基于GPRS的无线温度测控系统设计
曹建峰
(无锡职业技术学院,江苏省无锡市214121)
摘 要:在某些温度测量与控制场合,不方便组建远程的有线测控系统或组建系统的成本较高,有必要寻找一种利用现有网络资源、成本较低、灵活方便的无线远程温度测控系统。本设计主要是基于中国移动GSM网络的GPRS(通用分组无线电业务)无线数据交换服务,配合AT89C52、A/D、D/A等组成的本地温度测控系统,通过比较完善且稳定的GPRS网络和Internet与远程客户端进行通信,实现只要有Internet的地方就能利用客户端对被测对象进行远程测量与控制,其中温度的测量值可在现场显示,也可以无线数据传输方式实现远程测控。
关键词:温度测控系统;GPRS;DTU(数据终端单元);远程测控中图分类号:TP273.5
场实时检查被测对象的工作状态,在终端采用LCD(液晶显示器)和键盘,实现本地温度的测量与设定。
0 引 言
GPRS(通用分组无线电业务)是一种基于第二代移动通信系统GSM(全球移动通信系统)的无线分组交换技术,特别适用于间断、突发性或频繁、少量的数据传输,也适用于偶尔的大量数据传输。现有的中国移动BSS(基站子系统)提供全面的GPRS网络覆盖,GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网络资源,从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。将GPRS与嵌入系统、Internet网络结合,组建无线数字测
图1 系统总体方案
2 单片机设计
单片机设计主要包括温度的A/D转换、LCD显
示、RS2232串口、D/A转换、功率放大和相应软件设计。硬件框图如图2所示。
控网络。它充分利用已有公共网络资源,节省了网络建设及维护成本。而且GPRS按流量收费,适合于智能终端的数据传输,降低了系统运营成本,使系统在具有一定实时性前提下可以保证系统可靠、经济运行。本系统采用以AT89C52单片机的数据测控中心和GPRS无线模块相结合,实现多路温度的测量与控制,采集的数据通过GPRS发送到Internet上的数据中心服务器上,利用Internet实现客户机与数据中心服务器通信,最终实现对被测对象的控制。只要有手机信号和Internet的地方就可实现温度的测量与控制。
图2 单片机系统硬件框图
1 系统总体方案
本系统主要功能的实现如图1所示。利用
AT89C52单片机系统进行模拟温度采集与控制,通过GPRS无线模块实现与远程数据中心通信,最后通过
单片机采用ATMEL的AT89C52,内含8kB的程序存储器和256B的RAM,程序存储器容量和RAM已够用,不扩展片外的程序存储器和RAM。A/D转换采用12位高速低功耗采样芯片ADS7818,可得到较好的测量精度。显示采用KS0108控制器的128×64彩色LCD,能较高质量地显示文字和图形。串口使用MAX232芯片,转换成标准的RS2232电平,与GPRS模块进行通信。GPRS模块使用宏电公司的H7118GPRSDTU(数据终端单元),它的功能是将数据或命令通过天线发射出去,通过移动BSS发送到数据中心
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客户机与Internet的数据中心进行数据交换,实现对
终端的远程测量与控制。此外,为方便管理人员在现
收稿日期:2008210220;修回日期:2008211211。
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・研究与设计・信息化研究2009年2月
服务器,也能接收数据中心的数据或命令。
软件主要包含以下功能模块:温度的采集和A/D转换、温度的处理与控制、LCD显示、通过RS2232与GPRSDTU的通信。
括相应DTU的注册与注销,一旦有DTU要在本数据中心注册时,要及时读取包括DTU的ID在内的相关信息,当DTU完成与数据中心的注册任务后,能与DTU进行通信,包括以不同的方式进行数据交换。当有DTU申请注销或掉线时,数据中心要及时对其完成注销的任务,并且数据中心能主动使相应的DTU注销。
系统的运营成本主要由GPRS流量决定。由于温度值是一个相对缓慢变化的量,考虑到费用问题,尽量减少流量,因此在设计中,单片机系统不会主动向数据中心发送数据,只有当客户端或数据中心发出测量请求时,单片机才会向数据中心发送数据,再由数据中心转发至客户端。数据中心向单片机系统发送的数据有2种类型:一是读取单片机端的温度测量值、温度测定值和控制系统电机的转速的测量命令;二是对单片机的设定温度进行设定的命令。当要读取单片机系统的温度测量等值时,由数据中心首先向单片机系统发送字符特定字符,当单片机收到此字符后,马上把温度测量值、温度测定值和控制系统电机的转速通过GPRS发送到数据中心,再由数据中心进行相关的数据处理。当进行温度设定时,数据中心首先向单片机端发送另一特定字符,再发送温度设定值,当单片机收到此特定字符后,就把后面收到的数据作为温度设定值进行相应的处理。单片机系统向数据中心发送的数据格式固定,共9位十进制数据,分别为3位温度测量值、3位温度设定值和3位控制电机转速,不包含小数点,对小数据点的处理在数据中心完成,无停止位和校验位。
b)数据中心通信参数的设置。用来完成对数据中心相关参数和通信方式的设置。这些参数主要有:数据中心IP、数据中心用于与DTU进行通信的端口、通信模式(阻塞模式、非阻塞模式或消息模式)、服务类型(TCP或UDP)、等待时间等。
c)对DTU的管理。用来完成对DTU参数的远程设置。如DTU串口的波特率、数据位数、校验方式、停止位数、DTU的数据中心IP和端口、中国移动的接入代码等。
d)与客户端的通信。为了增强温度测控系统的可用性,采用C/S模式,数据中心也作为服务器,一方面对DTU进行操作与管理,另一方面也实现与客户机通过Internet进行通信,这样,只要有Internet的地方,就能利用客户端程序实现对参数的测量与控制。
与客户端进行通信时,使用winsock控件,在数据中心服务器端专门分配5003端口,采用TCP方式与客户端通信。由客户端主动与服务器进行通信,平时,服务器处于侦听状态,当有客户机的连接申请时,完成
