基于ARM和GPRS的數(shù)據(jù)采集傳輸儀系統(tǒng)設(shè)計

摘要：文章設(shè)計了一種以ARM單片機為核心、采用GPRS作為無線傳輸方式的數(shù)據(jù)采集傳輸儀，此設(shè)備通過串口與傳感器進行通信實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)，然后通過GPRS模塊把傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心。文章首先介紹了ARM處理器的優(yōu)點和GPRS無線傳輸?shù)奶攸c，然后重點介紹了數(shù)據(jù)采集傳輸儀的硬件系統(tǒng)，并對設(shè)計重點做了詳細(xì)分析，最后對此數(shù)據(jù)采集儀的技術(shù)優(yōu)勢和潛在應(yīng)用做了分析和展望。
關(guān)鍵詞：ARM；單片機；GPRS；數(shù)據(jù)采集；串口通信

0 引言
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在分散的、環(huán)境惡劣的作業(yè)點，特別是存在突發(fā)、小數(shù)據(jù)量傳輸?shù)膱龊?，以有線傳輸作為通信媒介已不太合適。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用迅速推動了無線通信技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展，無線傳感器終端逐漸成為主流。
GPRS是通用分組無線服務(wù)技術(shù)的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它的出現(xiàn)，使低成本無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建成為可能，具有資費低、覆蓋區(qū)域大、實時在線、傳輸率高、呼叫建立時間短等優(yōu)勢，因此采用GPRS方式設(shè)計無線傳感器終端的數(shù)據(jù)采集儀是當(dāng)今比較好的解決方案。
ARM(Advaneed RISC Machines)微處理器是32位、高性能、廉價、耗能低的RISC處理器。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費／教育類多媒體和移動式應(yīng)用等。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
本系統(tǒng)主要由GPRS通訊模塊、MCU控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和電源管理模塊4部分組成，軟件部分由單片機驅(qū)動、數(shù)據(jù)采集、GPRS無線通信、系統(tǒng)監(jiān)控等部分組成，硬件部分由電源管理、微處理器、GPRS模塊、SIM卡座、串行通信接口和數(shù)據(jù)存儲器等部分組成。微處理器用于控制GPRS模塊的信息接收和發(fā)送，通過串行通信口和外部傳感器進行數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)存儲器用于存儲通過GPRS傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以備GPRS數(shù)據(jù)傳輸丟失時可以補傳。本數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件設(shè)計
本系統(tǒng)硬件使用ARM處理器作為核心控制器，以西門子公司的MC52i模塊作為GPRS無線通信模塊，使系統(tǒng)具有低功耗、高效率、實時在線的特點。
2．1 嵌入式微處理器單元
本硬件平臺的MCU采用ST公司的STM32F105RCT6，該單片機使用當(dāng)前最流行的Cortex-M3內(nèi)核，采用64腳封裝，擁有獨立的256 kBflash和
64k的RAM，最高允許頻率可達72MHz，同時具有5路UART、12路DMA控制器、片內(nèi)RTC、51個I／O口、片內(nèi)16通道12位ADC、2個IIC接口、3個SPI接口和2個CAN總線接口。本系統(tǒng)通過合理利用片內(nèi)集成的多種功能模塊，大大降低了設(shè)計的復(fù)雜性，也降低了系統(tǒng)成本。該MCU在本設(shè)計中的設(shè)計管腳應(yīng)用如圖2所示。

如圖1所示，系統(tǒng)具有兩個晶振，其中8MHz晶振為主晶振，通過MCU內(nèi)部倍頻到72MHz為系統(tǒng)提供運行頻率；32．768kHz為系統(tǒng)的RTC提供運行時鐘。當(dāng)單片機的1腳也就是VBAT腳接使用電池供電時，RTC在系統(tǒng)斷電情況下可以由電池供電，從而可以保證RTC在斷電情況下繼續(xù)正常運行。