基于无线通信网络技术的远程

毕业设计说明书

基于无线通信网络技术的远程

监控系统设计

学生姓名： 学号： 学 院： 专 业： 指导教师：

XXXX年X月

基于无线通信网络技术的远程监控系统设计

摘 要

近年来，远程监控技术越来越多的受到人们的关注。远程控制技术是对受控对象进行远距离控制和监测的技术，它是利用自动控制技术、通信技术和计算机技术实现的远程监控系统。本文介绍了一种基于无线通信网络技术的远程监控系统，系统以GSM网络为基础，以AT89S51单片机为控制器，可实现对室内温度的监控和安全的监控功能，利用DS18B20采集室内温度数据，通过液晶显示器显示出来，同时可实现超限报警，并每隔一段时间向手机用户发送一次温度数据；利用红外对射方式实现防盗功能，当产生防盗信号或者温度超出设定范围时，都会实现现场报警，并向手机用户发送报警信息。

关键字：无线通信，GSM，AT89S51，DS18B20，红外对射

Design of remote monitoring system based on wireless

communication network technology

Abstract

In recent years, remote monitoring technology is getting more and more attention by people. Remote control technology can remote control and monitor the controlled object. It use the automatic control technology, communication technology and computer technology to achieve the function of remote monitoring. This paper introduced a remote monitoring system which is based on the wireless communication network technology. The system is based on the GSM network, and take the AT89S51 single-chip processor as the controllor. The system can achieve the monitoring function of the temperature of the house and the safety. It use the DS18B20 to acquisite the temperature data, through the LCD display, and can be realized at the same time overrun alarm. The system will send temperature data to the mobile phone users every once in a while. The system use the infrared shooting mode to achieve the anti-theft function. If there is security signal or the temprature is beyond the range of the setting range, the warning will alarm and the system will send warning information to the mobile phone users.

Keywords: wireless communication, GSM, AT89S51, DS18B20, infrared shooting

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目 录

1 绪论 ................................................................... 1 1.1 选题背景 ............................................................. 1 1.2 远程监控技术现状 ..................................................... 1 1.3 本文主要研究工作 ..................................................... 2 2 GSM技术简介 ............................................................ 3 3 方案设计 ............................................................... 5 3.1 方案比较与选择 ....................................................... 5 3.1.1 无线通信方案选择 ................................................... 5 3.1.2 防盗检测方案选择 ................................................... 5 3.2 设计方案 ............................................................. 6 4 电路设计 ............................................................... 7 4.1 电路设计应用环境简介 ................................................. 7 4.2 测温电路 ............................................................. 7 4.2.1 DS18B20简介 ........................................................ 7 4.2.2 测温电路设计 ....................................................... 8 4.3 红外防盗电路 ......................................................... 8 4.3.1 NE555简介 .......................................................... 8 4.3.2 红外发射电路 ....................................................... 9 4.3.3 红外接收电路 ....................................................... 9 4.4 时钟电路 ............................................................ 10 4.4.1 DS1307简介 ........................................................ 10 4.4.2 时钟电路 .......................................................... 11 4.5 单片机控制电路 ...................................................... 11 4.5.1 AT89S51 ........................................................... 11 4.5.2 单片机控制电路 .................................................... 13 4.6 GSM模块电路 ......................................................... 14 4.6.1 TC35I简介 ......................................................... 14

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4.6.2 MAX232简介 ........................................................ 16 4.6.3 单片机控制GSM模块电路 ............................................ 17 4.7 显示电路 ............................................................ 18 5 软件设计 .............................................................. 20 5.1 应用软件与语言 ...................................................... 20 5.2 程序设计流程 ........................................................ 21 5.3 测温程序设计 ........................................................ 22 5.4 显示程序设计 ........................................................ 25 5.5 读取时间程序设计 .................................................... 30 5.6 单片机串口中断 ...................................................... 32 5.7 通信控制 ............................................................ 33 总 结 ................................................................... 36 附 录 ................................................................... 37 参考文献 ................................................................ 38 致 谢 ................................................................... 40

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1 绪论

1.1 选题背景

近年来，远程监控技术越来越多的受到人们的关注。远程控制技术使对受控对象进行远距离控制和监测的技术，它是利用自动控制技术、通信技术和计算机技术而形成的一门综合性技术。一般都是指对远距离的受控对象的单一的或者两种极限动作进行控制的技术，在人们的生产生活中具有广泛的应用空间。常规的遥控技术主要指无线遥控，而电话遥控技术与常规的遥控技术相比，显示出了很大的优越性，不需进行专门的布线，而且不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。同时，由于电话线网路的发达，各地联网，可以充分利用现有网路，可跨省市、甚至跨越国家的遥控。

在最近几年，随着无线数字通信技术的不断发展与成熟，特别是GSM网络的完善，远程监控技术进入了一个全新的阶段。甚至目前刚刚兴起的3G网络CDMA业成为一种发展趋势。现在，GSM网络几乎覆盖了国家的所有地区，所以基于GSM网络的远程控制系统具有强大的发展优势[1]。 1.2 远程监控技术现状

目前远程监控系统有两种类型，一种是生产现场没有现场监控系统，而是将数据采集后直接送到远程计算机进行处理，这种远程监控与一般的现场监控没有多大的区别，只是数据传输距离比现场监控系统要远，其它部分则和现场监控系统相同；另一种是现场监控与远程监控并存。一般是采用现场总线技术将分布于各个设备的传感器、监控设备等连接起来，这样就从分立单元阶段进入了集成单元阶段，然后各个管理站点的服务再用局域网连接起来，这样就形成了企业内部网(Intranet)。由于建立了基本的网络信息基础结构，设备监测、维护技术进入了集成系统阶段，在一个单位的内部基本上实现了资源和信息共享[2]。

