1 引言

　　隨著數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用,，稱重數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也趨于高精度,、高速度,、穩(wěn)定可靠和集成化方向發(fā)展,。目前,，大多數(shù)稱重系統(tǒng)都是獨立的，只能用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和存儲,，這對使用儀表較多的企業(yè)不利于集中化管理,。因此，迫切需要網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控,。這里提出了一種基于GPRS的遠(yuǎn)程稱重數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),，該系統(tǒng)利用稱重儀表嵌入的GPRS通信模塊，將儀表采集的重量數(shù)據(jù)通過無線方式接入Interact,，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,。該系統(tǒng)非常適用于工礦企業(yè)稱重設(shè)備的集中化管理和維護。

　　2 系統(tǒng)整體方案

　　通用無線分組業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service,，簡稱GPRS)是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù),，可為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。其理論帶寬可達(dá)1712 Kbit,，實際應(yīng)用帶寬約40～100 Kbit,，信道可以提供TCP／IP連接，用于Interact連接和數(shù)據(jù)傳輸,。GPRS永遠(yuǎn)在線,，按流量計費,，可提供一種高效,、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的,、突發(fā)性,、頻繁的、點多分散,、中小流量的數(shù)據(jù)傳輸,。通過中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將現(xiàn)場儀表(采集單元)的數(shù)據(jù)實時傳遞到監(jiān)控中心，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)控和分布式管理,。
GPRS無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l所示,，帶GPRS功能的稱重儀表將數(shù)據(jù)整理，經(jīng)協(xié)議封裝后,，通過RS232串口發(fā)送到嵌入式GPRS模塊,，GPRS模塊對數(shù)據(jù)TCP／IP打包,，再將數(shù)據(jù)發(fā)送到中國移動的GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，再通過GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至Interact,，監(jiān)控中心計算機還原數(shù)據(jù)包所需的數(shù)據(jù)結(jié)果,，實現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)和監(jiān)控中心系統(tǒng)的實時在線連接。

　　在GPRS無線通訊中,，作為用戶數(shù)據(jù)傳輸目的地的數(shù)據(jù)中心計算機在Intemet需要使用固定IP,，由于國內(nèi)固定IP數(shù)量有限，所以多數(shù)使用動態(tài)域名作為數(shù)據(jù)中心計算機的IP地址,。對于動態(tài)域名,，需要通過域名服務(wù)器將動態(tài)域名解析成數(shù)據(jù)中心計算機的IP地址。因此,，如果沒有固定IP地址,，則必須用動態(tài)域名解析計算機IP地址的方法來實現(xiàn)。

　　3 硬件電路設(shè)計

　　圖2為系統(tǒng)設(shè)計的硬件電路結(jié)構(gòu)圖,。將GPRS模塊(帶有SIM卡)固定在儀表內(nèi),，并與單片機相連，單片機使用AT命令通過RS232接口與GPRS模塊通信,。其工作原理：通過RS232接口接收單片機串口數(shù)據(jù),，然后將數(shù)據(jù)打包成IP包，由GPRS模塊接入GPRS網(wǎng)絡(luò),，由各種網(wǎng)關(guān)和路由將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)管理中心,。

　　3．1 微處理器

　　3．2 外部信號采集和看門狗電路

　　由于稱重儀表需具有高精度，這里采用外接A/D轉(zhuǎn)換器采集電路,，選用CS5532器件,。該器件是一款具有極低噪音、多通道型A/D轉(zhuǎn)換器,。CS5532采用電荷平衡技術(shù)和極低噪聲的可編程增益斬波穩(wěn)定測量放大器,，可得到高達(dá)24位分辨率的輸出結(jié)果，精度高,，動態(tài)特性寬,，是其他同類A/D轉(zhuǎn)換器所無法比擬的。外部信號采集電路如圖3所示,。

　　為了提高儀表的抗干擾能力,，增強儀表的穩(wěn)定性，采用外部看門狗復(fù)位電路,，故選用FN33256,，該器件具有電源及看門狗低有效復(fù)位輸出；可編程低電壓復(fù)位門限,；手動復(fù)位輸入,；可編程看門狗計數(shù)器,；256 K字節(jié)的非易失性存儲器用于存儲儀表參數(shù)；電池供電,?？撮T狗復(fù)位電路如圖4所示。

　　3．3 GPRS無線模塊

　　GPRS無線模塊選用SIEMENS公司的MC55,，該器件主要特點：尺寸緊湊(35 mmx32．5 mmx2．95 mm),，僅重5．5 g；雙三頻工作模式：900 MHz,，1 800 MHz和1 900 MHz(MC55),；850MHz，l 800 MHz和1 900 MHz(MC56),；語音和數(shù)據(jù)傳輸功能,；GPRS標(biāo)準(zhǔn)．支持PBCCH；勾嵌TCP／IP協(xié)議棧,。該模塊性能穩(wěn)定,、可靠、操作方便,，其電路如圖5所示,。

　　整個系統(tǒng)首先必須讓MC55上電，上電是由MC55的IGT引腳電平控制．其輸出電平由軟件設(shè)置,。IGT引腳接單片機的P1．0口,，EMERGOFF引腳PO．0。需要注意的是：單片機上電引腳輸出高電平,，MC55的EMERGOFF引腳被拉低,，導(dǎo)致無法上電，所以上電后需設(shè)置P0．0引腳輸出低電平,。

