基于GPRS的開(kāi)關(guān)磁阻電機控制器遠程控制系統

　　GPRS技術(shù)是在現有的GSM系統上發(fā)展出來(lái)的一種新的分組數據承載業(yè)務(wù)，其最大優(yōu)勢在于它的數據傳輸速度大大提高，目前已達到了115Kbps，其次GPRS是按GSM標準定義的封包交換協(xié)議，可快速接入數據網(wǎng)絡(luò )。它在移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò )之間實(shí)現了"永遠在線(xiàn)"的連接，網(wǎng)絡(luò )容量只有在實(shí)際進(jìn)行傳輸時(shí)在被占用，基于這些優(yōu)勢，GPRS技術(shù)適合進(jìn)行數據傳輸，同時(shí)由于其可靠性，可以進(jìn)行遠程控制的設計，本文以油田抽油機為實(shí)際應用背景，介紹基于GPRS技術(shù)的開(kāi)關(guān)磁阻電機調速系統遠程控制的架構和具體實(shí)現。

　　系統整體結構

　　本系統是通過(guò)上位機操作系統，例如無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )遠程控制應用于油田抽油機的開(kāi)關(guān)磁阻電機，控制開(kāi)關(guān)磁阻電機的啟動(dòng)、停止、復位以及轉速設定等參數，并對電機的運行狀態(tài)進(jìn)行采集、如電流參數、溫度參數，轉速信息、故障信息等，并將其返回到上位機操作系統進(jìn)行分析，判斷電機工作情況和下一步的控制情況，實(shí)現遠程控制的目的。

　　本系統整體工作結構原理圖如圖1。

　　上位機操作系統

　　上位機操作系統是人機對話(huà)的平臺，本文采用VB語(yǔ)言編寫(xiě)的可視化界面，編寫(xiě)了一個(gè)TCP/IP超級終端，實(shí)現了TCP/IP服務(wù)器端的功能，這是Socket的一個(gè)簡(jiǎn)單應用。由于每次GPRS撥號，系統端獲得的IP地址都一樣，而PC端的IP地址都不一樣，而PC端的IP地址應該是固定的，因此選擇PC端作為服務(wù)器端。服務(wù)器端創(chuàng )建后開(kāi)始偵聽(tīng)來(lái)自網(wǎng)絡(luò )的數據，循環(huán)等待客戶(hù)端的連接，如果有客戶(hù)端連接，接收到的數據會(huì )保存在緩沖器中，然后服務(wù)器端會(huì )判斷是否是系統發(fā)來(lái)的數據，如果正確則顯示該客戶(hù)端發(fā)來(lái)的數據，同時(shí)服務(wù)器端會(huì )重新啟動(dòng)一個(gè)線(xiàn)程等待新的客戶(hù)連接。

　　系統硬件設計

　　如圖2所示，遠程控制系統內部結構可分為系統電源、復位電路、信號采集、控制給定以及其他控制部分，這里著(zhù)重介紹信號采集、GPRS遠程控制等部分。

　　本設計需要采集開(kāi)關(guān)磁阻電機的運行狀態(tài)，包括電流信號，電壓信號等，需要進(jìn)行ADC變換，TLC0834是八位逐次逼近模數轉換器，具有輸入可配置的多通道多路器和串行輸入方式，采用串行輸入結構，其供電電壓為5V，輸入與輸出與TTL，CMOS電平兼容，為了節省I/O資源，采用LPC2134的一個(gè)I/O口連接到TLC0834的DO端和DI端，DI端只在多路器尋址時(shí)被檢測，而此時(shí)DO端仍為高阻狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期后，DO端才開(kāi)始在時(shí)鐘上升沿時(shí)讀出數據。

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　　GPRS遠程控制系統

　　GPRS遠程控制系統是系統的核心部分，傳輸控制信息以及采集運行狀態(tài)，是負責上位機控制系統和底層電機的聯(lián)系紐帶，核心部分由ARM7處理器LPC2134和GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊MC35i構成。LPC2134與GPRS通信模塊MC35i的通信是通過(guò)串口通信來(lái)實(shí)現的，如圖3所示，通信模塊MC35i的16-23引腳數據輸入/輸出端標準串口的8個(gè)引腳分為DSR0、RING0、RXD0、TXD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0，它有固定的參數：8位數據位和1位停止位，無(wú)效驗位，波特率在300bps-115000bps之間，為了和開(kāi)關(guān)磁阻電機調速系統正常地進(jìn)行通信，這里選擇1200bps作為數據傳輸的波特率，硬件握手信號用RTS/CTS，模塊串口支持標準的AT命令集。

　　模塊的24-29管腳為SIM卡引腳，其中CCVPP引腳與用于檢測SIM卡插槽中SIM卡是否插入正常，CCCLK用于模塊在該周期下定時(shí)檢測SIM卡，因此，CCVPP腳會(huì )定時(shí)出現一個(gè)跳變，CCVCC引腳是MC35i模塊為SIM卡提供的供電電源。

