引言
進入21 世紀,，信息的地位日益重要，對信息的獲取和處理能力成為現(xiàn)代信息處理中的關(guān)鍵問題,。在人類社會信息化的過程中,，借助各種通信手段是實現(xiàn)信息交流的主要方式,。各種需求使得移動通信（尋呼、GSM／GPRS,、CDMA）和Internet 迅速發(fā)展起來,。當信息化達到一定程度后，遇到一個迫切的問題是：如何將眾多分散的生產(chǎn)單元,、信息單元納入統(tǒng)一信息化進程,，比如大型油田的油井控制、大型煤礦的礦井控制,、水文監(jiān)測點的控制等,。
傳統(tǒng)的無線監(jiān)控系統(tǒng)多采用電臺。但電臺的抗干擾性差,、保密性差,，不適合在城市使用。能利用無線移動網(wǎng)絡的無線監(jiān)控系統(tǒng)勢必具有無可比擬的優(yōu)勢,。目前,，移動無線傳輸數(shù)據(jù)的方式主要有3 種：GSM 短消息、GPRS 和CDMA,。
GSM 網(wǎng)絡用短消息來傳輸數(shù)據(jù),，由于短消息傳輸用的是信令信道，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式,，其缺點是數(shù)據(jù)傳輸速率低,、具有延遲性且時間不定。GPRS 采用分組交換技術(shù),，按流量計費,，能高效的傳輸數(shù)據(jù)和信令；GPRS 理論傳輸速率可達171.2 kb/s,，實際傳輸速率大約在40 kb/s,。CDMA 1X 網(wǎng)絡提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務，CDMA 1X 理論傳輸速率可達300 kb/s,，目前的實際傳輸速率大約為100 kb/s,，可以用于Internet 連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?。CDMA 1X 無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡以其覆蓋范圍廣,、費用低、技術(shù)完善,、安全可靠性高等優(yōu)點,，當之無愧地成為上述業(yè)務信息化中的重要資源,。
本文將分別介紹遠程監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)組成以及基于MG815+無線模塊和ARM LPC2210 微控制器的遠程終端。
重點是遠程終端硬件和軟件的設(shè)計與實現(xiàn),。
1 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)利用CDMA 1X 移動通信網(wǎng)絡完成數(shù)據(jù)的無線傳輸,，免去了現(xiàn)場組網(wǎng)的初期建設(shè)費用以及日后的網(wǎng)絡維護費用。通過遠程終端,，將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)以IP 包的形式發(fā)送到監(jiān)控中心,，在監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)處理、存儲,，并提供相應的查詢,、統(tǒng)計及報表功能。監(jiān)控中心也可以通過向遠程終端發(fā)送IP 包,，設(shè)定監(jiān)控終端配置信息或控制命令,，獲取遠程終端的實時數(shù)據(jù)。
本系統(tǒng)的突出特點是“按流量計費”,，CDMA 1X 網(wǎng)絡支持用戶的“一直在線”工作方式,，在終端空閑時間采用休眠狀態(tài)，若需要傳送數(shù)據(jù),，則將終端喚醒開始工作,，這大大節(jié)省了費用；另外由于CDMA 采用了偽隨機序列 PN 進行擴頻／解擴的擴頻通信技術(shù),，具有天然的保密性,，其信息在空中信道上被截獲的概率幾乎為零，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?；另外由于移動通信網(wǎng)絡較全面的覆蓋范圍,，使系統(tǒng)的組網(wǎng)非常靈活，能夠滿足復雜,、易變的條件,。
系統(tǒng)組成包括遠程終端設(shè)備、CDMA 網(wǎng)絡和監(jiān)控中心,，原理框圖如圖1所示,。
圖1 系統(tǒng)原理
2 遠程監(jiān)控終端硬件設(shè)計
遠程監(jiān)控終端硬件結(jié)構(gòu)原理如圖2 所示。圖2 主要由嵌入式微控制器LPC2210,，采集單元,，顯示單元，存儲單元,，通信模塊和電源單元構(gòu)成,。
圖2 遠程終端硬件結(jié)構(gòu)
2.1 CDMA 模塊
CDMA模塊采用中興公司的MG815+模塊，MG815+ 是基于高通公司的6025 平臺的工業(yè)級CDMA 模塊,，支持語音,、數(shù)據(jù)、短信等功能,?？捎迷诨贑DMA 技術(shù)的車船載、無線終端,、數(shù)據(jù)卡,、數(shù)據(jù)傳輸、實時監(jiān)控,、實時圖像等領(lǐng)域,。該模塊集射頻電路和基帶于一體，具有高通信質(zhì)量,、高效頻譜利用率,、高抗干擾、高保密性,、低輻射等特點,，并且向用戶提供標準的AT 指令接口，因此用戶可以很方便的通過ARM嵌入式處理器的串口與MG815+模塊連接,，并直接使用AT 指令就可方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸以及模塊的設(shè)置,。MG815+模塊通過一個40PIN，一個10 PIN 連接器提供外部連接,。2.2 主控芯片
