基于LPC2210的遠程數據采集終端設計

趙立新

摘? 要： 針對目前遠程數據采集系統普遍存在的數據傳輸效率較低問題，提出了一種基于嵌入式技術和GPRS的遠程數據采集終端設計。實現了以LPC2210微處理器為基礎的硬件設計，以及使用uCOS-II軟件實時操作系統的設計。該系統可以在實驗室環境中發揮良好的功能，實現在GPRS服務平臺上的實時數據取得、處理、無線傳輸、遠程監視等各種功能。最后對提出的基于LPC2210的遠程數據采集終端進行了驗證，結果表明該系統能夠實現高效的遠程數據采集和傳輸。

關鍵詞： LPC2210; 自動監測; 數據傳輸協議; 遠程數據采集; 遠程監視

中圖分類號： TP 274，TP 311.52? ? ? ? ? 文獻標志碼： A? ? ? ? ? 文章編號： 1671-2153（2019）01-0090-03

0? 引 言

遠程無線數據采集系統是基于GPRS技術實現遠程數據通信，在遠程突發性數據實時傳輸中有不可比擬的優勢。傳統的數據傳輸需要將實時檢測數據發送至管理中心的后方服務器上進行處理，耗時且費力[1]。要解決這一問題，就需要使用現代遠程監控技術。例如，文獻[2]基于嵌入式Linux平臺對無線遠程數據采集系統軟件進行了設計，用于獲取各種現場測量數據。文獻[3]設計了一種基于ARMLPC1788的多路電量采集與處理系統，以LPC2210微型處理器為基礎，實現電壓信號的數據采集、串口發送、存儲和A/D轉換。

但在實際應用程序中，往往伴隨著大量數據遠程獲取和傳輸[4-5]。本文提出了一種基于LPC2210的遠程數據采集終端設計，目的是為了解決目前遠程數據采集系統普遍存在的數據傳輸效率較低問題，通過GSM網絡提供的GPRS服務，在管道網絡中進行無線傳輸，并發送數據遠程監控中心。

1? 系統設計

1.1? 系統硬件設計

數據采集系統總體結構由LPC2210模塊、實時時鐘模塊、數據采集模塊、E2PROM存儲模塊和GPRS通信模塊組成（見圖1）。由監測中心和多個數據收集終端組成的數據收集終端都可以收集各項工程應用參數，實現實時數據采集，并及時將這些數據將通過無線網絡連接到遠程監控中心。有監控中心對這些數據進行計算、保存等處理，并可以對錯誤數據發出緊急報警信號[6]。圖1中，主要模塊是LPC2210微型處理器、內存模塊和系統1 h電路、電源電路和系統的排放。LPC2220單片機是基于32位arm7tmi - s CPU，具有實時仿真和嵌入式跟蹤支持，它有不同的32位定時器，8通道10位ADC，PWM通道和多達9個外部中斷引腳，特別適用于工業控制。

此外，監測中心可以傳輸控制參數或管理指令。根據總線配置，LPC2220最多可以提供76 GPIO。它具有廣泛的串行通信接口，也較適合通信網關、協議轉換器和嵌入式軟調制解調器以及許多其他通用應用程序。LPC2210的微控制器可以使用外部晶體或外部時鐘源[7]，ARM7系列微處理器具有普及率高、性價比高、功能豐富、應用范圍廣等優點。此前51系列微控制器占據了工業數據采集領域，而在高要求的情況下，可以由ARM7系列代替。但是目前最流行的arm7tmi-s單片機并沒有MMU功能。禁止將Linux，WinCE，Vxworks等復雜嵌入式實時操作系統遷移到arm7tmi-s，限制了數據采集和顯示能力。但數據采集平臺的主要功能是實時采集不同的信號，并將數據傳輸給監控計算機，因此影響有限。

主模塊LPC2210的復位電路見圖2。系統使用了11.0592兆瓦的交流發電機，以支持微控制器LPC2210。控制器的輸入/輸出接口為3.3 V。

1.2? 系統軟件設計

由于數據收集終端的主要模塊是嵌入的提供實時操作系統的微處理器LPC2210，數據采集系統的軟件以Uc/OS-II操作系統為基礎。Uc/OS-II內核精簡，性能穩定，能實現實時系統需求，穩定可靠。數據收集終端必須能夠實時收集數據，顯示數據和并實現數據傳輸，以及對異常數據發出報警信號。

作為該系統的多項任務，必須特別注意分配任務，每一階段的任務都必須得到保證。在主動通信模式中的每個通信設備是自供電的，并產生自己的振蕩磁場作為可以調制數據的媒介。通信設備先后打開和關閉它們磁場以半雙工方式傳輸和傳輸接收。在被動通信模式中，兩者之間通信設備不會產生自己的磁性領域甚至可能不是自供電的。有源設備產生磁場時不會將其關閉接收數據，就如同在主動通信模式下工作。

1.3? 數據采集設計

無線采集終端具有網關功能和流量計算功能，負責將數據存儲至全局數據區，能夠采集8路開入、2路4～20 mA輸入，同時接收遙控數據，動作輸出繼電器。

1.3.1流量計算功能

無線采集終端可以用于渦輪、渦街、電磁等類型流量計通過4～20 mA變送輸入的流量計算，具有2路4～20 mA信號輸入。其中，體積流量公式為

1.3.2? 網關功能

無線采集終端具有網關功能，通過配置工具，可以實現對DLT645，Modbus和威勝智能電表協議這三種協議數據采集功能的詳細配置。數據采集流程如圖3所示。

2? 系統測試

為了對本文提出的系統進行驗證，采集節點地址采用8位編碼，在某工程現場每隔幾十米均勻設置一個數據采集節點，一個系統就可以容納256個采集節點，使用一個控制中心進行控制。同時每個采集節點又包括8個測點，由模擬開關選通。

按照上面所設置的幀格式，不計其他時間消耗，系統工作在9600bps，整個系統可以對工程現場的2048個點進行采集。一個單點采集幀所需的傳輸時間為

實驗表明，系統在1 s內，能實現對一個采集節點的8個測點應變數據的采集和傳送。在2.5 s內能實現對3個采集節點的24個測點應變數據的采集和傳送。實驗證明了本文系統能夠實現高效的遠程數據采集和傳輸。

3? 結束語

GPRS為現有數據采集系統提供一種便捷的無線數據傳輸方式，易實現網絡化管理。本文針對目前遠程數據采集系統普遍存在的數據傳輸效率較低問題，提出了一種基于嵌入式技術和GPRS的遠程數據采集終端設計。該系統以LPC2210微型處理器為基礎，通過GSM網絡提供的GPRS服務，在管道網絡中進行無線傳輸，并發送數據遠程監控中心。本文提出的系統還有待于進一步完善。

參考文獻：

[1] RAHULKRISHNA P K， ESHWARI R，HARSHA N J S，et al. Design and development of remote load monitoring suitable for non-residential loads through wireless data transmission[C]// Distributed Computing，Vlsi，Electrical Circuits and Robotics. IEEE，2017：35-40.

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[3] 齊亞萍，李亞，雷升杰. 基于ARM的遠程數據采集系統設計[J]. 自動化與儀表，2015，30（3）：57-60.

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[7] 曾實現，薛蕊，陳江波. 基于物聯網RFID技術的導引系統設計與研究[J]. 現代電子技術，2017，40（19）：22-24.