基于ARM處理器與GPRS技術(shù)的水廠監(jiān)控系統(tǒng)

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(jié)合的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。該系統(tǒng)改善了采用GPRS 技術(shù)頻繁通信時存在的通信滯后、誤碼率較高的問題。簡化了GPRS 模塊與PC 機通信的軟件程序，降低了開發(fā)成本。

目前遠程監(jiān)控主要有以下方式： 短距離長線監(jiān)控、通過市話網(wǎng)、通過Internet 網(wǎng)絡(luò)、通過自組網(wǎng)絡(luò)(CDPD網(wǎng))及通過數(shù)傳電臺監(jiān)控。

短距離長線監(jiān)控和通過自組網(wǎng)絡(luò)自行建設(shè)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， 運營期間維護耗費較高； 通過市話網(wǎng)和Internet 方式， 通信效果好， 信號量大， 運營費用相對低廉， 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)運營商， 難以達到工業(yè)現(xiàn)場覆蓋面； 數(shù)傳電臺出現(xiàn)較早、應(yīng)用廣泛， 信號傳輸實時性好、運行費用低， 但建網(wǎng)初期投資巨大、傳輸范圍有限， 易受空間無線信號干擾。

通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS(General Packet Radio Ser -vice) 是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)， 目的是為GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場數(shù)字量和模擬量采集及處理、GPRS 組網(wǎng)通信、監(jiān)測中心上位機軟件三部分構(gòu)成。其中， 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集由系統(tǒng)監(jiān)控終端完成， 終端同時具有分析、記錄采集數(shù)據(jù)供上位機查詢， 并在現(xiàn)場出現(xiàn)異常事件時主動上傳報警信息的功能；GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)是監(jiān)測中心與現(xiàn)場監(jiān)控終端之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄海?使現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)及時傳送到監(jiān)測中心計算機； 監(jiān)測中心軟件一方面通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場監(jiān)控終端進行雙向通信， 另一方面為用戶提供一個可視化界面。監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

由于GPRS 網(wǎng)絡(luò)的工作方式是以IP 地址尋址為基礎(chǔ)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， 而終端只需要簡單接入Internet ，具備公網(wǎng)動態(tài)分配的IP 地址即可。終端接入Internet 具備IP 之后，主動向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)進行連接。當連接通道建立以后， 上位機和終端即可以進行雙工數(shù)據(jù)傳輸。

上位機根據(jù)用戶要求， 通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)向終端發(fā)送數(shù)據(jù)幀。終端接收到數(shù)據(jù)幀后， 先分析內(nèi)容， 再執(zhí)行相應(yīng)命令。

系統(tǒng)的具體控制目的是在水廠監(jiān)控中心與水源地之間利用GPRS 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程監(jiān)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GPRS 模塊與控制中心進行數(shù)據(jù)交換?？刂葡到y(tǒng)分為三個單元： 控制中心(一水廠)、水源地及二水廠。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)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(jié)構(gòu)使32 位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。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 具有極高的性價比優(yōu)勢， 尤其是價格與單片機相差無幾。

多個32 位和16 位定時器、一個改良的10 位ADC、所有定時器上輸出匹配的PWM 特性、以及具有多達13個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳的32 條高速GPIO線，使這些微控制器特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)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集成開發(fā)環(huán)境， 支持單步、全速及斷點等調(diào)試功能， 支持下載程序到片內(nèi)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(diào)試接口。這款仿真器需要H-JTAG 軟件(調(diào)試代理)的支持。

H-JTAG 是一款簡單易用的調(diào)試代理軟件， 功能和流行的MULTI-ICE 類似。H-JTAG 包含兩個工具軟件：

H - JTAG SERVER 和H - FLASHER 。其中，H - JTAGSERVER 實現(xiàn)調(diào)試代理的功能，H-FLASHER 則實現(xiàn)了Flash 燒寫的功能。

H-JTAG 支持ARM 公司的RDI 接口。通過RDI 接口，H -JTAG 能夠支持大多數(shù)主流的ARM 調(diào)試軟件。

JTAG 調(diào)試接口如圖2 所示， 調(diào)試結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖2 JTAG 調(diào)試接口