基于A(yíng)RM處理器與GPRS技術(shù)的水廠(chǎng)監控系統

摘要： 提出了基于ARM 處理器LPC2103、GPRS 技術(shù)、Visual Basic 可視化編程軟件相結合的遠程監控系統設計。該系統改善了采用GPRS 技術(shù)頻繁通信時(shí)存在的通信滯后、誤碼率較高的問(wèn)題。簡(jiǎn)化了GPRS 模塊與PC 機通信的軟件程序，降低了開(kāi)發(fā)成本。

目前遠程監控主要有以下方式： 短距離長(cháng)線(xiàn)監控、通過(guò)市話(huà)網(wǎng)、通過(guò)Internet 網(wǎng)絡(luò )、通過(guò)自組網(wǎng)絡(luò )(CDPD網(wǎng))及通過(guò)數傳電臺監控。

短距離長(cháng)線(xiàn)監控和通過(guò)自組網(wǎng)絡(luò )自行建設通信網(wǎng)絡(luò )， 信號質(zhì)量得以保證， 但建網(wǎng)初期投資巨大， 運營(yíng)期間維護耗費較高； 通過(guò)市話(huà)網(wǎng)和Internet 方式， 通信效果好， 信號量大， 運營(yíng)費用相對低廉， 但接入網(wǎng)絡(luò )受到限制， 且網(wǎng)絡(luò )運行效果取決于網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商， 難以達到工業(yè)現場(chǎng)覆蓋面； 數傳電臺出現較早、應用廣泛， 信號傳輸實(shí)時(shí)性好、運行費用低， 但建網(wǎng)初期投資巨大、傳輸范圍有限， 易受空間無(wú)線(xiàn)信號干擾。

通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)GPRS(General Packet Radio Ser -vice) 是在現有GSM 系統上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)， 目的是為GSM 用戶(hù)提供分組形式的數據業(yè)務(wù)。

1 系統的總體結構

監控系統由現場(chǎng)數字量和模擬量采集及處理、GPRS 組網(wǎng)通信、監測中心上位機軟件三部分構成。其中， 現場(chǎng)數據采集由系統監控終端完成， 終端同時(shí)具有分析、記錄采集數據供上位機查詢(xún)， 并在現場(chǎng)出現異常事件時(shí)主動(dòng)上傳報警信息的功能；GPRS 通信網(wǎng)絡(luò )是監測中心與現場(chǎng)監控終端之間數據傳輸的橋梁， 使現場(chǎng)相關(guān)數據及時(shí)傳送到監測中心計算機； 監測中心軟件一方面通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò )與現場(chǎng)監控終端進(jìn)行雙向通信， 另一方面為用戶(hù)提供一個(gè)可視化界面。監控系統的結構如圖1 所示。

系統總體結構圖

圖1 系統總體結構圖

由于GPRS 網(wǎng)絡(luò )的工作方式是以IP 地址尋址為基礎的， 所以上位機作為網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)器端， 指定固定的IP和端口號， 而終端只需要簡(jiǎn)單接入Internet ，具備公網(wǎng)動(dòng)態(tài)分配的IP 地址即可。終端接入Internet 具備IP 之后，主動(dòng)向上位機發(fā)送數據進(jìn)行連接。當連接通道建立以后， 上位機和終端即可以進(jìn)行雙工數據傳輸。

上位機根據用戶(hù)要求， 通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò )向終端發(fā)送數據幀。終端接收到數據幀后， 先分析內容， 再執行相應命令。

系統的具體控制目的是在水廠(chǎng)監控中心與水源地之間利用GPRS 網(wǎng)絡(luò )實(shí)現遠程監控， 在水源地處每口井都用繼電器模塊4060 控制潛水泵的啟停， 電量模塊采集電壓及電流等信號， 控制器MCU 通過(guò)GPRS 模塊與控制中心進(jìn)行數據交換?？刂葡到y分為三個(gè)單元： 控制中心(一水廠(chǎng))、水源地及二水廠(chǎng)。

2 系統硬件設計

2.1 控制器選型

控制器MCU 選用PHILIPS 公司最新推出的基于32位ARM7TDMI -S 、LQFP48 封裝的LPC2103 ， 其帶有32KB 嵌入的高速Flash 存儲器，128 位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32 位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運行。在完全掉電模式下， 達到6 μA 的低功耗水平， 與高級51 系列單片機相比，LPC2103 具有極高的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢， 尤其是價(jià)格與單片機相差無(wú)幾。

多個(gè)32 位和16 位定時(shí)器、一個(gè)改良的10 位ADC、所有定時(shí)器上輸出匹配的PWM 特性、以及具有多達13個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳的32 條高速GPIO線(xiàn)，使這些微控制器特別適用于工業(yè)控制和醫療系統中。

2.2 EsayJTAG-H 仿真器

EasyJTAG-H 仿真器是一款新型的仿真器， 目前， 可以支持LPC2103 微控制器和部分ARM9 芯片，支持ADS1.2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境， 支持單步、全速及斷點(diǎn)等調試功能， 支持下載程序到片內Flash 和特定型號的片外Flash，采用ARM公司提供的標準20 引腳JTAG 仿真調試接口。這款仿真器需要H-JTAG 軟件(調試代理)的支持。

H-JTAG 是一款簡(jiǎn)單易用的調試代理軟件， 功能和流行的MULTI-ICE 類(lèi)似。H-JTAG 包含兩個(gè)工具軟件：

H - JTAG SERVER 和H - FLASHER 。其中，H - JTAGSERVER 實(shí)現調試代理的功能，H-FLASHER 則實(shí)現了Flash 燒寫(xiě)的功能。

H-JTAG 支持ARM 公司的RDI 接口。通過(guò)RDI 接口，H -JTAG 能夠支持大多數主流的ARM 調試軟件。

JTAG 調試接口如圖2 所示， 調試結構如圖3 所示。

圖2 JTAG 調試接口