基于GPRS的远程称重数据采集系统

2012-01-16 14:23:50来源: 互联网

    1 引言

  随着数据采集及其应用技术的发展和广泛应用,称重数据采集系统也趋于高精度、高速度、稳定可靠和集成化方向发展。目前,大多数称重系统都是独立的,只能用于现场数据采集和存储,这对使用仪表较多的企业不利于集中化管理。因此,迫切需要网络远程管理和监控。这里提出了一种基于GPRS远程称重数据采集系统,该系统利用称重仪表嵌入的GPRS通信模块,将仪表采集的重量数据通过无线方式接入Interact,实现远程监控。该系统非常适用于工矿企业称重设备的集中化管理和维护。

    2 系统整体方案

  通用无线分组业务(General Packet Radio Service,简称GPRS)是一种基于GSM系统的无线分组交换技术,可为GSM用户提供分组形式的数据业务。其理论带宽可达1712 Kbit,实际应用带宽约40~100 Kbit,信道可以提供TCP/IP连接,用于Interact连接和数据传输。GPRS永远在线,按流量计费,可提供一种高效、低成本的无线分组数据业务,特别适用于间断的、突发性、频繁的、点多分散、中小流量的数据传输。通过中国移动的GPRS网络系统将现场仪表(采集单元)的数据实时传递到监控中心,实现对现场设备的统一监控和分布式管理。
GPRS无线网络数据传输系统结构如图l所示,带GPRS功能的称重仪表将数据整理,经协议封装后,通过RS232串口发送到嵌入式GPRS模块,GPRS模块对数据TCP/IP打包,再将数据发送到中国移动的GPRS数据网络,再通过GPRS数据网络将数据传送至Interact,监控中心计算机还原数据包所需的数据结果,实现仪表数据和监控中心系统的实时在线连接。

  在GPRS无线通讯中,作为用户数据传输目的地的数据中心计算机在Intemet需要使用固定IP,由于国内固定IP数量有限,所以多数使用动态域名作为数据中心计算机的IP地址。对于动态域名,需要通过域名服务器将动态域名解析成数据中心计算机的IP地址。因此,如果没有固定IP地址,则必须用动态域名解析计算机IP地址的方法来实现。

  3 硬件电路设计

  图2为系统设计的硬件电路结构图。将GPRS模块(带有SIM卡)固定在仪表内,并与单片机相连,单片机使用AT命令通过RS232接口与GPRS模块通信。其工作原理:通过RS232接口接收单片机串口数据,然后将数据打包成IP包,由GPRS模块接入GPRS网络,由各种网关和路由将数据发送到数据管理中心。

  3.1 微处理器

  3.2 外部信号采集和看门狗电路

  由于称重仪表需具有高精度,这里采用外接A/D转换器采集电路,选用CS5532器件。该器件是一款具有极低噪音、多通道型A/D转换器。CS5532采用电荷平衡技术和极低噪声的可编程增益斩波稳定测量放大器,可得到高达24位分辨率的输出结果,精度高,动态特性宽,是其他同类A/D转换器所无法比拟的。外部信号采集电路如图3所示。

  为了提高仪表的抗干扰能力,增强仪表的稳定性,采用外部看门狗复位电路,故选用FN33256,该器件具有电源及看门狗低有效复位输出;可编程低电压复位门限;手动复位输入;可编程看门狗计数器;256 K字节的非易失性存储器用于存储仪表参数;电池供电。看门狗复位电路如图4所示。

  3.3 GPRS无线模块

  GPRS无线模块选用SIEMENS公司的MC55,该器件主要特点:尺寸紧凑(35 mmx32.5 mmx2.95 mm),仅重5.5 g;双三频工作模式:900 MHz,1 800 MHz和1 900 MHz(MC55);850MHz,l 800 MHz和1 900 MHz(MC56);语音和数据传输功能;GPRS标准.支持PBCCH;勾嵌TCP/IP协议栈。该模块性能稳定、可靠、操作方便,其电路如图5所示。

