遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信及其應(yīng)用

1、并行與串行通信 計算機(jī)與外設(shè)或計算機(jī)之間的通信通常有兩種方式：并行 通信和串行通信。 并行通信指數(shù)據(jù)的各位同時傳送。并行方式傳輸數(shù)據(jù)速度 快，但占用的通信線多，傳輸數(shù)據(jù)的可靠性隨距離的增加 而下降，只適用于近距離的數(shù)據(jù)傳送。 串行通信是指在單根數(shù)據(jù)線上將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳送。 發(fā)送過程中，每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)，再發(fā)送第二個，依此類 推。接受數(shù)據(jù)時，每次從單根數(shù)據(jù)線上一位一位地依次接 受，再把它們拼成一個完整的數(shù)據(jù)。在遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信中， 一般采用串行通信方式，它具有占用通信線少、成本低等 優(yōu)點(diǎn)。 常用并行總線 單片機(jī)的三總線（8080總線、6800總線） ISA插槽是基于ISA總線（Industr

2、ial Standard Architecture，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線） 的擴(kuò)展插槽，其工作頻率為8MHz左右，為 16位插槽，最大傳輸率16MB/sec PCI (Peripheral Component Interconnect) 傳輸帶寬達(dá)到133MB/s(33MHz * 32bit/s)， 或者266MB/s(66MHz * 32bit/s). PATA 硬盤并口接口規(guī)范 串行替代并行 早期微控制器系統(tǒng)由于主頻不高，所以，在需要 高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，通常使用并行方式，在主 頻一定的情況下，通過位寬的擴(kuò)展提高總的數(shù)據(jù) 傳輸率。 并行總線位寬的增加就以為著連接線的增加，在 多個設(shè)備連接時PC

3、B的設(shè)計將是巨大的挑戰(zhàn)，所 以很難擴(kuò)展過多的設(shè)備。而且太多的布線互相之 間的干擾也制約著頻率的提高。 串行總線在全面替代并行總線 串行替代并行 PATA硬盤并口接口規(guī)范SATA串行高級技術(shù)附件 PCIPCIE USB：英文Universal Serial BUS(通用串行總線)的 縮寫 IEEE1394 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信及其應(yīng)用 一、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信一、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信分有線和無線兩種。 有線方式主要有：RS232、RS485、RS422、電流 環(huán)、CANBUS或其他數(shù)據(jù)總線、TCPIP網(wǎng)絡(luò)通信，電 力載波； 無線方式主要有：專用數(shù)傳電臺、開放頻段遙控模 塊和數(shù)傳模塊、公用GSM或CDMA網(wǎng)

4、絡(luò)。 異步串口 目前 RS-232 是 PC 機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串 行接口。 RS-232 被定義為一種在低速率串行通信中增加 通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。 RS-232 采取不平衡傳輸方式，即 所謂單端通信。典型的 RS-232 信號在正負(fù)電平之間擺動， 在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在 +5 +15V ， 負(fù)電平在 -5 -15V 電平。當(dāng)無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為 TTL 電平，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從 TTL 電平到 RS-232 電平再返回 TTL 電平。接收器典型的工作電平在 +3 +12V 與 -3 -12V 。 RS-232 是為點(diǎn) 對點(diǎn)（即只 用一對收、發(fā)設(shè)備 ）

5、通信而設(shè)計的，其驅(qū)動器負(fù)載為 3 7k 。由于 RS-232 發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2V 至 3 V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線 上的分布電容，其傳送距離最大為約 30 米，最高速率為 20kb/s 。 異步串口 RS-422 由 RS-232 發(fā)展而來。為改進(jìn) RS-232 通信距離短、速度低 的缺點(diǎn)， RS-422 定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到 10Mbit/s, 并允許在一條平衡總線上連接最多 10 個接收器。 RS-422 是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范。RS-422 的最大 傳輸距離為 4000 英尺（約 1200 米），最大傳輸速率為 1

