鋼水溫度數(shù)據(jù)GPRS模塊遠(yuǎn)程無線傳輸設(shè)計(jì)

沈陽航天新光集團(tuán)有限公司 韓 冬 倪瑞林

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鋼水溫度數(shù)據(jù)GPRS模塊遠(yuǎn)程無線傳輸設(shè)計(jì)

沈陽航天新光集團(tuán)有限公司 韓 冬 倪瑞林

【摘要】本文主要介紹了如何使用西門子的MC55模塊，將煉鋼現(xiàn)場(chǎng)鋼水溫度數(shù)據(jù)通過GPRS無線傳輸給遠(yuǎn)端上位機(jī)，并詳細(xì)介紹了GPRS無線通訊的程序及其通訊協(xié)議設(shè)計(jì)方法。

【關(guān)鍵詞】GPRS；無線傳輸；域名解析

1 引言

由于煉鋼工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，環(huán)境比較惡劣，如果經(jīng)常去現(xiàn)場(chǎng)觀察鋼水溫度測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果，不僅耗費(fèi)人力，而且存在一定的安全隱患。這里我們采用西門子公司生產(chǎn)的MC55無線傳輸模塊將煉鋼現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到的鋼水溫度結(jié)果通過GPRS無線傳遞到遠(yuǎn)端的上位機(jī)上。MC55模塊具有收發(fā)短信、自帶TCP/IP協(xié)議，能夠連接GPRS，支持Socket通信等功能，性價(jià)比高，具備較高的可靠性。

本文主要介紹了如何使用MC55模塊進(jìn)行鋼水溫度數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸并附上詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì)程序。

2 GPRS數(shù)據(jù)無線傳輸模塊硬件設(shè)計(jì)

2.1 GPRS無線傳輸模塊MC55介紹

MC55模塊一共有50個(gè)引腳，如圖1所示。按其功能來分類的話，引腳可分為以下四個(gè)部分：雙串口接口、SIM卡接口、雙音頻接口、電源充電管理[1]。

圖1　引腳分配和外觀（MC55頂視圖）

MC55性能穩(wěn)定，AT指令規(guī)范；尺寸緊湊（35×32.5 ×2.95mm），重量?jī)H5.5克，是市場(chǎng)上尺寸最小的三頻模塊，支持GSM 900 MHz，GSM 1800 MHz和GSM 1900MHz；支持語音、短消息、數(shù)據(jù)和傳真；內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，通過AT指令很容易接入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。能夠很好地滿足本課題對(duì)GPRS通信的要求。表1顯示的是MC55的性能指標(biāo)。

表1　MC55性能參數(shù)表

由于上位機(jī)每次開機(jī)IP地址都會(huì)發(fā)生變化，傳統(tǒng)的方法是通過短信將上位機(jī)的IP地址告訴GPRS模塊，發(fā)送短信存在通信費(fèi)用問題，且每次都要發(fā)送遠(yuǎn)端PC機(jī)的IP地址給GPRS模塊，工作量大，因此我們使用花生殼域名解析軟件，每次將數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)固定域名上來解決這一問題，MC55模塊不僅支向某一個(gè)IP發(fā)送數(shù)據(jù)，也支持向某一域名發(fā)送數(shù)據(jù)，滿足了我們的設(shè)計(jì)需求[2]。

2.2 LCD顯示電路

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要實(shí)時(shí)的將測(cè)量結(jié)果顯示出來，為此，主控制板上配備了一個(gè)192列、64行的全屏幕點(diǎn)陣顯示器。它主要基于動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)原理設(shè)計(jì)，由行驅(qū)動(dòng)器和列驅(qū)動(dòng)器兩部分構(gòu)成的，顯示器采用COB的軟封裝方式，通過導(dǎo)電橡膠和壓框連接LCD，使其連接更加可靠，壽命更長(zhǎng)。

主要功能特性[3]：

（1）工作電壓的波動(dòng)范圍為+3V～+5V±10%，本身帶有用于驅(qū)動(dòng)LCD需要的負(fù)電壓；

（2）全屏圖形點(diǎn)陣液晶板，點(diǎn)陣數(shù)為192（列）×64（行），可顯示12（行）×4（行）個(gè)漢字（16×16點(diǎn)陣），液晶內(nèi)部含有數(shù)據(jù)鎖存器，可完成字符和圖形的顯示；

