基于短信息遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

　　0引言

　　傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由于通信線路的限制，數(shù)據(jù)傳輸距離不可能很遠。采用以太網(wǎng)傳輸，大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸距離，但是由于以太網(wǎng)使用的TCP／IP協(xié)議較復(fù)雜，采用普通的廉價微處理器不能實現(xiàn)。在監(jiān)測點分布范圍廣，數(shù)量多時，使用以太網(wǎng)構(gòu)造數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的代價比較昂貴。利用短消息（SMS）進行遠程無線通信，它具有通信成本低，不受通信線路及地區(qū)限制，保密性、可靠性高，抗干擾能力強等特點。利用短信息系統(tǒng)進行無線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個強大的支持平臺。這里介紹的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是基于此開發(fā)完成的。

　　1遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)采集終端兩部分組成。監(jiān)控中心由帶有移動通信裝置TC35模塊的監(jiān)控計算機和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器構(gòu)成。TC35通信模塊的通信通過RS 232串口與監(jiān)控計算機連接；數(shù)據(jù)采集終端由以單片機為核心的數(shù)據(jù)采集器和TC35模塊和傳感器模塊組成，監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)采集終端通過無線通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成一體，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)、指令的接收和發(fā)送都是通過短信來實現(xiàn)的。

　　監(jiān)控中心接收數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)并向終端發(fā)送組態(tài)和控制信號等，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的管理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫管理等功能。上位機監(jiān)控站可并行地設(shè)置多個站點，采用不同的權(quán)限管理構(gòu)成完整的監(jiān)控體系，它的位置不受地域限制。數(shù)據(jù)采集終端安裝于采集現(xiàn)場，與現(xiàn)場監(jiān)控儀表和設(shè)備相連接，用以監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)以及環(huán)保設(shè)備的運行狀態(tài)，并將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)經(jīng)編碼、壓縮、存儲后，由GSM網(wǎng)絡(luò)實時傳送到上位機監(jiān)控站，同時接收上位機監(jiān)控站發(fā)送的命令控制現(xiàn)場設(shè)備。

　　2數(shù)據(jù)采集終端硬件實現(xiàn)

　　數(shù)據(jù)采集終端與現(xiàn)場儀表及設(shè)備相連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、發(fā)送以及設(shè)備控制等功能。它是一個智能化可獨立運行的系統(tǒng)，具有良好的可靠性，能夠自動處理通信堵塞、外部干擾等異常狀況，保證系統(tǒng)穩(wěn)定不間斷運行，并長期保存現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)。它主要由單片機電源部分、數(shù)據(jù)采集處理部分、TC35接口電路、傳感器模塊、輸出控制器等部分組成。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

　　2.1電源電路設(shè)計

　　電源部分采用220 V交流電源供電，經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換、全波整流后接入供電電路，為整個系統(tǒng)供電。電源部分為數(shù)據(jù)采集處理部分提供3.3 V電壓和隔離的24 V電壓；為無線接口部分提供約3.6 V電壓。

　　2.2數(shù)據(jù)采集處理部分

　　數(shù)據(jù)采集處理部分由中央微處理器、鍵盤顯示電路、數(shù)據(jù)存儲器、實時時鐘等組成。中央微處理器選用AT89C51。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。

　　鍵盤和顯示電路模塊用來初始設(shè)定或者當用戶操作人員在現(xiàn)場時，可以通過此人機界面，將初始狀態(tài)和一些命令要求置入單片機，使其完成特定的功能。

　　實時時鐘為數(shù)據(jù)的存儲和發(fā)送提供精確的絕對時間，亦可通過上位機監(jiān)控站對終端監(jiān)控站時間進行設(shè)定和校準。數(shù)據(jù)存儲器采用大容量FLASH存儲器，可對現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)進行長期存儲。

　　2.3 TC35i接口電路

　　TC35i是SIEMENS公司推出的新一代一款雙頻900／1800 MHz高度集成的無線通信GSM模塊，可以快速、安全、可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、短信息服務(wù)和傳真。TC35i無線模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，TC35i共有40個引腳，這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入／輸出、SIM卡、音頻接口和控制。它通過ZIF連接器分別與電源電路、啟動與關(guān)機電路、數(shù)據(jù)通信電路、語音通信電路、SIM卡電路、指示燈電路等連接。

　　TC35i接口電路的設(shè)計主要是40針的電纜與單片機的信號接口。TC35i的1～5腳提供3.3～5.5 V峰值電壓和2 A的直流電源；6～10接地；15腳為點火信號，接到單片機的P1.3腳，可以通過軟件啟動模塊；16～23腳是RS 232串口的功能引腳，其中18腳，19腳分別為發(fā)送RXD和接收TXD引腳；24～29腳對應(yīng)的是SIM卡的引腳；32腳為指示燈引腳，當未插入SIM卡或者40腳的電纜沒有接好或者模塊正在入網(wǎng)時，指示燈處于閃亮狀態(tài)，亮600 ms滅600 ms，當模塊登錄網(wǎng)絡(luò)時，指示燈亮75 ms滅3 s。