陳昕 劉中晅 韓兆福

中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院 北京 100072

0 引言

城市電力，熱力，氣象，以及河流污染管理等行業(yè)，因監(jiān)控站點之間距離遠(yuǎn)、分布分散，往往需要布置大量的人力、物力用于管理、監(jiān)控及與中心管理站的聯(lián)絡(luò)，少數(shù)實現(xiàn)自動化管理的城市多基于電話線、MODEM，或是無線電臺辦法，成本高、效率低，而且對于無法鋪設(shè)電話線的苛刻環(huán)境，又需要定時監(jiān)控上報數(shù)據(jù)的單位，依靠已往的辦法難以實現(xiàn)。GPRS無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，為上述實現(xiàn)提供了可能。

通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）。GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣并且通信可靠，GPRS網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引入分組交換功能，支持TCP/IP協(xié)議，可以與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（Internet等）直接互通，隨時在線，而且計費采用比較合理的按流量計費方式，特別適合于需頻繁傳送小流量數(shù)據(jù)的應(yīng)用場合。如城市電力，熱力，氣象，以及河流污染管理等行業(yè)。

本文設(shè)計的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，是以89C58單片機(jī)和PIML GPRS-MODEM（GPRS模塊）為核心的，能夠?qū)崿F(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)采集，本地實時顯示，基于Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。本文側(cè)重論述系統(tǒng)的總體設(shè)計，分系統(tǒng)的組成功能。

1 總體設(shè)計

系統(tǒng)總體由四部分組成：一是基于89C58單片機(jī)為核心的嵌入式前端采集系統(tǒng)、二是基于GPRS模塊的通信系統(tǒng)、三是基于Internet的監(jiān)控中心、四是遠(yuǎn)程執(zhí)行單元。

圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1，整體工作過程是：以嵌入式微控器為核心的采集前端對分布式站點多路傳感器信息（輻射度、污染、報警信號、光、磁、溫度、氣壓、流量、速度等）實時采集，編碼；通過GPRS信道將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)編碼，然后發(fā)送到WEB服務(wù)器（固定IP地址或有固定域名的網(wǎng)站），監(jiān)控中心接收包含時間、站點編碼、數(shù)據(jù)等信息；同時嵌入式微控采集前端實時接收監(jiān)控中心發(fā)送來的前端重啟、立即上傳數(shù)據(jù)、更改上傳周期、時間校準(zhǔn)、控制執(zhí)行某種動作等命令，根據(jù)命令做出響應(yīng)。例如：前端接收到更改數(shù)據(jù)上傳周期命令，由原來的一小時，改為3分鐘，則嵌入式微控采集前端將按照新的周期時間每隔3分鐘上傳一次采集數(shù)據(jù)。

2 各分系統(tǒng)組成及功能

2.1 前端采集系統(tǒng)

前端采集系統(tǒng)的設(shè)計是整個系統(tǒng)的核心，單片機(jī)采用ST89C58，擴(kuò)展了8路數(shù)碼管顯示，A/D轉(zhuǎn)換，D/A輸出的接口電路，日歷時鐘芯片，SRAM，與GPRS模塊通信的RS232接口等功能（如圖2）。

圖2 前端采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)采用多量程、8通道、12位高精度A/D轉(zhuǎn)換器MAX197芯片，實現(xiàn)對對傳感器電壓信號的采集。單片機(jī)將采集到的各路數(shù)據(jù)按固定格式編碼，編碼數(shù)據(jù)再加上由日歷時鐘芯片DS12C887提供年、月、日、時、分、秒數(shù)據(jù)，和站點序號標(biāo)識進(jìn)一步混合編碼，形成固定格式的上傳數(shù)據(jù)。根據(jù)監(jiān)控中心的命令要求，定時上傳數(shù)據(jù)。SRAM用于存儲遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的IP地址，用于掉線重播。

2.2 通信系統(tǒng)