（3）含有8位并行數(shù)據(jù)總線用于輸入輸出，液晶的CPU接口處占用5條控制總線；

（4）簡(jiǎn)單的操作指令，顯示開關(guān)設(shè)置，地址指針設(shè)置，顯示起始行設(shè)置和數(shù)據(jù)讀/寫等指令。

液晶的主要內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)有：

（1）I/O緩沖器（DB0～DB7）

數(shù)據(jù)的輸入端采用的是并行數(shù)據(jù)輸入方式，每一個(gè)I/ O引腳實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取都是通過雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器來實(shí)現(xiàn)的。在片選信號(hào)有效的條件下I/O緩沖器開放，此時(shí)通過單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫操作控制。當(dāng)片選信號(hào)是無效狀態(tài)時(shí)，I/O緩沖器處于高阻態(tài)，信號(hào)無法進(jìn)行傳輸。

（2）顯示開/關(guān)觸發(fā)器

顯示屏具有顯示控制開關(guān)，當(dāng)開/關(guān)觸發(fā)器為‘1’時(shí)，可以啟動(dòng)液晶顯示。為‘0’時(shí)可以關(guān)閉顯示，主要是通過對(duì)數(shù)據(jù)顯示鎖存器的開關(guān)開控制數(shù)據(jù)流的輸出電壓控制。從而實(shí)現(xiàn)顯示狀態(tài)的控制。

（3）RAM數(shù)據(jù)顯示區(qū)

RAM中的數(shù)據(jù)直接對(duì)應(yīng)屏幕上的每個(gè)點(diǎn)，當(dāng)RAM中有數(shù)據(jù)時(shí)，屏幕上對(duì)應(yīng)的RAM區(qū)會(huì)直接顯示RAM中的數(shù)據(jù)。該液晶屏幕共有192*64個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，每一個(gè)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，當(dāng)二進(jìn)制為‘1’時(shí)液晶上顯示該點(diǎn)，當(dāng)為‘0’時(shí)，不顯示該點(diǎn)。

圖2所示為液晶顯示的硬件原理圖。

圖2　LCD原理圖

該圖形顯示液晶模塊的訪問方式主要有兩種：一種為直接訪問方式，另一種為間接控制方式。直接方式是利用處理器的讀寫線相與的方式來實(shí)現(xiàn)使能端的控制，而間接方式直接使用一根I/O線就可以實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖鼓堋Ｒ虼吮驹O(shè)計(jì)采用節(jié)省資源的間接控制的方式。

控制電路部分主要包括控制電路板和GPRS模塊，控制電路板部分實(shí)現(xiàn)了鋼水溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)傳輸，將測(cè)得的鋼水溫度值顯示在與測(cè)溫探頭相連的液晶屏上。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜且經(jīng)常去現(xiàn)場(chǎng)觀察數(shù)據(jù)具有一定的危險(xiǎn)性，通過GPRS無線傳輸 ，可以將現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)傳到遠(yuǎn)端監(jiān)控室的上位機(jī)上進(jìn)行監(jiān)控，通過監(jiān)控室上位機(jī)界面，可以存儲(chǔ)采集到的鋼水溫度數(shù)據(jù)。

圖3　控制電路板硬件實(shí)物圖

3 GPRS遠(yuǎn)程通訊程序設(shè)計(jì)

MC55模塊內(nèi)部嵌入了TCP/IP協(xié)議棧 ，可以用作TCP的客戶端和服務(wù)器端。支持IP地址和域名訪問，每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包最大傳輸字節(jié)為1500字節(jié)。通過向MC55模塊寫入相應(yīng)的AT指令，可以將GPRS模塊連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過與遠(yuǎn)端上位機(jī)所設(shè)定的偵聽端口進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸[4]。

