基于GPRS的除塵器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

羅 丹，周鳳星

（武漢科技大學(xué) 冶金自動化與檢測技術(shù)教育部工程研究中心，湖北 武漢 430081）

0 引言

袋式除塵器是一種干式濾塵裝置。它廣泛應(yīng)用于消除粉塵污染，改善環(huán)境，回收物料等。袋式除塵器除塵效率高，使用靈活，結(jié)構(gòu)簡單，運行比較穩(wěn)定，初投資較少，維護(hù)方便。隨著國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，袋式除塵器的應(yīng)用越來越廣。

在除塵器監(jiān)控系統(tǒng)中，常常需要對設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測，大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測點分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)在環(huán)境惡劣的地區(qū)，通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。以 GPRS為基礎(chǔ)的無線數(shù)據(jù)應(yīng)用為實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控提供了一種新的技術(shù)手段?，F(xiàn)將介紹一種基于 GPRS無線方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

現(xiàn)有的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)都采用“控制中心——現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)——監(jiān)控站”的構(gòu)建模式。該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。

圖1 基于GPRS的袋式除塵器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)集數(shù)據(jù)實時采集、網(wǎng)絡(luò)無線遠(yuǎn)程傳輸、數(shù)據(jù)庫實時存儲、閾值報警等功能于一體，使用戶能實現(xiàn)不定時、不定點的對除塵器遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過對系統(tǒng)基本要求的分析和運行成本的權(quán)衡，選取以普通微機為上位機，作為人機交流窗口；以51單片機、A/D采樣外圍電路為下位機，作為數(shù)據(jù)來源；以普通串口GPRS模塊和Internet網(wǎng)絡(luò)作為傳輸媒介，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。下位機通過RS232串口與GPRS模塊連接，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過協(xié)議封裝發(fā)送到 GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)將其傳送至上位機。上位機接收到遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)參數(shù)情況進(jìn)行相應(yīng)的回應(yīng)[1]。

2 上位機的組成和實現(xiàn)方法

袋式除塵器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的上位機部分，其主要功能是構(gòu)造一個友好的人機界面，將除塵器需要監(jiān)控的參數(shù)實時的顯示給工作人員，讓工作人員能夠很方便、直觀地查詢歷史數(shù)據(jù)，為日后的故障檢測提供有力的判斷依據(jù)。根據(jù)需求，上位機需要涉及到串口編程，數(shù)據(jù)庫編程，動態(tài)圖表控件繪制編程，表格繪制編程，HTML格式的幫助文件的制作等方面。

2.1 串口通信模塊

串行通信在硬件上容易實現(xiàn)，在軟件上也有很大的優(yōu)勢。VC++6.0為串行通信提供了非常豐富的編程資源。利用VC中提供的串口類可以實現(xiàn)如：打開、關(guān)閉串口，配置串口，讀寫串口，擁塞控制，超時控制等操作，能很容易的實現(xiàn)串口的通信和通信時錯誤的處理。由于該監(jiān)控系統(tǒng)是基于對話框的程序，所以選用利用MSComm控件串口編程方式。

2.2 MSComm控件介紹

MSComm是Microsoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它通過串行端口傳輸和接受數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能。MSComm控件串口編程可由以下一組動作序列組成：在當(dāng)前工程中插入 MSComm控件，并為控件創(chuàng)建變量；初始化并打開串口；捕捉串口事件；串口讀寫；關(guān)閉串口。

2.3 ADO數(shù)據(jù)庫模塊

ADO（ActiveX Date Object）是Microsoft數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序開發(fā)的接口，是建立在OLEDB之上的高層數(shù)據(jù)庫訪問計數(shù)。ADO技術(shù)可以用來構(gòu)造可復(fù)用的框架，能夠訪問關(guān)系數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫及所有的文件系統(tǒng)。

2.4 數(shù)據(jù)庫動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示模塊

該監(jiān)控系統(tǒng)采用CHART控件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的動態(tài)顯示，將所有的歷史數(shù)據(jù)放到坐標(biāo)系中，采樣時間為橫坐標(biāo)，采樣值為縱坐標(biāo)，所有數(shù)據(jù)的變化趨勢一目了然。圖表格式可以自由選擇，可以使二維或三維圖表，靈活多變，滿足大多數(shù)場合的需要。

ADO數(shù)據(jù)庫靜態(tài)顯示也是通過VC++6.0中的ActiveX控件來實現(xiàn)的。VC6.0中定義了一些ActiveX控件來更好的處理、顯示數(shù)據(jù)庫。該監(jiān)控系統(tǒng)就是采用MSFlexGrid控件來靜態(tài)地顯示數(shù)據(jù)庫。此控件可以顯示網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，也可以對其進(jìn)行操作。

3 下位機的組成和實現(xiàn)方法

3.1 數(shù)據(jù)采集部分

下位機系統(tǒng)放在現(xiàn)場，和除塵器上的傳感器相連，通過系統(tǒng)中的A/D采樣電路將各個傳感器的值分別采集進(jìn)來，數(shù)據(jù)通過簡單的處理后，利用 GPRS模塊通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送出去。本下位機系統(tǒng)使用6個傳感器進(jìn)行采樣，6個數(shù)據(jù)采樣點分別為：進(jìn)氣口風(fēng)速、出氣口風(fēng)速、煙氣溫度、箱體溫度、箱內(nèi)壓力和進(jìn)氣口出氣壓力。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸部分

