基于ARM處理器與GPRS技術的水廠監控系統

摘要： 提出了基于ARM 處理器LPC2103、GPRS 技術、Visual Basic 可視化編程軟件相結合的遠程監控系統設計。該系統改善了采用GPRS 技術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，降低了開發成本。

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

短距離長線監控和通過自組網絡自行建設通信網絡， 信號質量得以保證， 但建網初期投資巨大， 運營期間維護耗費較高； 通過市話網和Internet 方式， 通信效果好， 信號量大， 運營費用相對低廉， 但接入網絡受到限制， 且網絡運行效果取決于網絡運營商， 難以達到工業現場覆蓋面； 數傳電臺出現較早、應用廣泛， 信號傳輸實時性好、運行費用低， 但建網初期投資巨大、傳輸范圍有限， 易受空間無線信號干擾。

通用分組無線業務GPRS(General Packet Radio Ser -vice) 是在現有GSM 系統上發展出來的一種新的承載業務， 目的是為GSM 用戶提供分組形式的數據業務。

1 系統的總體結構

監控系統由現場數字量和模擬量采集及處理、GPRS 組網通信、監測中心上位機軟件三部分構成。其中， 現場數據采集由系統監控終端完成， 終端同時具有分析、記錄采集數據供上位機查詢， 并在現場出現異常事件時主動上傳報警信息的功能；GPRS 通信網絡是監測中心與現場監控終端之間數據傳輸的橋梁， 使現場相關數據及時傳送到監測中心計算機； 監測中心軟件一方面通過GPRS 網絡與現場監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。監控系統的結構如圖1 所示。

系統總體結構圖

圖1 系統總體結構圖

由于GPRS 網絡的工作方式是以IP 地址尋址為基礎的， 所以上位機作為網絡的服務器端， 指定固定的IP和端口號， 而終端只需要簡單接入Internet ，具備公網動態分配的IP 地址即可。終端接入Internet 具備IP 之后，主動向上位機發送數據進行連接。當連接通道建立以后， 上位機和終端即可以進行雙工數據傳輸。

上位機根據用戶要求， 通過GPRS 網絡向終端發送數據幀。終端接收到數據幀后， 先分析內容， 再執行相應命令。

系統的具體控制目的是在水廠監控中心與水源地之間利用GPRS 網絡實現遠程監控， 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據交換。控制系統分為三個單元： 控制中心(一水廠)、水源地及二水廠。

2 系統硬件設計

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構使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控制和醫療系統中。

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集成開發環境， 支持單步、全速及斷點等調試功能， 支持下載程序到片內Flash 和特定型號的片外Flash，采用ARM公司提供的標準20 引腳JTAG 仿真調試接口。這款仿真器需要H-JTAG 軟件(調試代理)的支持。

H-JTAG 是一款簡單易用的調試代理軟件， 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 實現調試代理的功能，H-FLASHER 則實現了Flash 燒寫的功能。

H-JTAG 支持ARM 公司的RDI 接口。通過RDI 接口，H -JTAG 能夠支持大多數主流的ARM 調試軟件。

JTAG 調試接口如圖2 所示， 調試結構如圖3 所示。

圖2 JTAG 調試接口