　　系統軟件設計

　　本設計采用國際化標準組織所定義的開(kāi)放系統互聯(lián)模型，OSI/RM參考模型包括七個(gè)協(xié)議層來(lái)定義數據通訊的協(xié)議功能，圖4所示為本設計互聯(lián)參考模型結構圖及所涉及的協(xié)議。

　　圖中包括上位機、INTERNET、GPRS網(wǎng)絡(luò )、GPRS遠程控制板、開(kāi)關(guān)磁阻電機調試系統以及開(kāi)關(guān)磁阻電機幾大部分的信息通信，其中GPRS遠程控制板和GPRS網(wǎng)絡(luò )間的通訊通過(guò)PPP(點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議)實(shí)現，GPRS網(wǎng)絡(luò )和INTERNET的通信通過(guò)GPRS網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)實(shí)現，INTERNET和上位機的通信通過(guò)TCP/IP協(xié)議，并通過(guò)可視化界面實(shí)現。

　　PPP的設計與實(shí)現

　　本設計環(huán)節需要支持GPRS功能的GSM模塊，使移動(dòng)終端通過(guò)串口和GPRS模塊相連，然后通過(guò)AT命令先設置好模塊，定義PDP上下文和網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量，發(fā)出進(jìn)行申請GPRS服務(wù)的撥號命令，GPRS模塊的PPP協(xié)議服務(wù)器端程序進(jìn)行協(xié)商投信，收到撥號命令后，GPRS模塊會(huì )進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )的附著(zhù)，網(wǎng)絡(luò )分配無(wú)線(xiàn)鏈路資源，這時(shí)GPRS模塊中的PPP協(xié)議服務(wù)器端進(jìn)入NETWORK狀態(tài)，得到網(wǎng)絡(luò )分配的IP地址并通過(guò)IPCP協(xié)議分配給移動(dòng)終端，這樣，移動(dòng)終端就在串口和GPRS之間用PPP協(xié)議建立了一條透明的傳輸通道，并取得了自己的IP地址，可以和數據中心通信了，PPT實(shí)現流程見(jiàn)圖5。

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　　TCP/IP小型協(xié)議棧uIP的設計和實(shí)現

　　uIP是一個(gè)極其小型的TCP/IP協(xié)議棧，可以適用于低至8位或16位微處理器的嵌入式系統，它可以被看作是一個(gè)代碼庫為系統提供確定的函數，uIP提供三個(gè)函數到系統底層uip_init()、uip_input()和uip_periodic()。應用程序必須提供一個(gè)回應函數給uIP。當網(wǎng)絡(luò )或定時(shí)事件發(fā)生時(shí)，調用回應函數。

　　VB語(yǔ)言編寫(xiě)的可視化界面

　　TCP/IP協(xié)議是internet最重要的協(xié)議，本設計采用VB語(yǔ)言實(shí)現了TCP/IP服務(wù)器端的功能，socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò )的API，網(wǎng)絡(luò )的socket數據傳輸是一種特殊的I/O，socket也是一種文件描述符，VB提供了winsock空間，用于在TCP/IP的基礎上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通信。當使用socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通信時(shí)，其中一個(gè)必須創(chuàng )建Socket服務(wù)器偵聽(tīng)以進(jìn)行通信，創(chuàng )建服務(wù)器，首先創(chuàng )建一個(gè)服務(wù)端口號，并開(kāi)始偵聽(tīng)是否有客戶(hù)請求連接，部分VB程序如下：

　　Private

　　Sub Form_Load()

　　Sockserver.LocalPort=3000'服務(wù)器端口號

　　Sockserve.Listen '開(kāi)始偵聽(tīng)

　　End Sub

　　Private sub for_unload(cancel as integer)

　　sockServer.Close

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　　end sub

　　private sub sockserver_close()

　　sockserver.close

　　end sub

　　private sub sockserver_connectionRequest(By ValREQID As long)

　　sockserver.close

　　sockserver.Accept REQID'表示客戶(hù)請求連接的ID號

　　end sub

　　private sub sockserver_Data Arr(ByVal bytestotal As long)

　　'當向服務(wù)器發(fā)送的數據到達后，產(chǎn)生dataArr事件在事件中接收數據

　　Dim a as string

　　Sockserver.Getdata a text1.Text=a

　　End sub

　　……

　　結語(yǔ)

　　綜合以上設計，利用GPRS網(wǎng)絡(luò )實(shí)現遠程控制的最大好處在于它的可靠性，可在惡劣環(huán)境下使用，可通過(guò)上網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )終端來(lái)實(shí)現遠程控制和電機運行狀態(tài)的接收，同時(shí)可實(shí)現多點(diǎn)到多點(diǎn)的雙向控制，成本低廉，尤其是象油田抽油機的惡劣的工作環(huán)境，更能節省很大的人力及物力，效率很高。