3 数据中心设计
数据中心的作用是管理相应的DTU,同时处理GPRS模块发来的数据。数据中心要求非常稳定,否
则将直接影响整个系统的稳定、GPRS流量和运营成本。温度测控系统本身规模不大,被测对象只有温度测量值、温度设定值和风扇转速,数据量不是很大,虽然本单位现有固定的公共网络IP,其服务器运行比较可靠,但是考虑到服务器的稳定运行通常不允许在服务器上安装其他应用软件,所以GPRS数据中心系统也不允许安装在该服务器上。如果采用端口映射,把来自GPRS2Internet网络某一指定端口(系统采用5002端口的UDP协议)的数据,通过映射功能将此端口的数据转发到局域网内一台安装有GPRS数据中心的计算机上。然后由Internet上的客户端通过数据中心服务器进行通信,从而实现与GPRS模块进行通信。这种温度测控方法在实现过程中发现数据中心不很稳定,而中国移动的信号还是比较稳定的,所以准备采用中国移动提供的EDGE无线上网服务,类似于ADSL,每一次服务器联网后其IP地址是固定的,可以利用它作为本系统的服务器。但是,每次服务器重新登录网络后,其IP会改变,这要求对所有的DTU进行重新设置,实现比较麻烦,而在部分省,中国移动提供具有固定IP的SIM卡,采用这样的SIM卡,数据中心就有了固定IP。通过一段时间的运行,发现这种方法实现较为方便,同时运行也比较稳定,且运行成本不高。数据中心程序的主界面如图3所示。
图3 数据中心主界面
数据中心主要实现以下几个功能:
a)对DTU的服务控制。用来启动和停止数据中心的服务。启动时,要对多个DTU进行统一管理,包・34・
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第35卷第2期曹建峰:基于GPRS的无线温度测控系统设计・研究与设计・
与客户机的通信连接。至单片机端,完成对被测对象的温度设定操作。
4 客户端程序的设计
客户端主要实现与数据中心(服务器)的通信功
能,间接实现对单片机系统的测量与控制。客户端程序的主界面如图4所示。
5 结束语
通过在Internet上的测试,本系统能正确可靠地工作,但在应用过程中也发现一些不足,如果数据中心通过端口映射方式建立的话,数据中心的稳定运行与主服务器的关系非常大,有时会出现数据中心无法连接到公共网络的情况,影响系统的稳定运行;如果采用通过中国移动EDGE无线上网方式建立数据中心时,由于江苏省的SIM无法取得固定的IP,所以每次数据中心联网后,需要改数据中心的IP和DTU的IP地址,但采用外省具有固定IP的SIM卡,此SIM卡在江苏处于漫游状态下,发现数据的传输延时比较长,要达到10s以上。所以,在工程应用中,数据中心建议建立在具有固定IP的服务器上,会大大提高系统的稳定性和节约GPRS流量,系统的其他性能也会大大提高。
参 考 文 献
[1]求是科技.单片机典型模块设计实例导航[M].北京:人民
图4 客户端程序主界面
客户端首先与数据中心进行连接,点击“连接”按
钮时,向数据中心发出连接请求,当请求同意后,由数据中心向客户端发出完成连接信息,客户机收到此信息时在连接按钮上显示“ConnectwithserverOK”,此时客户机与数据中心已连接正确。温度测控主要显示被测温度、设定温度和转速3个值,所以做了显示这3个值的文本框,平时被测控对象的值不会主动传至客户机,当用户想测量时,点击“刷新数据”按钮,客户机向数据中心发送“发送数据”请求,数据中心收到此请求时,将其转发至DTU,单片机收到此请求后,把被测温度、设定温度和转速发至数据中心,数据中心收到后转发至客户端,客户端收到后在相应的文本框内显示出来,完成一次刷新数据申请。当要对被控对象进行温度设定时,直接在客户端的温度设定文本框内输入设定温度,然后点击“确定”按钮,客户端会把此温度设定值发送至数据中心,由数据中心按一定格式转发
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曹建峰(19792),男,硕士研究生,讲师,主要研究方向为嵌入式系统及无线通信。
AStudyonWirelessTemperatureMeasurementand
ControlSystemBasedonGPRS
CAOJianfeng
(WuxiCollegeofVocationalTechnology,Wuxi214121,China)
Abstract:Measurementandcontroloftemperatureisusedwidely,suchasinindustryandagriculture,etc.Butsometimes,it′sinconvenientoruneconomictobuildawiredmeasurementandcontrolsystem.Soitisdesirabletofindaneconomicandflexiblewirelesstemperaturemeasurementandcontrolsystembasedontheavailablenetworkresources.OurdesignisbasedonGeneralPacketRadioService(GPRS)ofGSMnetworkfromCMCCwiththelocalsystemestablishedfromAT89C52,A/D,D/Aperipheralcircuits.ThetemperaturecouldbemeasuredandcontrolledremotelyviatheperfectandstableGRPSandInternet.Ofcourse,italsocanbedisplayedonLCDoftheMPUortransmittedremotely.
Keywords:temperaturemeasurementandcontrolsystem;GPRS;DTU(DigitalTerminalUnit);remotemeasurementandcontrol
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