3.1 GPRS連接過程GPRS連接過程主要用到以下AT指令：a）建立GPRS基本連接配置

at^sics=0,conType,GPRS0; //連接的類型選擇at^sics=0,user,cm; //用戶名設(shè)置

at^sics=0,passwd,gprs; //GPRS網(wǎng)絡(luò)訪問密碼設(shè)置

at^sics=0,apn,cmnet; //訪問節(jié)點(diǎn)設(shè)置

b）TCP服務(wù)配置

at^siss=1,srvType,socket; //連接GPRS主站

at^siss=1,conId,0;

at^siss=1,address,"socktcp://slamdoor.eicp. net";//域名可以通過花生殼軟件申請(qǐng)獲得

c）打開TCP/IP，使用GPRS

AT^SISO=1; //打開GPRS功能

AT^SISW=1,30; //發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，可根據(jù)需要具體設(shè)定

OK; //應(yīng)答信號(hào)

收到應(yīng)答信號(hào)后，發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，返回OK為發(fā)送成功。

為了使GPRS模塊通信更加穩(wěn)定，下位機(jī)處理器每次接收到返回的信息后都要進(jìn)行校驗(yàn)。如果返回的是正確的信息，處理器繼續(xù)發(fā)送指令；如果返回的是錯(cuò)誤的信息則返回錯(cuò)誤狀態(tài)。GPRS信息發(fā)送流程如圖4所示：

圖4　GPRS信息發(fā)送流程圖

3.2 GPRS數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

GPRS數(shù)據(jù)封裝形式為：現(xiàn)場(chǎng)鋼水溫度+環(huán)境溫度+結(jié)束符號(hào)；每組數(shù)據(jù)信息用空格隔開，每組封裝數(shù)據(jù)以‘$’結(jié)束。

數(shù)據(jù)部分需要注意的是，數(shù)據(jù)位中每位均為ASCI碼，如數(shù)據(jù)1020.8表示‘1’‘0’‘2’‘0’‘.’‘8’，一共占用六個(gè)字節(jié)。類別不同的數(shù)據(jù)中間用空格分開。

為了得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。處理器將接收的數(shù)據(jù)求和后得到的結(jié)果放入和校驗(yàn)和字節(jié)中。然后發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)也進(jìn)行數(shù)據(jù)的和校驗(yàn)，通過比對(duì)校驗(yàn)和的值確定傳來數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。如果收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，就將該數(shù)據(jù)放棄。結(jié)束符占用一個(gè)字節(jié)，用符號(hào)‘$’來表示，表示數(shù)據(jù)傳輸終止。

圖5　上位機(jī)接收數(shù)據(jù)界面

控制電路通過軟件將要發(fā)送的數(shù)據(jù)封裝打包后，首先通過串口向MC55發(fā)送“at^sisw=1,n”AT指令來設(shè)定發(fā)送字節(jié)的長(zhǎng)度。將打包的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到MC55，最后MC55將收到的數(shù)據(jù)包由GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至Internet網(wǎng)絡(luò)后通過上位機(jī)接收。上位機(jī)接收數(shù)據(jù)界面如圖4.4所示。

上位機(jī)接收GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的主界面一共由四個(gè)部分組成，上位機(jī)IP和端口號(hào)的設(shè)置、客戶端信息的顯示、數(shù)據(jù)接收顯示和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與計(jì)數(shù)。GPRS無線通訊時(shí)，打開上位機(jī)管理軟件，設(shè)置好上位機(jī)的IP和端口號(hào)，設(shè)置為偵聽模式，下位機(jī)通過與上位機(jī)綁定的花生殼域名進(jìn)行連接。當(dāng)下位機(jī)通過GPRS模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)會(huì)顯示在軟件的數(shù)據(jù)顯示區(qū)，通過查看數(shù)據(jù)日志可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

4 結(jié)語

本文通過一個(gè)鋼水溫度數(shù)據(jù)GPRS無線傳輸?shù)膶?shí)例，介紹了如何將煉鋼現(xiàn)場(chǎng)的鋼水溫度數(shù)據(jù)無線傳輸給遠(yuǎn)端上位機(jī)，并通過實(shí)際軟件程序介紹了西門子MC55模塊的使用方法，從整體上介紹了一個(gè)GPRS無線傳輸控制器的軟硬件設(shè)計(jì)方法。

參考文獻(xiàn)

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韓冬（1987—），遼寧開原人，碩士研究生，畢業(yè)于東北大學(xué)控制工程專業(yè)，專業(yè)方向?yàn)橛布娐吩O(shè)計(jì)，現(xiàn)就職于沈陽航天新光集團(tuán)有限公司。

作者簡(jiǎn)介：