6、0Mb/s 。 其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比 ，在 100kb/s 速率以下，才可 能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。 一般 100 米長的雙絞線上 所能獲得的最大傳輸速率僅為 1Mb/s 。 為擴(kuò)展應(yīng)用范圍， EIA 在 RS-422 的基礎(chǔ)上制定了 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)，增 加了多點(diǎn)、雙向通信能力，通常在要求通信距離為幾十米至上千米時， 廣泛采用 RS-485 收發(fā)器。RS-485 收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收， 即在發(fā)送端，驅(qū)動器將 TTL 電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號輸出；在接收端， 接 收器將差分信號變成 TTL 電平，因此具有抑制共模干擾的能力， 加上接收器

7、具有高的靈敏度，能檢測低達(dá) 200mV 的電壓，故數(shù)據(jù)傳 輸可達(dá)千米以外。 性能比較 電流環(huán)通信 電流環(huán)是一種非正式的串行通信標(biāo)準(zhǔn)。 它以電流流過通信環(huán)路表示數(shù)據(jù)信號的傳遞 (邏輯1)，無電流為空號(邏輯0)，在接收端 由光電耦合器件將電流還原為處理器可以 讀的電平信號。 由于電流環(huán)方式是通過環(huán)路中電流的有無來 表示邏輯值“1”和“0”，而不是用電平的高 低表示邏輯值，加上在收發(fā)二端采用光電 隔離技術(shù)，因此與電平方式相比，具有明 顯的優(yōu)點(diǎn)：信號不易衰減、抗干擾能力強(qiáng)、 傳輸速率高、傳輸距離最大可達(dá)幾千米。 A、CAN為多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時刻主動 地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，

8、不分主從。 B、最高傳輸速率可達(dá)1MBPS（此時通信距離40M） C、最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)10KM（速率5KBPS） D、CAN節(jié)點(diǎn)最多可達(dá)110個。 E、CAN上節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，優(yōu) 先級最高的數(shù)據(jù)最多可在134uS內(nèi)得到傳輸。 F、CAN采用非破壞總線仲裁技術(shù)。當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送信息 出現(xiàn)沖突時，優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)主動退出，而最高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)可 不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。 G、CAN上節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使 總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。 H、CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖。 I、CAN的缺點(diǎn)成本較高，一片CAN控制芯片如：SJA100

9、0 約20 元。 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)場總線的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn) (1) 全數(shù)字化通信 (2) 開放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) (3) 互可操作性與互用性 (4) 現(xiàn)場設(shè)備的智能化 (5) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 (6) 對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 網(wǎng)絡(luò)通信 l利用電話線、同軸電纜、網(wǎng)線以及光纖等 介質(zhì)實現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信 lTCP/IP協(xié)議目前覆蓋最廣、使用人數(shù)最多、 接入設(shè)備最多、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化最好、應(yīng)用層 開放 l網(wǎng)絡(luò)通信必須使用協(xié)議棧，實現(xiàn)從物理層 到應(yīng)用層之前的協(xié)議 TCP/IP 協(xié)議 實現(xiàn)了五層協(xié)議。 （1）物理層：對應(yīng) OSI 的物理層。 （2）網(wǎng)絡(luò)接口層：類似于 OSI的數(shù)據(jù)鏈路 層。

10、（3）Internet 層：OSI 模型在 Internet 網(wǎng) 使用前提出，未考慮網(wǎng)間連接。 （4）傳輸層：對應(yīng) OSI 的傳輸層。 （5）應(yīng)用層：對應(yīng) OSI 的表示層和應(yīng)用層。 TCPIP協(xié)議棧 uIP是專門為8位和16位控制器設(shè)計的一個非常小的 TCP/IP棧。完全用C編寫，因此可移植到各種不同的結(jié)構(gòu) 和操作系統(tǒng)上，一個編譯過的?？梢栽趲譑BROM或幾百 字節(jié)RAM中運(yùn)行。uIP中還包括一個HTTP服務(wù)器作為服 務(wù)內(nèi)容。 LwIP是瑞士計算機(jī)科學(xué)院開發(fā)的一套用于嵌入式系統(tǒng)的開 放源代碼TCP/IP協(xié)議棧。LwIP的含義是Light Weight(輕 型)IP協(xié)議，相對于uip。LwIP