主控芯片采用飛利浦公司的 LPC2210,，這是一片支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16／32 位ARM 7TDMI－S CPU的微控制器。工作電壓為3.3 V,，內(nèi)核工作電壓僅為1.8 V,；內(nèi)置PLL 鎖相環(huán)可以設(shè)置CPU 工作頻率達60 MHz；雙UART口,，提供數(shù)據(jù)的異步串行發(fā)送和接收,；由于LPC 22l0 的144腳封裝、極低的功耗,、多個32 位定時器,、8 路10 位ADC、PWM 輸出以及多達9 個外部中斷,，使它們特別適用于工業(yè)控制,、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和POS 機,；通過配置總線LPC 2210最多可提供76 個GP10,；可以外擴SRAM 和Flash，很方便移植嵌入式μC/OS-II 操作系統(tǒng),。
本系統(tǒng)中,，上電復位后首先要對 LPC 2210 的工作頻率和串口進行設(shè)置,，然后通過AT 指令初始化MG 815+無線模塊，使之附著在CDMA 網(wǎng)絡上,，通過撥號過程建立PPP 連接,，獲得網(wǎng)絡運營商ISP 動態(tài)分配給無線模塊的IP 地址，并與服務器固定IP 之間建立Socket 鏈接,。一旦該鏈接成功,，就可以進行數(shù)據(jù)的傳輸了。
3 遠程終端軟件設(shè)計
首先在LPC 2210 中移植嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II,，通過它提供的應用接口函數(shù),。可以使人們不去關(guān)心硬件的一些工作細節(jié),，也使應用程序的開發(fā)在一個友好的平臺上進行,，從而能更有效地組織作業(yè)及其工作，提高了應用程序的開發(fā)效率,，也使系統(tǒng)高效地運行,；μC/OS-II 下的軟件設(shè)計以及與硬件的關(guān)系示意圖如圖3所示。
圖3 軟件設(shè)計與硬件關(guān)系
3.1 程序設(shè)計
主程序主要包括：操作系統(tǒng)初始化,、建立兩個任務,、開始多任務，第一個任務是數(shù)據(jù)的發(fā)送,，第二個任務是數(shù)據(jù)的接收和處理,，并且設(shè)定第一個任務的優(yōu)先級高于第二個任務，但第一個任務運行就掛起,，讓第二個任務運行,，用定時器控制什么時候發(fā)送，這個時候才運行發(fā)送任務,。6025 模塊內(nèi)置TCP/IP 協(xié)議棧,，用戶只需按照MG815+ 模塊AT 指令說明書中數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的AT 指令建立同CDMA 網(wǎng)絡的連接，獲得網(wǎng)絡運營商ISP 動態(tài)分配給無線模塊的IP 地址,，并與服務器固定IP 之間建立Socket 鏈接,。鏈接成功后，就可以進行數(shù)據(jù)的發(fā)送,、接收和處理了,。主程序、發(fā)送數(shù)據(jù)程序和數(shù)據(jù)接收,、處理程序的流程圖如圖4 所示,。
圖4 程序流程圖
4 監(jiān)控中心設(shè)計
監(jiān)控中心配置一臺高性能微機，同時申請一個真實IP地址。監(jiān)控中心從ISP 運營商申請專線接入,，監(jiān)控中心分配有真實IP,，遠程終端將現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息采集并以IP 包的形式直接發(fā)給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心將遠程終端傳來的IP包處理后,，獲得相應數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫,。數(shù)據(jù)庫主要負責存儲、管理并維護發(fā)送來的數(shù)據(jù),，提供對數(shù)據(jù)的查詢、添加,、刪除等多項服務,，并在必要時可將數(shù)據(jù)進行報表打印。
5 結(jié)語
本系統(tǒng)用ADS1.2 開發(fā)環(huán)境進行監(jiān)控終端程序的設(shè)計和調(diào)試,，通過串口控制MG815+模塊,，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控數(shù)據(jù)的計算機通信，經(jīng)多次現(xiàn)場測試表明,，本系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠,，效果良好?？梢杂糜谟写罅繑?shù)據(jù)傳輸而有線傳輸又不能滿足需求的場合,，如油井監(jiān)測、水文監(jiān)測,，等等,。由于LPC2210 硬件可擴展資源豐富，且遠程終端軟件基于嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II 之上,，本設(shè)計具有很大的靈活性,，能夠快速適應各種具體場合。