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基于SMS远程数据采集系统的设计




关键词:
0 引 言
   
传统的数据采集系统,由于通信线路的限制,数据传输距离不可能很远。采用以太网传输,大大提高了数据的传输距离,但是由于以太网使用的TCP/IP协议较复杂,采用普通的廉价微处理器不能实现。在监测点分布范围广,数量多时,使用以太网构造数据采集系统的代价比较昂贵。利用短消息(SMS)进行远程无线通信,它具有通信成本低,不受通信线路及地区限制,保密性、可靠性高,抗干扰能力强等特点。利用短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能,性能稳定,为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。这里介绍的远程数据采集系统就是基于此开发完成的。

1 远程数据采集系统结构设计
    远程数据采集系统由监控中心和数据采集终端两部分组成。监控中心由带有移动通信装置TC35模块的监控计算机和数据库服务器构成。TC35通信模块的通信通过RS 232串口与监控计算机连接;数据采集终端由以单片机为核心的数据采集器和TC35模块和传感器模块组成,监控中心和数据采集终端通过无线通信网络联成一体,系统结构图如图1所示。系统中数据、指令的接收和发送都是通过短信来实现的。

    监控中心接收数据采集终端的数据并向终端发送组态和控制信号等,实现整个系统的管理、数据存储、数据库管理等功能。上位机监控站可并行地设置多个站点,采用不同的权限管理构成完整的监控体系,它的位置不受地域限制。数据采集终端安装于采集现场,与现场监控仪表和设备相连接,用以监测现场环境参数以及环保设备的运行状态,并将现场采集的数据经编码、压缩、存储后,由GSM网络实时传送到上位机监控站,同时接收上位机监控站发送的命令控制现场设备。

2 数据采集终端硬件实现
   
数据采集终端与现场仪表及设备相连接,实现数据采集、处理、发送以及设备控制等功能。它是一个智能化可独立运行的系统,具有良好的可靠性,能够自动处理通信堵塞、外部干扰等异常状况,保证系统稳定不间断运行,并长期保存现场历史数据。它主要由单片机电源部分、数据采集处理部分、TC35接口电路、传感器模块、输出控制器等部分组成。其硬件结构框图如图2所示。

2.1 电源电路设计
    电源部分采用220 V交流电源供电,经电压转换、全波整流后接入供电电路,为整个系统供电。电源部分为数据采集处理部分提供3.3 V电压和隔离的24 V电压;为无线接口部分提供约3.6 V电压。
2.2 数据采集处理部分
    数据采集处理部分由中央微处理器、键盘显示电路、数据存储器、实时时钟等组成。中央微处理器选用AT89C51。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
    键盘和显示电路模块用来初始设定或者当用户操作人员在现场时,可以通过此人机界面,将初始状态和一些命令要求置入单片机,使其完成特定的功能。
    实时时钟为数据的存储和发送提供精确的绝对时间,亦可通过上位机监控站对终端监控站时间进行设定和校准。数据存储器采用大容量FLASH存储器,可对现场采样数据进行长期存储。
2.3 TC35i接口电路
    TC35i是SIEMENS公司推出的新一代一款双频900/1 800 MHz高度集成的无线通信GSM模块,可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、短信息服务和传真。TC35i无线模块内部结构如图3所示,TC35i共有40个引脚,这40个引脚可以划分为5类,即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。它通过ZIF连接器分别与电源电路、启动与关机电路、数据通信电路、语音通信电路、SIM卡电路、指示灯电路等连接。

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