远程控制所实现的功能如下：

采集与处理功能：主要是对生产过程的各种模拟或数字量进行检测、采样和必要的预处理，并且以一定的形式输出，如打印报表、显示屏和电视等，为生产人员提供详实的数据，帮助他们进行分析，以便了解生产情况；

监督功能：将检测到的实时数据、还有生产人员在生产过程中发出的指令和输入的数据进行分析、归纳、整理、计算等二次加工，并分别作为实时数据和历史数据加以存

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储；

管理功能：利用己有的有效数据、图像、报表等对工况进行分析、故障诊断、险情预测，并以声光电的形式对故障和突发事件报警；

控制功能：在检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成控制输出，直接作用于生产过程。

基于B/S和C/S的远程监控系统是以网络作为通信平台的监控系统，以HTTP技术为基础，具有简单、高效等优点，已经成为信息网络的一种最普遍应用的信息交互平台。利用网络通信技术Socket技术、数据采集技术及面向对象等软件技术实现了整个系统的系统管理、用户管理、设备监控数据显示及报警等模块，其优点是充分利用了现有的局域网资源和广域网资源，以最高的性能价格比，以信息的实时获取和实时控制为中心，实现信息、资源及任务的综合共享和全局一体化的管理。例如：监控系统将设备运行情况提供给服务器，并由服务器发送到各个节点客户机，工作人员在客户机端便可了解整个系统的工作状态及运行情况[3]。简单地讲，对企业来说就是充分利用现代技术解决实时数据的采集、传输和处理以及进行实时控制的问题。正是它的这些优点使得它得以飞速发展。

随着网络技术的不断发展，远程监控将更多地应用在企业生产过程的管理中，专业技术人员可以通过互联网来管理和维护生产过程，优化生产工艺，提高设备的可用率，最终降低生产成本，提高效益[4]。 1.3 本文主要研究工作

本论文提出了一种基于无线通信网络技术的远程监控系统的设计方法。论文首先介绍选题背景和远程监控技术的现状，再介绍本设计主要用到的GSM技术的基础知识；第三章主要介绍本设计方案的选择和方案的最终确定；第四章和第五章从电路设计和程序设计两个方面详细介绍设计的原理及设计过程；最后对整个设计做出总结。

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2 GSM技术简介

GSM全名为Global System for Mobile Communications，中文为全球移动通讯系统，俗称“全球通”，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一步手机就能行遍全球。GSM系统包括GSM900：900MHz、GSM1800：1800MHz及GSM1900：1900MHz等几个频段。

我国于20世纪90年代引进采用此项技术标准，此前一直是采用蜂窝模拟移动技术，即第一代GSM技术。GSM是一种广泛应用的数字移动电话系统。GSM使用的是时分多址的变体，并且它是目前三种数字无线电话技术（TDMA、GSM和CDMA）中使用最为广泛的一种。GSM将资料数字化，并将数据进行压缩，然后与其他的两个用户数据流一起从信道发送出去，另外的两个用户数据流都有各自的时隙。

GSM系统的几个重要的特点是：防盗能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强、不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。 短信是伴随数字移动通信系统而产生的一种电信业务，通过移动通信系统的信令信道和信令网，传送文字或数字短信息，属于一种非实时的、非语音的数据通信业务。短信可以由移动通信终端（手机）始发，也可由移动网络运营商的短信平台服务器始发，还可由与移动运营商短信平台互联的网络业务提供商SP（包括ICP、ISP等）始发。从实现短信业务功能的技术手段而言，通过手机终端发送和接受点对点消息虽然占据主流地位，但并非唯一形式，固定电话、小灵通以及互联网正在成为新的工具和载体。

在短信业务发展之初，短信的发送和接受是手机开始，最终到手机，中间讲过GSM网/CDMA网、短信中心等网络要素；随着短信点播及定制业务的出现，手机和互联网站、短信增值业务系统可以互相发送短信，互联网站和短信增值业务系统成为新的网络要素，GSM/CDMA网、短信中心仍保持着短信网络核心地位；随着以固定电话网为基础的“小灵通”手机在中国的出现，短信业务扩展到固定网，终端不再局限于手机，小灵通手机或特殊固定终端都可以成为短信的发送和接收方，网络基础也不再局限于GSM/CDMA网等数字移动网，固定网也可以成为短信的网络基础，短信网络要素发生了显著的变化。伴随着短信从手机扩展到小灵通及固定终端、从数字移动通信网扩展到固定电话网，人们对短信的认识也不再仅看做是数字手机的“专利”，业务形态在改变、

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网络要素在变化、信息内容在丰富，这一过程中始终不变的只有两点：一是短信的信息长度，始终是不超过160个英文或数字字符，或70个汉字，这与短信基于通信系统的信令网传送内容的机制密切相关。二是短信传递的方式——存储转发，当用户无法接收时，短信不回丢失，暂时存放在短信中心，当用户重新登录进网的时候，短信会迅速传递到用户手机上。这些与生俱来的特点，使短信具备了穿的准确可靠、迅速及时的优点，使短信具备了影响人们的习惯的基本条件。短信作为手机上的一种业务，让本来具有语言传递功能的手机变成了电报式的解读工具，让耳朵闲置，让文字彰显更大的作用，短信作为用文字传递信息和沟通的一种方式，让拇指灵敏发达起来，让嘴巴休息，现代电信的业务具有了技术和文化的双重色彩。