11、可以移植到操作系統(tǒng)上，也 可以在無操作系統(tǒng)的情況下獨(dú)立運(yùn)行。LwIP TCP/IP實現(xiàn) 的重點(diǎn)是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對RAM的 占用，一般它只需要幾十K的RAM和40K左右的ROM就可 以運(yùn)行，這使LwIP協(xié)議棧適合在低端嵌入式系統(tǒng)中使用。 LwIP的特性如下：支持多網(wǎng)絡(luò)接口下的IP轉(zhuǎn)發(fā)，支持 ICMP協(xié)議，包括實驗性擴(kuò)展的的UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié) 議），包括阻塞控制，RTT估算和快速恢復(fù)和快速轉(zhuǎn)發(fā)的 TCP（傳輸控制協(xié)議），提供專門的內(nèi)部回調(diào)接口（Raw API）用于提高應(yīng)用程序性能，并提供了可選擇的 Berkeley接口API。 TCPIP協(xié)議棧 uC/IP是由Guy Lan

12、caster編寫的一套基于uC/OS且開放源 碼的TCP/IP協(xié)議棧，亦可移植到其它操作系統(tǒng)，是一套完 全免費(fèi)的、可供研究的TCP/IP協(xié)議棧，uC/IP大部分源碼 是從公開源碼BSD發(fā)布站點(diǎn)和KA9Q（一個基于DOS單任 務(wù)環(huán)境運(yùn)行的TCP/IP協(xié)議棧）移植過來。uC/IP具有如下 一些特點(diǎn)：帶身份驗證和報頭壓縮支持的PPP協(xié)議，優(yōu)化 的單一請求/回復(fù)交互過程，支持IP/TCP/UDP協(xié)議，可實 現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能較為強(qiáng)大，并可裁減。 UCIP協(xié)議棧被設(shè)計為一個帶最小化用戶接口及可應(yīng)用串 行鏈路網(wǎng)絡(luò)模塊。根據(jù)采用CPU、編譯器和系統(tǒng)所需實現(xiàn) 協(xié)議的多少，協(xié)議棧需要的代碼容量空間在30-60KB之間

13、。 BSD棧歷史上是其他商業(yè)棧的起點(diǎn)，大多數(shù)專業(yè)TCP/IP 棧（VxWorks內(nèi)嵌的TCP/IP棧）是BSD棧派生的。這是因 為BSD棧在BSD許可協(xié)議下提供了這些專業(yè)棧的雛形， BSD許用證允許BSD棧以修改或未修改的形式結(jié)合這些專 業(yè)棧的代碼而無須向創(chuàng)建者付版稅。同時， BSD也是許 多TCP/IP協(xié)議中的創(chuàng)新（如廣域網(wǎng)中餓擁塞控制和避免） 的開始點(diǎn)。 電力線載波通信 PLC（Powerline Communications)是以電力網(wǎng)為通信信道， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換。與其它通信方式相比，可大大節(jié)省通 信網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用。擴(kuò)頻通信是信息時代的三大高技術(shù)通信手段之一， 具有窄帶通信所不具備的

14、優(yōu)良性能，如抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低等 優(yōu)點(diǎn)，目前載波通信的缺點(diǎn)是跨越電力變壓器比較困難。PLC通 信頻段為： 3KHz-9KHz - 電力公司專用頻段 9KHz-95KHz - 電力公司和經(jīng)電力公司許可的用戶使用的頻段 95KHz-148.5KHz - 其它用戶使用的頻段 載波通信的傳輸速率是自動抄表系統(tǒng)的一項重要技術(shù)指標(biāo)， 也是載波通信技術(shù)水平的一項重要標(biāo)志。通信速率（波特率）和 誤碼率是一對矛盾，波特率越高，誤碼率就越高，通信成功率就 越低。因此波特率的設(shè)計至關(guān)重要，實用速率為幾KB。 電力貓 專用數(shù)傳電臺 利用無線數(shù)傳電臺進(jìn)行通信是目前常用的無線通 信方式。無線電臺常采用頻率:315MHz