考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該系統(tǒng)選用的 GPRS模塊是西門子的 MC55模塊，這款無線模塊是當(dāng)今市場上尺寸最小的三頻模塊。它是可以工作在 EGSM900 MHz、EGSM1800 MHz、EGSM1900 MHz的無線通信模塊。體積小、重量輕、功耗低。該模塊是GPRS的B類通信模塊，支持語音通信，具有GPRS和CSD兩種數(shù)據(jù)傳輸方式以及SMS和FAX功能。MC55模塊內(nèi)置了TCP/IP協(xié)議棧，開發(fā)過程中無需對模塊編寫通信協(xié)議，直接通過AT指令進(jìn)行控制以接入Internet，從而使數(shù)據(jù)傳輸開發(fā)變得簡單方便，節(jié)約了開發(fā)成本，節(jié)省了開發(fā)周期。MC55模塊具有50個管腳的板件連接器來與電路板進(jìn)行連接，通過串口與單片機進(jìn)行指令與數(shù)據(jù)交互[2]。

該系統(tǒng)中的監(jiān)測站的主要功能是對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，數(shù)據(jù)量流量較小，所以該系統(tǒng)選用51系列單片機來負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和控制。

51單片機控制A/D轉(zhuǎn)換器將傳感器采集的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過RS-232串行接口對GPRS模塊設(shè)置參數(shù)和數(shù)據(jù)的讀取。通過其標(biāo)準(zhǔn)串口與MC55模塊的主異步收發(fā)器相連，單片機的P2.2與MC55模塊的引腳IGT相連，用于啟動MC55模塊，P2.0與模塊的引腳VDD相連，用于判斷MC55模塊是否正常啟動。電源對GPRS模塊非常重要，所以由實時鐘控制定時用AT指令“AT^SMSO”關(guān)閉MC55模塊。連接電路如圖2所示[3]。

圖2 MC55與51單片機連接示意圖

3.3 軟件部分設(shè)計

3.3.1 單片機控制MC55的AT命令

MC55模塊的軟件部分對外提供了一個控制系統(tǒng)操作的AT命令集,模塊接收來自串口的AT命令,解釋并執(zhí)行相應(yīng)的操作,實現(xiàn)無線模塊的對應(yīng)功能。MC55根據(jù)AT命令來完成自身初始化、數(shù)據(jù)傳輸、語言傳輸及短消息服務(wù)等[4]。

單片機對MC55也是通過串口的AT指令集進(jìn)行命令、通訊控制的。單片機控制MC55的AT命令有：

① AT^SICS用于創(chuàng)建一個連接配置文件,可配置標(biāo)號從0開始的6個連接,連接類型可配置為CSD或GPRS；

②AT^SISS 用于創(chuàng)建一個基于某種連接類型的服務(wù)配置文件，共有10 個服務(wù)配置可以使用；

③AT^SISO是在創(chuàng)建連接配置文件和服務(wù)配置文件后，用于打開internet session，并等待URC；

④AT^SISR、AT^SISW 是在以上操作都執(zhí)行后，用來驗證操作是否正確的命令。其中AT^SISR 用于讀取數(shù)據(jù)，AT^SISW 寫入數(shù)據(jù)；

⑤ 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)狀態(tài)查詢命令A(yù)T^SISI = 2，查詢服務(wù)2的網(wǎng)絡(luò)連接狀況及數(shù)據(jù)收發(fā)情況；

⑥ 關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)服務(wù)命令：AT^SISC = 2。

3.3.2 數(shù)傳終端的軟件實現(xiàn)

為了方便調(diào)試、維護(hù)和移植，無線終端軟件設(shè)計遵循模塊化設(shè)計思想。無線終端軟件主要分為系統(tǒng)初始化模塊、建立連接模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、斷開連接模塊四部分。系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示。

圖3 袋式除塵器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)程序流程

開機上電之后，程序在主函數(shù)中運行，51單片機和MC55模塊分別進(jìn)行初始化，51單片機的初始化主要包括設(shè)置串口工作方式、波特率并初始化變量參數(shù)和標(biāo)志位；MC55模塊的初始化包括啟動模塊、設(shè)置GPRS上網(wǎng)模式及串口中斷準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。建立連接后，一方面，MC55模塊進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式，它接受主站服務(wù)器發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并通過串口發(fā)給單片機，單片機根據(jù)主站的命令進(jìn)行相應(yīng)的處理；另一方面，單片機通過RS232串行口接受外部終端發(fā)來的數(shù)據(jù)或請求并通過另一個串行口發(fā)給MC55，MC55就會把數(shù)據(jù)發(fā)發(fā)送給相應(yīng)的IP地址的PC機[5]。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)的最大特點就是使用戶終端以低廉、快速、可靠的方式連入GPRS網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，使用戶終端數(shù)據(jù)信息可以簡潔、實時的進(jìn)行傳送，為用戶終端安全穩(wěn)定的運行提供了可靠的保證。該系統(tǒng)很好滿足了環(huán)保在線監(jiān)測的各種監(jiān)控需求,其實時性、可靠性、安全性、可利用性和可變性等各項指標(biāo)得到了提高。

[1] 李楊,曾憲文.基于 GPRS和 GPS技術(shù)的工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)[J].上海電機學(xué)院學(xué)報,2009,21(02)：125-128.

[2] 劉淑榮,騰召勝,嚴(yán)性平,等.基于MC55的電力負(fù)荷管理終端設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器,2008,31(12)：72-74.

[3] 孫德輝,馬文麗,姚文娟,等. 基于GPRS 的無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].微計算機信息,2007,23(21)：104-106.

[4] 劉微,陳賀新.家庭的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].通信技術(shù),2009,42(01)：312-313+316.

[5] 景秀眉,楊凱,呂明祥.基于 GPRS技術(shù)的環(huán)保在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計[J].通信技術(shù),2008,41(07)：262-264.