尽管移动市场发展飞速，不过短信仍然是其最重要的一项附加价值服务。据此前IDC公司统计，文字短信仍是亚太地区手机用户普及率最高的一项移动服务，即使在短信的发展中市场，例如西欧短信服务的使用率也达到了90%[5]。

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3 方案设计

3.1 方案比较与选择 3.1.1 无线通信方案选择

方案一：利用Internet互联网通信。利用当今流行的Internet网通信，利用计算机操作平台，实现控制信息的远程传递。由于计算机操作复杂，价格昂贵，而且，必须对计算机的使用具有一定的基础才可以，对于使用人员有要求，不适用于普通大众，使用范围受到限制。

方案二：利用无线收发模块进行无线数据通信，完成远程监控功能。无线收发模块具有范围和传输距离的限制，而且容易受外界干扰，这样容易造成数据丢失，造成报警不及时或者报警数据丢失的情况。

方案三：利用GSM网络进行远程控制。首先，目前GSM网络覆盖范围很广，几乎涵盖了国内所有区域，可以方便的利用GSM网络，不必考虑干扰等问题。其次，GSM系统提供的短信息业务为远程家电控制提供了一种非常廉价的数据通信方式，即发送一条短信就可实现用手机对室内的远程控制，方便可靠，费用低廉。而且不管距离远近，只要有一部对应号码的手机机，就可以实现远程监控的功能。

综上所述，本设计采用第三种方案。 3.1.2 防盗检测方案选择

方案一：利用红外对射进行布防实现防盗检测报警。整个系统主要是利用红外对射原理，当红外发射管与接收管之间的通路被阻断时，报警器判断为有可疑人员入侵，进而启动报警装置报警。利用红外对射实现的报警器设计方法简单，原理清晰易懂，实现容易，灵敏度高。

方案二：人体红外热释电检测防盗报警器。普通人体都会发射出10um左右的特定波长的红外线，用专门设计的人体红外传感器就可以检测这种红外线的存在，当人体红外线照射到传感器上时，传感器将检测到的信号传送给控制中心，控制中心启动报警装置实现报警。这种红外传感器只对波长为10um左右的红外辐射敏感，所以其他物体不会引发传感器工作。人体红外线传感器的功耗很小，可以长期可靠的工作，只要检测到移动的人体红外信号即可出发报警信号，缺点是只对一定范围内的移动的人体会产生红外信号，而且对于某些基础体温偏低的人群感应信号不是很灵敏，因此会对防盗产生影

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响。

综上所述，本设计选用第一种设计方案。 3.2 设计方案

本设计以单片机为控制器，通过DS18B20来采集温度值，以时钟芯片提供的时间为基准，定时向手机用户发送室内的温度数据；利用红外对射原理设计红外防盗报警系统，当有人闯入时，红外对射通路被切断，单片机检测到后即向手机用户发送报警信息，提示有人闯入。系统设计框图如图3.1所示。

图3.1系统设计框图

时钟电路 红外对射电路 测温电路 单片机控制 无线网络 GSM模块 显示电路 报警电路 页 第 6 页 共 40

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4 电路设计

4.1 电路设计应用环境简介

Protel电子线路设计软件是在TANGO基础上改进的电路CAD软件，它在原理图文件格式、印制板文件格式、原理图器件库文件格式、印制板封装库文件格式、原理图编译和网络表转换与检查等方面保持了与TANGO版本一致或兼容的前提下，对原TANGO版本做了一些改动。

Protel电子线路设计软件由原理图编辑、印制板设计、原理图输出、印制板输出、原理图器件库编辑和其他应用程序组成。

电路原理图的设计是印制电路板设计中的第一步，也是非常重要的一步。电路原理图设计得好坏将直接影响到后面的工作。首先，原理图的正确性是最基本的要求，因为在一个错误的基础上所进行的工作是没有意义的；其次，原理图应该布局合理，这样不仅可以尽量避免出错，也便于读图、便于查找和纠正错误；最后，在满足正确性和布局合理的前提下应力求原理图的美观。

进行原理图设计步骤：

一、建立数据库。打开Protel软件后，在“文件”标题栏里选择“新建”选项，在弹出的对话框里选择Document Folder，然后点击OK即可。

二、打开Documents，选择“文件”标题栏里选择“新建”选项，在弹出的对话框里选择“Schematic Document”选项，建立原理图文件，并给原理图文件命名。

三、设计电路原理图。利用Protel里的元器件库完成电路原理图的绘制。 四、检查原理图电性能可靠性。选择工具（Tools）下面的电气规则检查，在“Rule Matrix”中选择要进行电气检查的项目，设置好各项后，在“Setup Electrical Rlues Check”对话框上选择“OK”即可运行电气规则检查，检查结果将被显示到界面上。 4.2 测温电路 4.2.1 DS18B20简介

DS18B20是美国DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功效、高性能、抗干扰能力强、易配处理器等优点，特别适用于多点测温系统，可直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片。它具有3引脚TO-92小体积封装形式，温度测量范围为-55~+155摄氏度，可编程为9~12

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位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远程引用，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到三根或两根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路[5]。引脚定义如下：