15、、433MHz、 826MHz進(jìn)行通信，通信速率一般為1.2K19.2Kbps， 電臺天線架在離地面約30米以上時通信可覆蓋可傳輸 20-50公里范圍，否則需通信中繼，這種通信方式受周 圍環(huán)境建筑的影響極大。數(shù)傳電臺又分模擬電臺和數(shù) 字電臺。系統(tǒng)造價較高，日常維護(hù)工作量較大。 無線遙控可以分為兩種類型：紅外遙控和無線電 遙控。 紅外遙控器（IR Remote Control）是利用波長為 0.761.5m之間的近紅外線來傳送控制信號的 遙控設(shè)備。 無線遙控是無線電遙控（RF Remote Control）， 它是利用無線電信號對遠(yuǎn)方的各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制 的遙控設(shè)備。這些信號被遠(yuǎn)方的接收設(shè)備接收后

16、， 可以指令或驅(qū)動其它各種相應(yīng)的機(jī)械或者電子設(shè) 備，去完成各種操作，如閉合電路、移動手柄、 開動電機(jī)，之后再由這些機(jī)械進(jìn)行需要的操作。 無線電遙控常用的載波頻率為315mHz或者 433mHz，遙控器使用的是國家規(guī)定的開放頻段， 在這一頻段內(nèi)，發(fā)射功率小于10mW、覆蓋范圍 小于100m。 無線電遙控器與紅外遙控器的區(qū)別：紅外遙控和 無線遙控是對不同的載波來說的，紅外遙控器是 用紅外線來傳送控制信號的，它的特點(diǎn)是有方向 性、不能有阻擋、距離一般不超過7米、不受電磁 干擾，電視機(jī)遙控器就是紅外遙控器；無線電遙 控器是用無線電波來傳送控制信號的，它的特點(diǎn) 是無方向性、可以不“面對面”控制、距離遠(yuǎn)

17、（可達(dá)數(shù)十米，甚至數(shù)公里）、容易受電磁干擾。 無線數(shù)傳模塊 nRF24.L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于 2.4 GHz2.5 GHz ISM頻段。其中輸出功率和通 信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低, 在以-6 dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9 mA; 接收時，工作電流只有12.3 mA，多種低功率工 作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計更方便 CC2500工作頻率可達(dá)2.4GHz。在空曠傳 輸距離大于50米。自帶PCB天線，無需再 配天線！低電流損耗，發(fā)射電流11mA到 21mA軟件可調(diào)，接收電流15mA.休眠電流 小于20uA.帶無線喚醒（WOR）功能,可以

18、通過無線方式喚醒您的單片機(jī)！ CC1101是一款低于1GHz高性能射頻收發(fā)器，設(shè) 計旨在用于極低功耗RF應(yīng)用。其主要針對工業(yè)、 科研和醫(yī)療(ISM)以及短距離無線通信設(shè)備(SRD)。 CC1101可提供對數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)傳 輸、接收信號強(qiáng)度指示(RSSI)、空閑信道評估 (CCA)、鏈路質(zhì)量指示以及無線喚醒(WOR)的廣 泛硬件支持。CC1101在代碼、封裝和外引腳方面 均與CC1100兼容，可用于全球最為常用的開放式 低于1GHz頻率的RF設(shè)計。 采用Silicon Labs EZRadioPRO系列ISM頻 段無線芯片SI4432,在240-960 MHZ頻段下 最大輸出功率可以