GPRS通信模塊選用PIML GPRS－MODEM模塊，雙頻GSM/GPRS引擎，支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、SMS和傳真?zhèn)鬏?，網(wǎng)絡(luò)通信支持基于TCP協(xié)議或UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)采用TCP協(xié)議通信。單片機(jī)通過MAX232接口芯片實現(xiàn)與GPRS－MODEM模塊的電氣連接，使用AT命令實現(xiàn)與GPRS模塊的通信，實現(xiàn)將混合編碼傳向監(jiān)控中心，或是接收監(jiān)控中心的命令數(shù)據(jù)。圖3為單片機(jī)與GPRS模塊接口的電路圖，接口采用MAX232芯片，實現(xiàn)單片機(jī)與GPRS模塊串口的電平轉(zhuǎn)換。

圖3 單片機(jī)與GPRS的RS-232接口電路

2.3 監(jiān)控中心

基于WEB的監(jiān)控中心，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收，并向前端采集系統(tǒng)發(fā)布控制命令。監(jiān)控中心的服務(wù)程序是基于VC＋＋6.0編程環(huán)境的，采用Socket套接字編程技術(shù)實現(xiàn)對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的收發(fā)處理。Socket網(wǎng)絡(luò)編程要重點處理好套接字的建立（Socket（））、綁定（Bind（））、監(jiān)聽（Listen（））、接收（Accept（））和讀（Recv（））寫（Send（））等幾個函數(shù)的使用。監(jiān)控中心發(fā)送自定義的8條命令，控制遠(yuǎn)程前端采集。這8條命令為：①系統(tǒng)重新啟動命令；②數(shù)據(jù)立即上傳命令；③系統(tǒng)時間校準(zhǔn)命令；④數(shù)據(jù)上傳頻率更改命令；⑤停止上傳數(shù)據(jù)命令；⑥繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)命令；⑦改變輸出電壓值命令；⑧強(qiáng)制關(guān)閉GPRS—MODEN模塊命令。

如：③系統(tǒng)時間校準(zhǔn)命令

命令格式：CMD+TIME 2007/05/08，19：24：30

命令作用：校準(zhǔn)DS12C887實時時鐘芯片的時間后，上傳加有準(zhǔn)確時間的數(shù)據(jù)串。

其他命令格式與上述類似，實現(xiàn)不同的功能。

圖4為監(jiān)控中心測試遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收發(fā)的試驗程序。

圖4 監(jiān)控中心試驗服務(wù)程序界面

2.4 遠(yuǎn)程執(zhí)行單元

遠(yuǎn)程執(zhí)行單元一般為電機(jī)，電動閥門等執(zhí)行單元，前端采集系統(tǒng)接收到監(jiān)控中心的執(zhí)行命令處理后，經(jīng)D/A單元輸出相應(yīng)的電壓或電流信號，控制執(zhí)行單元工作。

3 結(jié)論

本文側(cè)重論述了基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計，與各分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能，對于單片機(jī)與GPRS模塊通信實現(xiàn)、前端采集系統(tǒng)軟硬件設(shè)計、監(jiān)控中心服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)、采用軟硬件濾波技術(shù)實現(xiàn)抗干擾、數(shù)據(jù)編碼、掉線重?fù)?、前端采集?shù)碼顯示等詳細(xì)技術(shù)解決方案，將在后續(xù)的文章中加以論述。

基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，充分的發(fā)揮了GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣的優(yōu)勢與GPRS數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的優(yōu)勢，可以廣泛的應(yīng)用到城市電力，熱力，氣象，以及河流污染管理等行業(yè)當(dāng)中，提高相應(yīng)的自動化管理水平，大大降低運行成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]鐘章隊等.GPRS通用分組無線業(yè)務(wù).北京:人民郵電出版社.2001.

[2]朱洪波等.通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）技術(shù)與應(yīng)用.人民郵電出版社.2004.

[3]戴佳等.51單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計.電子工業(yè)出版社.2007.