DQ：数字信号输入/输出端； GND：电源地；

VDD：外接供电电源输入端（寄生供电方式时接地），如图4.1所示。

图4.1 DS18B20温度传感器芯片引脚

4.2.2 测温电路设计

测温电路设计如图4.2所示。DS18B20有两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，单片机端口接单线总线，用一个MOSFET管完成对总线的上拉。由于本设计为单片测温，所以采用外部电源供电法即可，方便简单。DS18B20是单总线控制，I/O引脚与单片机的P3.4引脚相连，就可以实现单片机与DS18B20之间的通信。

图4.2 测温电路

4.3 红外防盗电路 4.3.1 NE555简介

NE555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多

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电子产品中都有应用[7]。NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。NE555时基电路有两种封装形式,一是dip双列直插8脚封装，另一种是sop-8小型（smd）封装形式[8,9]。其他HAL7555、LM555、CA555分属不同的公司生产的产品，内部结构和工作原理都相同。NE555的内部结构可等效成23个晶体三极管、17个电阻、两个二极管，组成了比较器、RS触发器等多组单元电路，特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器，为上、下比较器提供基准电压，所以称之为555。NE555属于CMOS工艺制造，引脚图如图4.3所示。

图4.3 NE555引脚图

4.3.2 红外发射电路

红外发射头只能发射38KHz的红外波，所以首先要设计38KHz的振荡电路，本设计中的38KHz的振荡电路设计如图4.4所示。先将NE555的2脚与6脚连接在一起构成施密特触发器，此时输出再经过RC积分电路接回到输入端即可构成多谐振荡器，由T=1/f=（R1+R2）Cln2计算可得，C6为0.01u时，R28为800Ω，R29为3K时，NE555的3脚输出为38KHz的信号。此信号红外对管的发射端发射出去。

图4.4 红外发射电路

4.3.3 红外接收电路

红外接收电路如图4.5所示。红外对管的接收管有两种：二极管型和三极管型。红外接收二极管能很好的接收红外发光二极管发射的波长940nm的红外光信号，而对于其

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他波长的光线则不能接收，因而保证了接收的准确性和灵敏度。在正常情况下，红外接收二极管接收到发射管的红外信号后导通，接收管内部电阻接近于0，此时接收管和与其串联的电阻中间节点的电压接近于0；当没有接收到红外信号时，接收管内部电阻极大，可视为断路，此时接收管和与其串联的电阻中间节点的电压接近VCC。根据这个原理，当有可疑人员闯入时，发射管与接收管之间的通路被阻断，因而，接收管端接收不到红外信号，R31与红外接收管之间的节点电压为接近5V，LM324的一路运放组成的电压比较器中，反相端的电压通过调节VR2为0-2.5V，同相端电压高于反相端电压，电压比较器输入为高电平，该电压比较器的输入直接接单片机引脚。

图4.5 红外接收电路

4.4 时钟电路 4.4.1 DS1307简介

DS1307是I2C总线接口的日历时钟芯片,片内有8个特殊寄存器和56的BSPAM,是一种低功耗、BCD码的8引脚实时时钟芯片。

DS1307的主要技术性能如下：具有秒、分、时、日、星期、月、年的计数功能，并具有12小时制和24小时制计数模式，可自动调整每月天数及闰年；具有自动掉电保护和上电复位功能；可输出不同频率的方波信号[10]。DS1307的引脚排列如图4.6所示

VCC：+5V电原； VBAT：+3V电源输入；

X1、X2：32.768kHz的晶振输入端； SDA：数据线；

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XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集。其中18脚RxD0、19脚TxD0为TTL的串口通讯脚，需要和单片机或者PC通讯。

第24～29为SIM卡引脚，TC35I使用外接式SIM卡，SIM卡同TC35I的连接方式：SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通过SIM啦阅读器与TC35I的同名端直接连接，ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。

第32脚SYNC有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示TC35I的工作状态，可用AT命令进行切换，

第35～38为语音接口，35、36接扬声器放音，37、38可以直接接驻极体话筒来采集声音（37为话筒正端，38为话筒负端）。

GSM模块电路如图4.10所示。

图4.10 GSM模块电路

4.6.2 MAX232简介

MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单5V电源供电时提供EIA/TIA-232-E电平。每个接收器将EIA/TIA-232-E电平输入转换为5V

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的TTL/CMOS电平。这些接收器具有1.3V的典型门限值及0.5V的典型迟滞，而且可以接收±30V的输入。每个驱动器将TTL/CMOS输入电平转换为EIA/TIA-232-E电平。所有的驱动器、接收器及电压发生器都可以在德州仪器公司的LinASICTM元件库中得到标准单元。MAX232的工作温度范围为0℃至70℃，MAX232I的工作温度范围为-40℃至85℃[17，18]。

MAX232的性能特点如下： 单5V电源工作； LinBi CMOS工艺技术； 两个驱动器及两个接收器； ±30V输入电平；

低电源电流：典型值是8mA；

符合甚至优于ANSI标准EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28； 可与Maxim公司的MAX232互换；

ESD保护大于MIL-STD-883（方法3015）标准的2000V； MAX232的引脚图如图4.11所示。

图4.11 MAX232引脚图

4.6.3 单片机控制GSM模块电路

单片机控制GSM模块电路如图4.12所示。由于单片机的串口使用的是TTL电平，而GSM模块TC35I使用的是CMOS电平，所以需要接电平转换器件转换电平，本设计的电平转换器件选用MAX232[19]。单片机的RXD和TXD分别接至MAX232的T1out和R1in，MAX232的R1out和T1in分别接至GSM模块的TXD和RXD，从而实现单片

