基于GSM的工業(yè)過(guò)程控制的實(shí)現

　　1.引言

　　隨著(zhù)社會(huì )信息化技術(shù)的發(fā)展及普及，工業(yè)過(guò)程控制的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，各種對工業(yè)現場(chǎng)的數據采集越來(lái)越普遍，但是在對現有的一些工業(yè)現場(chǎng)進(jìn)行改造的時(shí)候發(fā)現其對工業(yè)現場(chǎng)數據的采集存在一些困難，比如數據采集控制中心離工業(yè)現場(chǎng)距離太遠，或者根本就不在一個(gè)地區，有可能分布在幾個(gè)不同的城市或者地區，也許由于是老廠(chǎng)區，如果在老廠(chǎng)區在進(jìn)行走線(xiàn)有可能影響生產(chǎn)或者不可以穿墻鑿洞或者是深埋地下的情況下，都必須使用別的方法對數據進(jìn)行采集，其中無(wú)線(xiàn)是應用比較普遍的方法，因為無(wú)線(xiàn)技術(shù)不需要進(jìn)行二次布線(xiàn)，數據采集點(diǎn)可以靈活設置，可以多點(diǎn)采集。在無(wú)線(xiàn)數據采集中又有多種形式，比如無(wú)線(xiàn)輸出技術(shù)，zigbee技術(shù)，藍牙技術(shù)、紅外技術(shù)等等，在本文中我們介紹的是基于GSM網(wǎng)絡(luò )的數據采集技術(shù)，由于現在GSM網(wǎng)絡(luò )的覆蓋已經(jīng)遍布全國，借助GSM網(wǎng)絡(luò )，在國內甚至全球只要有手機信號的地方都可以對特定的工業(yè)現場(chǎng)數據進(jìn)行采集和監控。在本文中，以工業(yè)現場(chǎng)中的溫濕度采集作為采集目標，將溫濕度信息通過(guò)GSM模塊發(fā)送到控制終端，然后根據溫濕度信息對工業(yè)現場(chǎng)的各個(gè)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制使工業(yè)現場(chǎng)的溫濕度維持在一個(gè)穩定的范圍內。

　　2.系統分析與需求

　?。?）需求分析

　　首先系統需要將工業(yè)現場(chǎng)的溫濕度信息收集起來(lái)，然后再控制G S M模塊發(fā)送信息，當控制終端接收到信息并處理完成之后還需要接受控制終端的控制信息，并對控制終端的控制信息做出相應的響應。

　?。?）系統設計

　　根據上述設計思想，首先需要一個(gè)智能控制芯片，本文選用比較普遍使用的51單片機系統，當工業(yè)過(guò)程控制的復雜程度提高的時(shí)候，可以響應的使用arm系列控制芯片或者DSP之類(lèi)的芯片并且結合嵌入式操作系統完成整個(gè)過(guò)程的控制。當數據采集完成之后還要通過(guò)GSM模塊發(fā)送到數據終端，所以整個(gè)采集系統需要由三部分組成：溫濕度傳感器、智能控制芯片、與控制終端的通信模塊——GSM模塊。

　　3.元器件說(shuō)明

　　溫度采集傳感器：

　　由于采用51單片機作為控制核心，51單片機由于其本身的限制，如果采用模擬傳感器的話(huà)勢必會(huì )增加更多的外圍電路，而且由于工業(yè)現場(chǎng)的各種干擾嚴重，所以采用了一款數字式的溫度傳感器DS18B20(＄2.0074)作為溫度采集探頭。DS18B20采用單總線(xiàn)結構，只要一根數據線(xiàn)就可以實(shí)現數據采集，而且可以實(shí)現在一根總線(xiàn)上實(shí)現多點(diǎn)測量，即在一個(gè)總線(xiàn)上掛載多個(gè)溫度傳感器。而且在距離較近的情況下還可以實(shí)現用數據線(xiàn)供電從而減少線(xiàn)纜使用，簡(jiǎn)化接線(xiàn)，供電電壓范圍廣，兼容 3.3V和5.5V供電，而且可以定義溫度報警信息。同時(shí)該傳感器的溫度測量范圍也很廣，從-55度到正的125度，正常的工業(yè)現場(chǎng)的溫度采集已經(jīng)足夠， 其溫度的精度范圍從0.5度到0.065可調。同樣的，采用DHT11作為濕度采集探頭。也是單總線(xiàn)的數字式傳感器，非常適合作為低成本的數字式濕度采集系統中的傳感器使用。

