвукового датчика HC-SR04 и микроконтроллера PIC16F628A. Описанию принципиальной схеме устройства измерителя дальности на ультразвуковом датчике c GSM модулем. Изготовлению печатной платы устройства. В заключении, приводится выводы работы, и технические характеристики устройства.