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机与GSM模块的通信，控制GSM模块发送短信。

图4.12 单片机控制GSM模块电路

4.7 显示电路

本设计的显示器选用LCD1602液晶显示器。LCD1602可显示16×2个字符，芯片工作电压为4.5-5.5V，工作电流为2.0mA(5.0V)，模块的最佳工作电压为5.0V。LCD1602的接口信号说明如表4.2所示[20]。

表4.2 LCD1602引脚说明

编号 符号 引脚说明 1 2 3 4 5 6 7 8 VSS VDD VL RS R/W E D0 D1 电源地 电源正极 液晶显示偏压信号 数据/命令选择端（H/L） 读/写选择端（H/L） 使能信号 Data I/O Data I/O 编号 符号 引脚说明 9 10 11 12 13 14 15 16 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK Data I/O Data I/O Data I/O Data I/O Data I/O Data I/O 背光源正极 背光源负极 显示电路如图4.13所示，单片机的P2口向液晶显示器的D0-D7传送数据，P3.5引

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脚控制液晶显示器的复位端RST，P3.6引脚控制液晶显示器的读/写端R/W，P3.7引脚控制液晶显示器的使能端E[21]。

4.13 显示电路

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5 软件设计

5.1 应用软件与语言

本设计软件的设计是在Keil C51的环境下编译的。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。C语言有以下特点：

1、语言简洁、紧凑、使用方便、灵活。C语言一共只有32个关键字，9种控制语句，程序书写自由，主要用小写字母表示，压缩了一切不必要的成分。

2、运算符丰富。C的运算符包含的范围很广泛，共有34种运算符，使得C的运算类型极其丰富，表达式类型多样化，灵活使用各种运算符可以实现在其他高级语言中难以实现的运算。

3、数据结构丰富，具有现代化语言的各种数据结构，能用来实现各种复杂的数据结构的运算。

4、具有结构化的控制语句，用函数作为程序的模块单位，便于实现程序的模块化。 5、语法限制不太严格，程序设计自由度大。

6、C语言能进行位操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作。因此，C既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，可用来写系统软件。C语言的这种双重性，使它既是成功的系统描述语言，又是通用的程序设计语言。

7、生成目标代码质量高，程序执行效率高。

8、用C语言写的程序可移植性好。基本上不用修改就能用于各种型号的计算机和各种操作系统。

对操作系统和系统实用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用C语言明显地优势于其他高级语言，有的大型应用软件也用C语言来编写[22]。

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5.2 程序设计流程

本设计软件设计流程图如图5.1所示。

图5.1 软件设计流程图

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开始 初始化端口和中断 读取温度数据并送显 是 是否到1分钟？ 是 否 P1.2为高？ 否 P2.4置高启动报警 启动TC35I 发送AT指令等待网络是否连接？ 否 是 初始化TC35I 向串口发送数据 GSM模块向用户手机发送短信 结束 XX大学XXXX届本科毕业设计说明书

5.3 测温程序设计

DS18B20有三个主要的数据部件：64位激光ROM，温度灵敏元件，非易失性温度告警触发器TH和TL。器件从单线的通信线取得其电源，在信号线为高电平的时间周期内，把能量贮存在内部的电容器中，在单信号线为低电平的时间期内断开此电源，直到信号线变为高电平重新接上寄生（电容）电源为止，作为另一种可供选择的方法，DS18B20也可用外部5V电源供电。

与DS18B20的通信经过一个单线接口。在单线接口情况下，在ROM操作未定建立之前不能使用存储器和控制操作。主机必须首先提供五种ROM操作指令之一：Read ROM（读ROM）；Match ROM(（符合ROM）；Search ROM（搜索ROM）；Skip ROM（跳过ROM）；Alarm Search（告警搜索）。这些命令对每一器件的64位激光ROM部分进行操作。如果在单线上有许多器件，那么可以挑选出一个特定的器件，并给总线上的主机指示存在多少器件及其类型。在成功地执行了ROM操作序列之后，可使用存储器和控制操作，然后主机可以提供六种存储器和控制操作命令之一。一个控制操作命令指示DS18B20完成温度测量。该测量的结果将放入DS18B20的高速暂存存储器，通过发出读暂存存储器内容的存储器操作命令可以读出此结果。每一温度告警触发器TH和TL构成一个字节的EEPROM。如果不对DS18B20施加告警搜索命令，这些寄存器可用作通用用户存储器。使用存储器操作命令可以写TH和TL。对这些寄存器的读访问通过便笺存储器。所有数据均以最低有效位在前的方式被读写。

DS18B20的初始化程序如下： Init_DS18B20(void) {

unsigned char x=0; DQ = 1; delay(4); DQ = 0; delay(40); DQ = 1; x=DQ; delay(10);

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}

读时间片：当DS18B20读数据时，主机产生读时间片。当主机把数据线从逻辑高电平拉至低电平时，产生读时间片，数据线必须保持在低逻辑电平至少1us，来自DS18B20的输出数据在读时间片下降沿之后15微秒有效。因此，为了读出从读时间片开始算起15微秒的状态，主机必须停止把I/O引脚驱动拉至低电平。在读时间片结束时，I/O引脚经过外部的上拉电阻拉回至高电平。所有读时间片的最短持续期限为60us，各个读时间片之间必须由最短为1us的恢复时间。该部分子程序代码如下：