19、達(dá)到+20DBm。通信距離 可達(dá)1000m 。 Zigbee Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個 域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一 種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。 CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、 ZigBee 和RF4CE 應(yīng)用的一個真正的片上 系統(tǒng)（SoC）解決方案。 GSM(CDMA)公用網(wǎng)絡(luò) GSM(Global System for Mobile Communication)系 統(tǒng)是目前基于時分多址技術(shù)的移動通訊體制中比較成 熟、完善、應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)。目前已建成的覆 蓋全國的GSM通信網(wǎng)，是公眾移動通信網(wǎng)的主要方式。

20、由于GSM網(wǎng)絡(luò)在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有 網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，用戶無需另外組網(wǎng)，在極大提高 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時為客戶節(jié)省了昂貴建網(wǎng)費(fèi)用和維 護(hù)費(fèi)用。GSM無線通信是雙向通信，而且性能穩(wěn)定。 現(xiàn)階段利用GSM網(wǎng)絡(luò)的最主要有兩種數(shù)據(jù)通信方式： SMS和GPRS。 短消息業(yè)務(wù)(Short Message Service)是通過GSM 網(wǎng)的控制信道傳輸用戶分組信息的一種增值服務(wù)，經(jīng) 短消息業(yè)務(wù)中心完成存儲和前轉(zhuǎn)功能，每個短消息最 大為140個字節(jié)。 通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS(General Packet Radio Service)是一種基于分組交換傳輸數(shù)據(jù)的高效率無線傳 輸平臺。GPRS最顯著

21、的優(yōu)點(diǎn)就是數(shù)據(jù)速率最高可達(dá) 170kb/s，對于GSM網(wǎng)現(xiàn)有電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(CSD)和 短消息業(yè)務(wù)(SMS)來說，GPRS是一種補(bǔ)充而不是替代。 GPRS可以根據(jù)用戶需要靈活地動態(tài)分配無線資源，從 而實現(xiàn)多用戶共享信道，提高頻率利用率以及時時在線 等，同時計費(fèi)也將由傳統(tǒng)的按時方式改為根據(jù)用戶數(shù)據(jù) 的傳輸量來計費(fèi)（3分/KB）或包月。 GPRS目前還大量用于電力負(fù)荷控制或遠(yuǎn)程抄表系 統(tǒng)中。 通信協(xié)議的設(shè)計 (1) 在PC讀數(shù)據(jù)時 遵循 讀命令 等數(shù)據(jù) 報告 即 PC下達(dá)一命令 等待接收數(shù)據(jù) 再據(jù)所接收數(shù)據(jù)的 正誤向應(yīng)用程序報告此命令的執(zhí)行情況 (2) 在PC寫數(shù)據(jù)時 遵循 寫命令 等回應(yīng) 報告

22、 即 PC下達(dá)一寫命令 此時所要寫的數(shù)據(jù)含于此命令 中 等待單片機(jī)發(fā)來的 已正確接收 的回應(yīng)信號 并 向應(yīng)用程序報告此命令執(zhí)行完畢 (3) 如果在轉(zhuǎn)輸過程中 其間PC或MCU所接收任何 一幀信號出現(xiàn)錯誤時 均會向?qū)Ψ桨l(fā)送重發(fā)此幀信 號的請求 如果連續(xù)三次轉(zhuǎn)輸失敗 則退出通信 并 向應(yīng)用程序報告 信號幀分類 (1) 讀命令幀 當(dāng)PC讀數(shù)據(jù)時 PC向MCU發(fā)送的命令信號 (2) 寫命令幀 當(dāng)PC寫數(shù)據(jù)時 PC向MCU發(fā)送的命令信號 內(nèi)含所要寫的數(shù)據(jù) (3) 數(shù)據(jù)幀 當(dāng)PC讀數(shù)據(jù)時 MCU向PC發(fā)送的內(nèi)含數(shù)據(jù)信 息的信號 (4) 正回應(yīng)幀 當(dāng)PC寫數(shù)據(jù)時 MCU向PC報告數(shù)據(jù)已正確 接收的信號 (5

