一种基于GPRS的远程监控系统(2)

2018-04-24 神汽专用车

1 系统设计

1. 1 总体构架

如图1所示, 系统由三部分组成: 远程监控终端、通用、传输网络和控制中心。远程监控终端将采集到的现场数据, 以串行通信方式发送给GPRS模块, 由其进行数据传输(TCP 或UDP), 发送至GSM 网络(附近的基站)。GSM 网络将根据目的地址类型予以转发, 地址类型有以下三种:

( 1) 13位移动通信终端号码, 即准备拨号或发送/短消息0;

( 2)本地移动运营商提供的内部IP地址(信息只在本地移动公司的网络内部传递);

( 3)外部因特网IP地址, 信息将被GGSN转发至因特网。

无论移动网内还是网外的控制中心, 均可以/ 被动定时接收0或/主动查询0方式得到监控数据,并可控制远程监控终端的输出。

1. 2 远程监控终端

我们以作为GPRS模块的G20(摩托罗拉)和作为采样及控制中心的单片机C8051F020( Cygnal)为核心, 搭建终端平台。它们二者之间通过串行通讯方式连接, 操作指令为AT 指令集。辅助器件有SIM卡(座)、晶振、电源、时钟芯片及标准基准电压等。

1. 2. 1 数据采集模块

单片机为Cygnal的C8051F020, 其M CU 系统控制器的内核微控制器CIP-51, 与M CS-51TM 指令集完全兼容, 可以使用标准803x /805x 的汇编器和编译器进行软件开发。

CIP-51 采用的流水线结构与标准8051结构相比指令执行速度有很大的提高, 70% 的指令的执行时间为1或2个系统时钟周期, 而且所有指令均在8个系统时钟周期内完成。CIP-51 工作在最大系统时钟频率( 25MH z)时, 峰值速度可达到25M IPS,即每40ns就可发出一条最简指令。片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设计功能部件。

这些外设或功能部件包括模拟多路选择器、可编程增益放大器、ADC、DAC、电压比较器、内部电压基准、可编程器计数器、定时器阵列( PAC )、电源监视器等。存储器还集成了64K的FLASH 程序存储器和256字节的内部RAM, 非常适合当传输网络不可用时, 监测数据存储量大的要求。

( 1)模拟量输入/输出

C8051F020 配置有2个A /D 转换器, 其中AD0为12bit( 100k /sps)低速转换器, AD1 为8bit( 500k /sps)高速转换器。每个转换器在单片机内部连接有8路模拟通道选择器, 故对外而言, 每个A /D 转换器都配置了8路采样通道。本系统在单片机程序中预先规定AD0. 0和AD0. 1为紧急低速通道, AD1. 0和AD1. 1为紧急高速通道, 当测量值超过监控域值时, 通过开关电平自动控制外部设备予以调节, 并向存储的目的地址号码(相关技术人员的移动终端号码)发出短信和呼叫, 同时上报控制中心。所有16路A /D 通道默认为电压型( 0-10 V ),电流型输入( 4 mA-20 mA )可先由跳线连至采样电阻, 转换为电压信号。

C8051F020 集成两个片内12 位电压方式数/模转换器DAC, 具有灵活的输出更新机制允许无缝的满度变化并支持无抖动输出更新。其输出既可以选择电压( 0 V-10 V ), 也可以选择电流( 4 mA-20mA )。

( 2)数字信号通道

C8051F020支持8 个I/O 口( P0~ P7) 。本采集模块配置了32路开关量输入( P4~ P7), 16路开关量输出( P2、P3)。

( 3)脉冲输入

C8051F020拥有5个16位计数器, 最大计数频率为系统时钟的1 /4 。

( 4)串行数据接口

单片机自身提供2个串口。终端通过串口1,接收控制中心的初始化信息, 包括标准时间、设备ID、访问密码、控制中心IP地址等。在此之后, 可以接收串行数据, 例如: 通过485 /232 转换器接收以485总线方式传送的视频信号。串口0用于采集模块与GPRS模块之间的数据通信。