ReadOneChar(void) {

unsigned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i>0;i--) { DQ = 0; dat>>=1; DQ = 1; if(DQ) dat|=0x80; }

return(dat); }

温度变换：此命令开始温度变化，不需要另外的数据，温度变化将被执行，接着DS18B20便保持在空闲状态，如果总线主机在此命令之后发出读时间片，那么只要DS18B20正忙于进行温度变换，它将在总线上输出“0”，当温度变换完成时，它便返回“1”。如果由寄生电源供电，那么总线主机在发出此命令之后立即强制上拉至少2秒。DS18B20的温度变换需要2秒钟。在接收到温度变化命令之后，如果期间未从VDD引脚取得电源，那么DS18B20的I/O引线必须至少保持2秒的高电平以提供变换过程所需的电源。这样，在温度变换命令发出之后，至少在此期间内单引线总线上不允许发生任何其他动作。在接收到复制暂存存储器的命令以后，如果期间没有从VDD引脚取得电

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源，那么DS18B20的I/O引线必须至少维持10ms的高电平，以便提供复制过程中所需的电源。这样，在复制暂存存储器命令发出之后至少在此期间内单线上不允许发生任何其他的动作。此命令写至DS18B20的暂存存储器，以地址2开始，接着写的两个字节被保存在暂存存储器地址2和3之间中。发出一个复位便可在任何处终止写操作。

当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。

当符号位S=0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S=1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。

读取温度数据子程序如下： ReadTemperature(void) {

unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned char i=0; int t=0; float tt=0; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); WriteOneChar(0x44); Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); WriteOneChar(0xBE); a=ReadOneChar(); b=ReadOneChar(); if((b&0xf8)==0xf8) {

a=0xff-a+0x01;

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b=0xff-b; //s=1;

} t=b; t<<=8; t=t|a; return(t); }

温度数据转换程序如下： tmper=ReadTemperature(); temper=tmper*0.625;

对DS18B20的控制流程图如图5.2所示。

初始化DA18B20 开始 跳过读ROM序列号

图5.2 DS18B20控制流程图

5.4 显示程序设计

LCD1602液晶模块内部的指控器共有11条控制指令，如表5.1所示。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表

结束 读取温度值 启动温度转换 页 第 25 页 共 40

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示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块哪里显示字符。对液晶模块的初始化要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预，每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。

表5.1 LCD1602控制指令

序号 指令 1 2 3 4 5 6 7 清显示 光标返回 置输入模式 显示开/关控制 光标或字符移位 置功能 置字符发生存储器地址 8 9 10 置数据存储器地址 读忙标志或地址 写数到CGRAM或DDRAM 11 从CGRAM或1 1 读出的数据内容 0 0 1 0 1 0 1 BF 显示数据存储器地址 计数器地址 RS R/W 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 D7 0 0 0 0 0 0 0 D6 D5 D4 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 D3 0 0 0 1 D2 0 0 1 D D1 0 1 D0 1 * I/D S C B * * S/C R/L * F * DL N 字符发生存储器地址 要写的数据内容 DDRAM读数 LCD1602初始化过程：延时15ms；写指令38H（不检测忙信号）；延时5ms；写指令38H（不检测忙信号）；延时5ms；写指令38H（不检测忙信号）；以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号；写指令38H，显示模式设置；写指令08H，显示关闭；写指令01H，显示清屏；写指令06H，显示光标移动设置；写指令0CH，显示开及光标设置。程序代码如下：

bit LCD_BUSY() //初始化液晶显示 {

bit result; LCD_RS=0; LCD_RW=1; LCD_EN=1;

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}

void LCD_INITIALIZE() { }

LCD1602读、写操作时序如图5.3及图5.4所示。 LCD_Write(0x06,LCD_COMMAND); delay(2);

LCD_Write(0x38,LCD_COMMAND); delay(2);

LCD_Write(0x0c,LCD_COMMAND); delay(2);

LCD_Write(0x01,LCD_COMMAND); delay(2);

//液晶初始化

_nop_(); _nop_(); delay(2);

result=(bit)(LCD_PORT&0x80); LCD_EN=0; return result;

图5.3读操作时序

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图5.4 写操作时序

液晶显示子程序：

void LCD_Write(uchar dat,uchar type) //写入液晶数据 {

uchar i;

while((LCD_BUSY()&&i<10)){i++;} if(i>9)LCD_NO=1; LCD_RS=type; LCD_RW=0; LCD_EN=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_PORT=dat; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN=1; _nop_();

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_nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN=0; delay(2);

}

void LCD_Prints(uchar *dat,uchar add,uchar lens) //送显液晶数据{ uchar i;

LCD_Write(add|0x80,LCD_COMMAND); for(i=0;i

LCD_Write(dat[i],LCD_DATA); }

}

液晶显示部分设计流程图如图5.5所示。 开始 LCD初始化 延时 设第一行显示位置 显示第一行内容 设第二行显示位置 显示第二行内容 图5.5显示部分流程图

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5.5 读取时间程序设计

DS1307中的时间寄存器地址编码为00H-07H，而具有掉电保护的RAM寄存器的地址编码为08H-3FH。当地址指针指向RAM的最后一个地址3FH时，若进行多字节操作，则地址指针将会复位而指向00H，这样原来存在00H的数据将会丢失。DS1307的各类时间数据均以BCD码的格式存储在相应的时间寄存器中，具体分配为：