　　為了接通MC55,，IGT引腳信號保持低電平至少100 ms，且比VDD引腳的下降沿延遲至少10 ms如圖6,。這樣開漏驅(qū)動可避免電流流人該引腳,。如果配置固定波特率,，MC55發(fā)送SYNC以指示模塊上電完畢,。而當(dāng)配置在自動波特率時，則無該指示,。MC55上電步驟如下：IGT引腳當(dāng)UBATT+超過3 V時才操作,；IGT引腳要比VDD的下降沿至少延遲10 ms后才開始操作；URATT+超過3 V并保持10 ms后,，IGT變?yōu)榈碗娖?，且下降沿的持續(xù)時間不能超過l ms,；啟動模塊還需額外100 ms；確保驅(qū)動IGT時UBATT+不低于3 V,；如果VDDLP引腳是外部電源供電,，IGT引腳在UBATT+的上升沿之前已是HiZ。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　4．1 RTX51及部分程序

　　當(dāng)處理,、調(diào)度多個任務(wù),，選用嵌入式實時操作系統(tǒng)是最佳方案。因此該系統(tǒng)采用RTX51 Tiny操作系統(tǒng),。它是一種小型多任務(wù)實時操作系統(tǒng)(RTOS),，運行速度快，對硬件的要求不高,，使用方便靈活,。該操作系統(tǒng)最多可支持16個任務(wù)，完全可以在沒有外部存儲器的8051系統(tǒng)中運行,。

　　RTX51 Tiny的程序采用標(biāo)準(zhǔn)的C語言構(gòu)造,，由Keil C51編譯器編譯。用戶可以容易定義任務(wù)函數(shù),，而無需配置復(fù)雜的棧和變量結(jié)構(gòu),，只需配置一個包含指定的頭文件即可。部分程序代碼如下所示：

　　4．2 終端軟件實現(xiàn)

　　系統(tǒng)上電后首先初始化單片機,，設(shè)置串行口的波特率和定時器,；然后初始化CS5532、FM33256看門狗等外部器件,；接著執(zhí)行MC55上電,，然后初始化MC55。系統(tǒng)程序流程如圖7所示,。

　　該系統(tǒng)的主要任務(wù)為采集傳感器的信號,，完成稱重任務(wù)。A／D采集信號采用中斷方式,，數(shù)據(jù)采集完成后產(chǎn)生中斷,，然后啟動重量計算任務(wù)。串口0與MC55相連,，通過AT命令與MC55通訊,，使之附著在GPRS網(wǎng)上，檢查諸如SIM卡情況,，GPRS網(wǎng)絡(luò)信號強度,，獲得網(wǎng)絡(luò)運營商動態(tài)分配給GPRS終端的IP地址，并與控制中心或服務(wù)中心建立連接,。

　　主程序采用中斷加輪詢方式,，采用中斷觸發(fā)方式接收被控設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù),，并設(shè)置接收緩存區(qū)來暫存數(shù)據(jù)。當(dāng)中斷觸發(fā)接收完數(shù)據(jù)后,，啟動數(shù)據(jù)處理任務(wù),。根據(jù)接收的命令回復(fù)服務(wù)器，其命令形式主要分為讀數(shù)據(jù)命令和儀表維護命令,。

　　5 試驗數(shù)據(jù)

　　表1是稱重儀表在有無GPRS通訊情況下的幾組試驗記錄,。該試驗用于檢測在儀表的標(biāo)定和調(diào)零過程中，GPRS通訊是否影響設(shè)備精度,，從試驗數(shù)據(jù)分析,，該系統(tǒng)能正常運行。經(jīng)過大量的試驗,，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,，遠(yuǎn)程無線傳輸速度快且具有極低的誤碼率，數(shù)據(jù)訪問延遲時間一般情況約為6 s,。由于采取了外部電源監(jiān)視和看門狗電路,，系統(tǒng)能夠有效地抗擊外部干擾信號。

　　6 結(jié)語

　　該系統(tǒng)是以C8051F單片機為核心,，采用高精度A／D轉(zhuǎn)換器和外部看門狗電路,，通過控制MC55實現(xiàn)GPRS業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸功能，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性,、可靠性,。該系統(tǒng)設(shè)計適用于工礦企業(yè)稱重設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，具有很好的應(yīng)用前景,。 

　　微處理器是系統(tǒng)設(shè)計的核心,，其性能的好壞直接決定稱重系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性和可靠性,。根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計對精度和實時性的要求,，故選用C805lF02l型單片機。它具有64KB的片內(nèi)Flash和4 KB的片內(nèi)RAM,，考慮到存儲的數(shù)據(jù)量需擴展一個外部存儲器,。該器件還具有32個數(shù)字I／O接口，12位分辨率的A／D轉(zhuǎn)換器,，3個16位的計數(shù)器／定時器,，兩個全雙工的UART接口，串口0與GPRS模塊的連接實現(xiàn)通訊,，串口1與RS485連接,，實現(xiàn)與其他串行控制終端的通訊，從而增強稱重儀表功能,。