多網(wǎng)融合的環(huán)境狀況遠程實(shí)時(shí)監測系統設計
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2.2.1 GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò )接口
STC12C5A60S2_2通過(guò)GPRS模塊連接GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò )和Internet。GPRS模塊主要采用明基公司的M23G設計，其內部集成PPP和TCP／IP協(xié)議棧；支持網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型GPRS Class 8，GPRS Class B；共支持三個(gè)頻段：EGSM 900MHz、DCS1800MHz和PCS1900 MHz，具有短消息服務(wù)、語(yǔ)音通話(huà)、數據傳真等功能[3]。設計的GPRS模塊工作穩定可靠，性?xún)r(jià)比高。
M23G的工作電壓是3.3~4.5 V，設計電源的時(shí)候取3.8 V的電壓，模塊在工作中最大的瞬間電流能夠達到2 A，考慮到大電流的需要，采用開(kāi)關(guān)型可調高性能微波電路專(zhuān)用穩壓芯片LM2941構造GPRS電源。
STC12C5A60S2_2與M23G模塊采用串行方式通信,波特率為9 600 b/s。M23G的DSR引腳與單片機的P2.4口相連，DSR為高表示模塊處在數據模式，為低表示處在命令模式。M23G的DTR引腳與單片機的P1.1口相連，可通過(guò)控制此引腳電平的高低時(shí)間來(lái)進(jìn)行M23G的數據態(tài)和命令態(tài)的切換。
2.2.2 PSTN網(wǎng)絡(luò )接口
STC12C5A60S2_2經(jīng)由eModem撥號，通過(guò)PSTN網(wǎng)絡(luò )連接遠端計算機。天石科技公司的串行總線(xiàn)eModem是5V TTL電平，可直接與單片機進(jìn)行串行通信。該eModem具有14.4 kb/s～56 kb/s的傳輸速率, 支持V.32bis、V.34和V.90標準, 支持標準AT命令集撥號/自動(dòng)應答功能, 具有普通Modem 的大部分技術(shù)參數及功能, 可方便地嵌入到微控制器設計中[4]。因為傳輸的數據量不大，eModem的流控功能可以不使用。STC12C5A60S2_2可通過(guò)P1.4引腳控制eModem進(jìn)行復位。
3 軟件設計
無(wú)線(xiàn)監測節點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)中使用的單片機均為STC12C5A60S2，其固件用C51語(yǔ)言編寫(xiě)，在Keil uVision3中編譯生成。監控中心的軟件用LabVIEW設計，服務(wù)器網(wǎng)頁(yè)用ASP語(yǔ)言編寫(xiě)。
3.1 Ad hoc網(wǎng)絡(luò )
Ad hoc網(wǎng)絡(luò )中的無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)除了要采集傳感器數據，進(jìn)行人機交互外,還要查找路由，替其他節點(diǎn)轉發(fā)數據。維護網(wǎng)絡(luò )是一項很復雜的工作，采用傳統的單一線(xiàn)程結構不能很好地滿(mǎn)足要求。因此，從程序開(kāi)發(fā)、維護方便的角度出發(fā)，將嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統Small RTOS51移植于無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)中的STC12C5A60S2單片機。
Small RTOS51具有公開(kāi)源代碼、可移植、可固化、占先式、中斷管理和RAM需求小的特點(diǎn)[5]。如圖4所示，讓Ad hoc網(wǎng)絡(luò )的AODVjr協(xié)議棧及其上層運行于Small RTOS51之上。網(wǎng)絡(luò )層采用AODVjr路由算法，它可能要同時(shí)處理查找路由、維護路由、收發(fā)數據等工作， Small RTOS51能夠即時(shí)處理上述幾種任務(wù)，同時(shí)給應用層程序提供多任務(wù)接口。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/157096.htm
3.2 GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò )
單片機主要通過(guò)AT命令控制GPRS模塊，以實(shí)現GPRS網(wǎng)絡(luò )的連接、PDP激活、以太網(wǎng)接入和數據傳輸。GPRS模塊常用的AT如表1所示。
3.3 PSTN網(wǎng)絡(luò )
網(wǎng)關(guān)連接的eModem工作在自動(dòng)應答的主叫模式下,單片機主要通過(guò)表2的AT命令對eModem進(jìn)行設定和通信控制。通信主要有三個(gè)步驟：(1)初始化：設定結果碼格式，回顯命令及應答方式；(2)呼叫或應答：進(jìn)入實(shí)際的數據/命令通信過(guò)程；(3)斷開(kāi)連接：掛機。
3.4 計算機端軟件
服務(wù)器采用微軟的IIS(Internet Information Service)技術(shù)，利用ASP語(yǔ)言編寫(xiě)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)代碼，網(wǎng)關(guān)發(fā)送來(lái)的數據由服務(wù)器接收后，保存在后臺ACCESS數據庫中，操作者可登錄服務(wù)器查詢(xún)遠程WSN的狀況。
遠端監控中心通過(guò)普通Modem連接PSTN網(wǎng)絡(luò )，其計算機監測軟件采用美國國家儀器NI(National Instruments)公司推出的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺LabVIEW實(shí)現。它可以為用戶(hù)提供簡(jiǎn)明、直觀(guān)、易用的圖形編程方式，能夠將繁瑣復雜的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線(xiàn)條將各種功能連接起來(lái)，十分省時(shí)簡(jiǎn)便。
利用LabVIEW也可以很方便地作圖，把Modem接收到的溫濕度數據進(jìn)行直觀(guān)顯示，圖5是用LabVIEW設計的軟件界面。
融合Ad hoc網(wǎng)絡(luò )、GPRS/GSM和PSTN的遠程分布式系統可以充分發(fā)揮各種有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)、短距離與長(cháng)距離網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)，實(shí)現優(yōu)勢互補，對環(huán)境狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。系統硬件成本低廉，對供電和通信網(wǎng)絡(luò )的需求少，通信費用低，適用性廣，人機交互界面友好，管理操作簡(jiǎn)單。適當改換傳感器，系統即可在工農業(yè)監控、環(huán)境檢測、安防、智能家電、醫學(xué)等實(shí)際應用中廣泛推廣，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
參考文獻
[1] CHAKERES I D, KLEIN-VERNDT L. AODVjr, AODV simplified[J]. Mobile Computing and Communication Review,2002,6(3):100-101.
[2] 宏晶科技有限責任公司.STC12C5A60S2單片機器件手冊[G]. 2009.
[3] BenQ Corp..M23 Datasheet(Version 0.1)[G]. 2006-11-1.
[4] 北京天石科技有限責任公司.嵌入式調制解調器eModem使用說(shuō)明書(shū)[G]. 2001.
[5] 陳明計,周立功.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統Small RTOS51原理及應用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.
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