00H：秒； 01H：分； 02H：小时； 03H：星期； 04H：日期； 05H：月； 06H：年； 07H：控制字；

DS1307可运行在12/24小时模式下，并由时间控制器中的相应位来进行控制。时钟模块设计流程：单片机按如下顺序将数据写入到DS1307 寄存器或内部RAM 中：

1、START 信号

2、写SLA+W(0xd0)字节，DS1307 应答（ACK）；

3、写1 字节内存地址（在以下第四步写入的第一字节将存入到DS1307 内该地址处，DS1307应答）；

4、写数据（可写多个字节，每一字节写入后DS1307 内部地址计数器加一，DS1307 应答）；

5、STOP 信号

读取时间子程序代码如下：

void QU_write(uchar lx,uchar ly,uchar lz) {

iicstart();

writeiic(lx); writeiic(ly); writeiic(lz);

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iicstop();

}

void READ_1307_DISP(void) {

uchar i; uchar j; j=D1307[0]; iicstart(); writeiic(0xd0); writeiic(0x00); iicstart();

read1(0xd1,3,D1307); iicstop(); if(j!=D1307[0]) {

JP1=!JP1; }

i=D1307[2]&0x0f;

DISP_SAVE[1]=BCD_TAB[i]; i=(D1307[2]&0x70)>>4; DISP_SAVE[0]=BCD_TAB[i]; if(JP1==0) {

DISP_SAVE[2]=CCBD_TAB[1]; } else {

DISP_SAVE[2]=0xff;

}

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}

5.6 单片机串口中断

AT89S51的串行口是一个全双工的异步串行通信口，可以同时进行接收数据和发送数据，因为口内的接受缓冲器和发送缓冲器在物理上是隔离的，即是完全独立的。可以通过访问特殊功能寄存器SBUF，来访问接收缓冲器和发送缓冲器。接收缓冲器还具有双缓冲的功能，即它在接收第一个数据字节后，能接受第二个数据字节，但是，在它完成接收第二个数据字节之后，若第一个字节仍未取走，那么该字节数据将丢失。对串行口的控制主要包括对状态控制寄存器SCON、控制寄存器PCON、和串行数据寄存器SBUF的设置[23]。

单片机串口送数流程图如图5.6所示。

图5.6单片机串口送数流程图

串口数据通信子程序如下： 串口中断初始化： TMOD = 0x22; TH1 = 0xFD; TL1 = 0xFD; TR1=1;

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i=D1307[1]&0x0f;

DISP_SAVE[4]=BCD_TAB[i]; i=(D1307[1]&0x70)>>4; DISP_SAVE[3]=BCD_TAB[i];

开始 初始化 写SBUF 发送至串口 // 定时器1工作于8位自动重载模式, 用于产生波特率

// 波特率9600

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SCON = 0x50; PCON &= 0x00; ES=1; PS=1; EA=1;

发送数据子程序：

void UART_Transmit(uchar ldata) //发送数据 {

SBUF=ldata; }

接收数据子程序：

uchar UART_Receive(void) //接收数据 {

uchar bmp; while(RI==0); bmp=SBUF; RI=0; return bmp; } 5.7 通信控制

AT指令一般应用于MT和TE程序间通信，机终端设备与PC应用之间的连接于通信。其对所传输的数据大小有定义：即对于AT指令的发送，除AT两个字符外，最多可以接受1056个字符的长度（包括最后的空字符）。每个AT命令行中只能包含一条AT指令；对于由终端设备主动向PC端报告的指示或相应，也要求一行最多有一个，不允许上报的一行中有多条指示或者响应。AT指令以回车作为结尾，响应或上报以回车换行为结尾[24]。

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// 波特率不倍增

while(!TI); TI=0;

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TC35I的收发短信息是通过AT指令来实现的，使用的AT命令见表5.2所示。TC35I支持TEXT和PDU两种消息模式，TEXT模式时基于ASCII码形式字符的一种结构模式，代码较为简单，不支持中文字符[25]。本设计选用TEXT模式。

表5.2 AT指令

AT指令 ATE0 AT+CREG? AT+CNMI AT+CMGF AT+CMGS AT+CMGR AT+CMGD AT+CSCA 功能 握手，设置不回显命令 查询网络是否已经注册 设置短信到达提醒方式 设置短信模式，0：PDU；1：TEXT 发送短信 读取短信 删除短信消息 设置短信中心地址 本设计中AT指令设置如下： uchar code tab_at[]=%uchar code tab_n[]=%uchar code tab_d[]=\

uchar code tab_gf[]=%uchar code tab_mi[]=%uchar code tab_cmps[]=%uchar code tab_sm[]=\

uchar code tab_cmgr[]=%uchar code tab_CMGS[]=\单片机向串口发送AT指令子程序如下： void main(void) { ??

T_uart_data(11,tab_gf); T_uart_data(13,tab_mi);

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T_uart_data(8,tab_cmps); UART_Transmit(0x22); T_uart_data(2,tab_sm); UART_Transmit(0x22); T_uart_data(1,tab_d); UART_Transmit(0x22); T_uart_data(2,tab_sm); UART_Transmit(0x22); T_uart_data(1,tab_d); UART_Transmit(0x22); T_uart_data(2,tab_sm); UART_Transmit(0x22); T_uart_data(2,tab_n); ??

