基于STM32單片機和EM310的無(wú)線(xiàn)終端設計

0引言

在監測監控及數據采集系統(SCADA)系統中，采集數據的實(shí)時(shí)性和準確性對系統有很大的影響，合適的通信網(wǎng)絡(luò )可以有效提高SCADA系統的效益，本文設計的GPRS無(wú)線(xiàn)終端在SCADA系統中的應用解決了上述問(wèn)題，除滿(mǎn)足數據實(shí)時(shí)性和準確性外，還具有建設成本低.結構簡(jiǎn)單.傳輸容量大.可遠程控制等優(yōu)勢.

1 終端簡(jiǎn)介

1.1終端結構

無(wú)線(xiàn)終端由EM310GSM模塊和STM32F103單片機構成，以STM32F103單片機為核心，STM32F103單片機有豐富的通信接口，用于連接EM310和現場(chǎng)儀表;還有豐富的I/O資源，可以擴展較大容量的RAM,一方面存儲指令集，用于解讀指令并作出相應的動(dòng)作;另一方面用于暫時(shí)存儲監測點(diǎn)采集到的數據.終端利用GPRS技術(shù)與控制中心進(jìn)行通信，GPRS的通訊網(wǎng)絡(luò )具有建設成本低.聯(lián)網(wǎng)快速.傳輸容量大.傳輸高速等優(yōu)點(diǎn).如圖1為該無(wú)線(xiàn)終端和監測點(diǎn)儀表的結構圖.

1.2終端在SCADA系統中的應用

在SCADA系統中無(wú)線(xiàn)終端的主要任務(wù)是通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )

和Intemet網(wǎng)絡(luò )實(shí)現監測點(diǎn)與控制中心之間的數據收發(fā)，其結構如圖2所示.

1.2硬件設計

終端主要實(shí)現的功能有：數據收發(fā).指令解讀和控制監測點(diǎn)儀表.滿(mǎn)足以上功能，電路主要分成幾個(gè)部分：EM310模塊電路.外擴RAM電路.儀表串口電路.

(1)EM310 模塊在SCADA系統對無(wú)線(xiàn)模塊傳輸數據的速度和容量有一定 的要求，另外，在某些系統對終端的工作溫度要求較高.EM310 與西門(mén)子MC55相比具有{低溫范圍大，可以應用到一些溫度 要求比較高的場(chǎng)合;與GTM900B相比，體積較小，功能較強， EM310內置協(xié)議找，一次可以發(fā)2K字節，能夠滿(mǎn)足大多SCA- DA系統的要求;有MUX功能，能實(shí)現大數據量的傳輸.

EM310模塊的作角是從STM32單片機的串口上接收數據 并發(fā)送和接收無(wú)線(xiàn)數據通過(guò)串口傳輸給STM32單片機，在連接 GPRS網(wǎng)絡(luò )時(shí)需要SIM卡的驗證，同時(shí)通過(guò)LPG引腳顯示當前 的狀態(tài).因此，EM310模塊電路主要包括串口部分.SIM卡連接 部分和LPG指示燈連接部分，另外還有啟動(dòng)和復位部分.

如圖 3 所示 SIM_CLK.SIM_VCC.SIMJO.SIM_RST 分別 為SIM卡的時(shí)鐘.電源.數據以及復位線(xiàn);LPG用于連接網(wǎng)絡(luò )狀 態(tài)指示燈;RST為復位管腳，低電平有效，此管腳在靠近50PINB2B連接器處并聯(lián)100nF的電容到GND,用于靜電釋放防護; TERM-ON為開(kāi)關(guān)機管腳，將TERM-ON管腳拉低50ms,即可 開(kāi)機，再將TERMJ3N管腳拉低50ms,即可關(guān)機.VDD-IO為 I/O 口電源管腳，VDD-IO人電壓U與/DTR./RTS./TXD外加 串聯(lián)電阻R的關(guān)系計算公式：R=3.5 * U-11.3K.

(2)外擴RAM

外擴RAM用于存儲指令集和暫時(shí)存儲儀表檢測數據.當終端收到數據包時(shí)，單片機會(huì )根據收到的數據包，在RAM中找到與該數據包相應程序段，并運行該程序段，即做出控制中心要求的動(dòng)作，如讀取儀表的參數.設置儀表參數.讀取監測數據等.

RAM的讀寫(xiě)速度很大程度上決定了終端收到數據包后的響應速度，因此終端選用高速靜態(tài)RAM IS61LV25616,采用ISSI的高性能CMOS技術(shù)，利用高度可靠的工藝和創(chuàng )新的電路設計技術(shù)，具有高性能和低功耗的特點(diǎn).

IS61LV25616有待機模式，該模式在CMOS輸入電平下的功率耗散減少，在終端沒(méi)有收到指令也無(wú)需發(fā)送數據時(shí)RAM可以處于待機模式;該芯片還可以通過(guò)使能接口的連接很好地實(shí)現內存的擴展;數據訪(fǎng)問(wèn)包括高字節訪(fǎng)問(wèn)和低字節訪(fǎng)問(wèn)兩種.

(3)儀表串口

儀表串口用于監測點(diǎn)儀表與單片機之間的連接，儀表串口電路選擇RS232轉TTL電平的形式，如圖4,DB9的1.4.6短接，RS232電平通過(guò)收發(fā)器SP3223EA進(jìn)行數據的收發(fā).在SP3223EA中C1+和C1一之間接極性電容作為電壓倍增器的泵電容，C2+和C2一之間接極性電容作為反向電荷泵電容，TXfN為T(mén)TL/CMOS驅動(dòng)器輸入，TxOUT為RS一232驅動(dòng)器輸出，RxlN為RS一232接收器輸入，RxOUT為T(mén)TL/CMOS接收器輸出.