　　系統中在GSM通信方面，采用Q2406B作為通信模塊實(shí)現控制終端與現場(chǎng)的51單片機進(jìn)行通信。Q2406B是法國wavecom公司生產(chǎn)的一款性能非常優(yōu)越的GSM模塊，其內部自帶AT指令系統，使其很容易的和外部通過(guò)串行接口實(shí)現通訊，完成信息交互和控制模塊的信息接收發(fā)送任務(wù)。

　　4.硬件原理圖

　　4.1 電氣連接圖

　　51單片機通過(guò)數據總線(xiàn)將現場(chǎng)環(huán)境的數據采集到MCU中暫存，然后通過(guò)GSM模塊將數據發(fā)送出去，如圖1所示。

　　4.2 電路原理圖該電路的電路圖如圖2所示。

　　如圖2所示：主控芯片通過(guò)P1.0、P1.1、P1.2P1.3連接四路單總線(xiàn)傳感器，該傳感器可以使溫度傳感器也可以是濕度傳感器，當傳感器連接好之后，在硬件編程的時(shí)候由于兩種器件的邏輯時(shí)序不同，所以要分別編寫(xiě)不同的代碼來(lái)驅動(dòng)。在本例中定義如表1所示。

　　5.軟件編程

　　5.1 軟件流程圖

　　軟件編程是在硬件電路的基礎上對各個(gè)硬件管腳進(jìn)行驅動(dòng)，從而實(shí)現其特定的功能，軟件流程圖如圖3所示。

　　如圖3所示：系統上電之后首先對51單片機自身進(jìn)行初始化配置，然后進(jìn)入系統主循環(huán)，首先判斷是否到達定時(shí)時(shí)間，如果沒(méi)到則判斷是否有上位機數據終端發(fā)送的數據采集命令，如果這兩個(gè)條件都不滿(mǎn)足則程序繼續查詢(xún)時(shí)間是否道道定時(shí)時(shí)間。當定時(shí)時(shí)間到達之后，首先通過(guò)采集端口將傳感器的數據采集到單片機內部，然后對采集回來(lái)的數據根據通訊協(xié)議將數據進(jìn)行格式組合，組合完成之后通過(guò)串口將GSM模塊初始化一下，確定GSM模塊通訊正常之后將數據寫(xiě)入GSM模塊，然后啟動(dòng)發(fā)送命令，將信息發(fā)送出去。若果控制終端發(fā)出命令要求采集模塊采集數據的話(huà)，采集模塊會(huì )馬上啟動(dòng)采集數據并通過(guò)GSM模塊上傳回控制終端。

　　5.2 溫度采集流程

　　溫度采集流程圖如圖4所示。

　　每次在采集溫度信息之前，都需要首先對傳感器進(jìn)行初始化，初始化完成之后等待傳感器初始化完成并且在總線(xiàn)上產(chǎn)生應答信號，因為每個(gè)端口只掛接一個(gè)傳感器，所以跳過(guò)寫(xiě)序列號步驟，直接發(fā)送溫度轉化命令，然后開(kāi)始接受溫度轉化值，接收完成之后退出溫度讀取程序

　　5.3 GSM模塊發(fā)送流程（見(jiàn)圖5）

　　在此過(guò)程中，主要是單片機和GSM模塊通訊，當數據從溫濕度傳感器采集回數據之后，還是原始的數據，還需要根據通訊協(xié)議將采集回的數據進(jìn)行排序編碼，變?yōu)榭刂平K端可以識別的代碼序列，然后將編好的數據放入發(fā)送寄存器，然后等待GSM模塊準備好，等待準備好之后將數據發(fā)送給GSM模塊，然后等待GSM模塊將數據發(fā)送出去之后返回一個(gè)應答信號，單片機可以確認發(fā)送成功。

　　6.結束語(yǔ)

　　本文主要介紹了單片機在無(wú)法實(shí)現有線(xiàn)數據傳輸的情況下通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸的方式將工業(yè)現場(chǎng)的各種實(shí)時(shí)信息傳送出去并且接收控制終端發(fā)給采集模塊的命令并執行相應的動(dòng)作。