基于GPRS的電梯在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前我國電梯擁有量隨著高層建筑的增多而迅猛增長，為生產(chǎn)與生活提供了極大的便利。而如何保證每臺(tái)電梯都能夠可靠運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和排除故障，已成為提高物業(yè)管理水平和電梯技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵所在。電梯運(yùn)行質(zhì)量直接由監(jiān)控系統(tǒng)的功能決定，目前國內(nèi)電梯的集中監(jiān)控系統(tǒng)多采用固定傳輸或CAN總線現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，而CAN總線最大傳輸距離為10 km，要在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電梯的集中監(jiān)控，就需要增加系統(tǒng)硬件設(shè)備。為此本文設(shè)計(jì)了一種基于GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程電梯監(jiān)測系統(tǒng)。由于無線GPRS網(wǎng)絡(luò)具有永遠(yuǎn)在線和傳輸速率高等突出特點(diǎn)，此外能在保證數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)、準(zhǔn)確的前提下，能將系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用降低到最低。

　　1 GPRS簡介

　　GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service）的簡稱，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。GPRS在GSM系統(tǒng)中引入兩個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN和GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN）并作軟件升級(jí)，能夠在終端設(shè)備和掛接在Internet上的服務(wù)器之間建立一條數(shù)據(jù)通信的鏈路。GPRS網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，用戶數(shù)據(jù)與無線網(wǎng)絡(luò)資源的結(jié)合和基于IP協(xié)議的數(shù)據(jù)透明傳送。與原有的GSM比較，GPRS在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有明顯的優(yōu)勢：1）通過多個(gè)GSM時(shí)隙的復(fù)用，支持的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾矢?，理論峰值達(dá)17 Kbps；2）不同的網(wǎng)絡(luò)用戶共享同一組GPRS信道，但只有當(dāng)某一個(gè)用戶需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)才會(huì)占用信道資源。這樣，通過多用戶的業(yè)務(wù)復(fù)用，更有效地利用了信道資源，特別適合突發(fā)性、頻繁的小流量數(shù)據(jù)傳輸，很好地適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性特點(diǎn)；3）GPRS計(jì)費(fèi)方式更加靈活，支持按流量計(jì)費(fèi)；4）與無線應(yīng)用協(xié)議（WAP）技術(shù)不同，GPRS能夠隨時(shí)為用戶提供透明的IP通道，可直接訪問Internet中的所有站點(diǎn)和資源；5）采用信道復(fù)用技術(shù)，每一個(gè)GPRS用戶都能夠?qū)崿F(xiàn)永遠(yuǎn)在線；另外，GPRS還能支持在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)進(jìn)行語音通話等。

　　2 系統(tǒng)組成和原理

　　2.1 系統(tǒng)組成原理

　　基于GPRS的電梯監(jiān)控系統(tǒng)翻的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由本地PLC、信息獲取終端、GPRS數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心組成。

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圖1 電梯監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　首先由終端設(shè)備的嵌入式微控制器與本地PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，獲得電梯的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，把獲得的這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過串口把處理結(jié)果以協(xié)議數(shù)據(jù)幀的格式通過GPRS模塊發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)中。由于GPRS網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)都是基于IP協(xié)議的，且是互相連接的，終端的數(shù)據(jù)處理結(jié)果經(jīng)由GPRS網(wǎng)絡(luò)透明地傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。監(jiān)控中心主機(jī)接入Internet，有一個(gè)固定IP地址，先由終端登陸GPRS，獲得IP地址，然后將這個(gè)IP地址發(fā)給主機(jī)監(jiān)控中心。由于終端機(jī)的IP地址是GPRS內(nèi)網(wǎng)的IP地址，所以要經(jīng)過GPRS網(wǎng)絡(luò)的NAT服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，才能實(shí)現(xiàn)主機(jī)和終端機(jī)之間的雙向通信。當(dāng)主機(jī)監(jiān)控中心接收到終端機(jī)發(fā)送過來的IP地址，終端機(jī)和監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)就已連接通，監(jiān)控中心的查詢命令或控制命令也就可以通過互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)發(fā)送到GPRS模塊中，再由GPRS模塊傳送到終端設(shè)備，對(duì)它們進(jìn)行操作，從而在嵌入式平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　2.2 系統(tǒng)終端硬件設(shè)計(jì)

　　MCU選用NXP公司的LPC21480。LPC2148是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32／16位ARM7 TDMI-S內(nèi)核的微控制器，它具有高性能和低功耗的特性，帶有豐富的外設(shè)資源，可實(shí)現(xiàn)最大為60 MHz的CPU操作頻率。

　　GPRS模塊選用華為的EM310。EM310是一款GSM／GPRS雙頻無線模塊，支持EGSM900和GSM1800雙頻；提供數(shù)據(jù)、語音、短信、傳真功能；標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的認(rèn)證，兼容GSMphase2／2+協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：提供語音接口（低功耗），支持FIR、EFR、HR和AMR的語音編碼；支持免提通話，提供回聲抑制功能；支持標(biāo)準(zhǔn)、擴(kuò)展AT指令。此外，EM310模塊還內(nèi)置了TCP／IP協(xié)議棧，由AT指令控制并使得應(yīng)用程序可以很容易地接入網(wǎng)絡(luò)。這一方案的優(yōu)點(diǎn)在于它不需要應(yīng)用程序廠商執(zhí)行自己的TCP／IP和PPP棧，這樣最小化了將網(wǎng)絡(luò)連接集成入一個(gè)新的或已存在的應(yīng)用程序所需的成本和時(shí)間。EM310接口電路如圖2所示。要使EM310穩(wěn)定工作，電源電壓需在3.4～4.7 V之間，且電源的紋波要小；模塊啟動(dòng)信號(hào)在IGT引腳端維持低電平的時(shí)間須大于50 ms。

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圖2 EM310接口電路

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片采用CATALYS公司的串行CMOSE2PROM——AT24C02，先進(jìn)的CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。該器件含有256個(gè)8位字節(jié)存儲(chǔ)空間，有一個(gè)16字節(jié)頁寫緩沖器。AT24C02支持IC，總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議IC，總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器，任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式。AT24C02接口電路如圖3所示。

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圖3 AT24C02接口電路

　　3 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　3.1 AT指令

　　AT指令集是從終端設(shè)備（Terminal Equipmen，TE）或數(shù)據(jù)終端設(shè)備（Data TerminalEquipment，DTE）向終端適配器（Terminal Adapter，TA）或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備（Data Circuit Terminal Equipment，DCE）發(fā)送的。通過TA，TE發(fā)送AT指令來控制移動(dòng)臺(tái)（Mobile Station，MS）的功能，與GSM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互。用戶可以通過AT指令進(jìn)行呼叫、短信、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制。

　　AT指令是一個(gè)接口標(biāo)準(zhǔn)，其指令格式都比較固定。指令是以AT或者at為前綴，以回車符結(jié)尾。指令不區(qū)分大小寫，但其參數(shù)對(duì)大小寫敏感。AT指令包括4種類型，見表1。

表1 AT指令類型

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