}

void T_uart_data(uchar l,uchar code *p) {

uchar i; for(i=0;i

UART_Transmit(p[i]); } count_r=0; optt_t=0;

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总 结

本文介绍了一种基于无线通信网络技术的远程监控系统，通过GSM网络，实现了对室内温度的监控和防盗系统的监控功能。对于温度监控，可实现室内温度的测量、显示及超温报警功能，同时温度信息和报警信息都可以通过GSM模块向手机用户发送短信；对于防盗系统的监控，可实现实时监控是否有可疑人员闯入，监控到可疑人员闯入，则实现报警，同时将报警信息通过GSM模块向手机用户发送短信。对于温度可实现每隔一段时间发送一次短信给用户，而报警信息可立即发送给用户。本设计的功能比较齐全，应用也比较广泛，温度监控可应用于防火、控温等领域，防盗监控可以用于室内或小区的防盗。论文从电路设计、程序设计方面详细介绍了整个设计的原理和设计过程，并最终完成了系统的调试。本文提出的设计方法原理易懂，应用范围广。当然，系统还有不足之处，功能还不够完善，还可以利用单片机进行系统功能扩展。

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附 录

本设计电路原理图如下：

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参考文献

[1]何政.单片机原理与应用.上海科学技术出版社，1992.

[2]Guillaume Peersman and Srba Cvetkovic. The Global System for Mobile Communications Short Message Service. IEEE Personal Comm, June 2000. [3]童诗白,华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社，2001. [4]阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，1998.

[5]Roger Kalden, Ingo Meirick and Michael Meyer. Wireless Internet Access Based on GPRS. IEEE Personal Comm, April 2000.

[6]潘勇,孟庆斌.基于DS18B20的多点温度测量系统设计.电子测量技术，2008（9）108-112. [7]焦锏,侯俐.基于GSM的室内防盗智能控制系统设计[J].科技论坛,2010，（1）：72-75. [8]黄布毅,何超前.基于无线传感器网络的家庭安防报警系统设计[J].电子技术应用, 2007,27(1):61-64.

[9]杨高洁,商建东,范志辉.基于GSM 短消息业务的安全监控系统设计[J].自动化仪表,2009,(10):53-56.

[10]顾曙敏.单片机与串行时钟DS1307的接口设计.现代电子技术,2003,26(14).

[11]董晓丹.windows下实现PC机与单片机AT89S51的串行通信[J].大众科技，2009，(9):29-30.

[12]严丽平,袁可风.基于PSTN 的电话远程控制器的研究[J].华东交通大学学报,2005，22(1):73-76.

[13]Worboys.M.Object-Oriented Models of Spatiotemporal Information.1992,the Proceedings of the 5th International Sympisium on SDH,Vol.2,pp:602～611

[14]胡文麒.基于GSM模块的TC35i外围电路设计.新余高专学报, 2010,15(6):83-85. [15]彭宇平,林喜荣.基于GSM模块TC35I的远程报警和控制装置的研制[J].安防科技，2008,(4):83-87.

[16]李晨,王巍.基于TC35iGSM模块的功能调试系统设计[J].科技广场，2010,(6):94-95. [17]张华,高需.基于TC35i模块实现短消息收发[J].南阳理工学院,2010,16(17):18-21. [18]黄庶.基于TC35i模块的家庭监护报警装置设计[J].应用能源技术，2010,(5):53-55. [19]王睿智.基于TC35i的远程监控报警系统的设计与实现[J].吉林工程技术师范学学

页 第 38 页 共 40

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报,2008,24(12):85-87.

[20]Langran.G .Manipulation and Analysis of Temporal Gegraphic Information. In the Proceedings of the Canadian Conference on GIS'93,Canada,pp.869～879

[21]Suzana Dragicevic and Danielle J,Marceau,A Fuzzy Set Approach for Modeling Time in GIS. GeoGraphical Information Science, 2000, Vol.14,No.3,pp.225～245

[22]胡玮,魏伟.RS232与RS485串行接口转换电路及其编程实现[J].实验科学与技术，2010,8(1):69-71.

[23]李相伟.朱海凌.吕月娥.王翠平.微机系统原理与接口技术(第2版)[M].北京:国防工业出版社,2007.

[24]马兴录.宋廷强.陈为.32位微机原理与接口技术[M].北京：化学工业出版社,2009. [25]梁伟明.基于AT指令编程的通信录手机短信查询系统设计与实现[J].新昌县供电局, 2009,5(36):23-26.

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致 谢

经过几个月的忙碌和学习，本次毕业论文设计已经接近尾声。作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有姚爱琴老师的督促指导，想要完成这个设计是难以想象的。

现在我发现自身的成长离不开大家的支持和帮助，我很庆幸自己生活在这样的空间。我要向那些帮助过我、鼓励过我的人们致以我最诚挚的谢意。

首先感谢姚爱琴老师，这次毕业设计中，作为我的指导老师，虽然平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，还有论文提纲的确定以及中期论文的修改、后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。她严谨的工作作风，渊博的知识，还有平易近人的人格魅力将会对我影响深远。除此之外还让我明白了许多做人的道理。

编写毕业论文是一个学习的过程，论文的完成，奠定了我的能力，它会帮助我在今后的工作与学习当中更加有自信。

最后，感谢这两年中陪我一起走过的各位老师和同学们，你们的信任和慰勉是我前进的动力！也要感谢我的朋友们，感谢你们在我失意时给我鼓励，在失落时给我支持，感谢你们和我一路走来，在此过程中我倍感温暖！为了那些支持和爱护我的人，我会更加努力，好好工作！好好生活！

在此我向我的指导老师致以真挚的谢意，谢谢你们的大力支持和帮助。

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