  整个系统首先必须让MC55上电,上电是由MC55的IGT引脚电平控制.其输出电平由软件设置。IGT引脚接单片机的P1.0口,EMERGOFF引脚PO.0。需要注意的是:单片机上电引脚输出高电平,MC55的EMERGOFF引脚被拉低,导致无法上电,所以上电后需设置P0.0引脚输出低电平。


  为了接通MC55,IGT引脚信号保持低电平至少100 ms,且比VDD引脚的下降沿延迟至少10 ms如图6。这样开漏驱动可避免电流流人该引脚。如果配置固定波特率,MC55发送SYNC以指示模块上电完毕。而当配置在自动波特率时,则无该指示。MC55上电步骤如下:IGT引脚当UBATT+超过3 V时才操作;IGT引脚要比VDD的下降沿至少延迟10 ms后才开始操作;URATT+超过3 V并保持10 ms后,IGT变为低电平,且下降沿的持续时间不能超过l ms;启动模块还需额外100 ms;确保驱动IGT时UBATT+不低于3 V;如果VDDLP引脚是外部电源供电,IGT引脚在UBATT+的上升沿之前已是HiZ。

  4 系统软件设计

  4.1 RTX51及部分程序

  当处理、调度多个任务,选用嵌入式实时操作系统是最佳方案。因此该系统采用RTX51 Tiny操作系统。它是一种小型多任务实时操作系统(RTOS),运行速度快,对硬件的要求不高,使用方便灵活。该操作系统最多可支持16个任务,完全可以在没有外部存储器的8051系统中运行。

  RTX51 Tiny的程序采用标准的C语言构造,由Keil C51编译器编译。用户可以容易定义任务函数,而无需配置复杂的栈和变量结构,只需配置一个包含指定的头文件即可。部分程序代码如下所示:

  4.2 终端软件实现

  系统上电后首先初始化单片机,设置串行口的波特率和定时器;然后初始化CS5532、FM33256看门狗等外部器件;接着执行MC55上电,然后初始化MC55。系统程序流程如图7所示。

  该系统的主要任务为采集传感器的信号,完成称重任务。A/D采集信号采用中断方式,数据采集完成后产生中断,然后启动重量计算任务。串口0与MC55相连,通过AT命令与MC55通讯,使之附着在GPRS网上,检查诸如SIM卡情况,GPRS网络信号强度,获得网络运营商动态分配给GPRS终端的IP地址,并与控制中心或服务中心建立连接。

  主程序采用中断加轮询方式,采用中断触发方式接收被控设备发送的数据,并设置接收缓存区来暂存数据。当中断触发接收完数据后,启动数据处理任务。根据接收的命令回复服务器,其命令形式主要分为读数据命令和仪表维护命令。

  5 试验数据

  表1是称重仪表在有无GPRS通讯情况下的几组试验记录。该试验用于检测在仪表的标定和调零过程中,GPRS通讯是否影响设备精度,从试验数据分析,该系统能正常运行。经过大量的试验,该系统工作稳定可靠,远程无线传输速度快且具有极低的误码率,数据访问延迟时间一般情况约为6 s。由于采取了外部电源监视和看门狗电路,系统能够有效地抗击外部干扰信号。

  6 结语

  该系统是以C8051F单片机为核心,采用高精度A/D转换器和外部看门狗电路,通过控制MC55实现GPRS业务的数据传输功能,提高数据传输的实时性、可靠性。该系统设计适用于工矿企业称重设备的联网,具有很好的应用前景。 

  微处理器是系统设计的核心,其性能的好坏直接决定称重系统的准确性,稳定性和可靠性。根据该系统设计对精度和实时性的要求,故选用C805lF02l型单片机。它具有64KB的片内Flash和4 KB的片内RAM,考虑到存储的数据量需扩展一个外部存储器。该器件还具有32个数字I/O接口,12位分辨率的A/D转换器,3个16位的计数器/定时器,两个全双工的UART接口,串口0与GPRS模块的连接实现通讯,串口1与RS485连接,实现与其他串行控制终端的通讯,从而增强称重仪表功能。

关键字:GPRS  远程称重数据  采集系统

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0116/article_4425.html
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