23、) 重發(fā)命令幀 當(dāng)PC讀/寫數(shù)據(jù)時MCU所接收的信號幀 讀/寫命令幀 有誤時 向PC發(fā)出的請求重發(fā)信號 (6) 放棄命令幀 當(dāng)PC讀/寫數(shù)據(jù)時 出現(xiàn)了使程序無法正常 執(zhí)行時 PC或MCU向?qū)Ψ桨l(fā)出的退出通信的通知信號 信號幀格式 幀頭標(biāo)志(1 Byte) 表示此數(shù)據(jù)包屬于本串口通信協(xié)議 并為是否接收 此包數(shù)據(jù)的標(biāo)志 幀類型 1Byte 所用信號幀的識別標(biāo)志 即1.2.1 信號幀分類 中的各類 型信號的標(biāo)志字節(jié) 器件地址 1Byte PC所要訪問的外部器件的地址 即是哪一個外部器件 起始地址 2Byte PC所要訪問的器件的存貯器起始地址 長度 1Byte 一次命令所轉(zhuǎn)輸?shù)臄?shù)據(jù)長度 校驗和 1B

24、yte 此幀信號的校驗字節(jié) 為異或校驗 幀尾標(biāo)志 1Byte 此幀信號的結(jié)束標(biāo)志 其他指令幀 00H 執(zhí)行PC命令 發(fā)放棄幀回應(yīng) 被動退出通訊 01H MCU方寫入芯片發(fā)生錯誤 主動通知PC退出通訊 二、水質(zhì)實時遠(yuǎn)程遙測 1、項目設(shè)計要求 現(xiàn)場水質(zhì)變送器和控制室無線通信距離：20km； 無光照時，后備電池持續(xù)工作時間：100h； 溫度檢測范圍：-5-+45 精度1%； PH值檢測范圍：0-14.0 PH 精度2%； 溶氧值檢測范圍：0-25.0 mg/l 精度2%； 電導(dǎo)值檢測范圍：0-2000S/cm 精度2%； 可由鍵盤任意設(shè)定水質(zhì)參數(shù)上、下限值，越限報警； 各網(wǎng)箱內(nèi)水質(zhì)參數(shù)實時連續(xù)顯示；

25、 可任意設(shè)定水質(zhì)參數(shù)采樣周期及無線通信周期； 水質(zhì)參數(shù)時、日、周、月變化曲線和報表自動生成， 并可由PC機(jī)顯示和打?。?2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu) A、通過PC機(jī)，完成系統(tǒng)控制參數(shù)的設(shè)定。 B、向各個現(xiàn)場RTU發(fā)送開、關(guān)水質(zhì)傳感器控制命令，另一方面 接收各個現(xiàn)場RTU上傳的數(shù)據(jù)狀態(tài)信息。 C、接收現(xiàn)場RTU的各種報警信息，并提醒用戶。 D、水質(zhì)參數(shù)時、日、周、月變化曲線和報表自動生成，并可由 PC機(jī)顯示和打印。 3、監(jiān)控中心任務(wù) A、通過人機(jī)交互設(shè)備，完成RTU現(xiàn)場參數(shù)（RTU地址，水質(zhì) 參數(shù)采集間隔時間等）的設(shè)置，并且動態(tài)顯示RTU現(xiàn)場的各種 信息。 B、完成RTU現(xiàn)場數(shù)據(jù)（溫度、電導(dǎo)、溶氧、PH值等）的

26、采 集、分析、處理，并通過GPRS定時向監(jiān)控中心上傳數(shù)據(jù)。 C、接收來自監(jiān)控中心的操作命令，完成開關(guān)水質(zhì)傳感器控制， 并且上傳警告信息。 4、現(xiàn)場RTU任務(wù) 現(xiàn)場RTU結(jié)構(gòu)圖 A、SIM100 是SIMCOM 公司生產(chǎn) 的GSM/GPRS雙 頻模塊，該模塊主要為語音傳輸、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 提供無線接口，應(yīng)用領(lǐng)域如移動電話、PDA、無線抄 表系統(tǒng)； B、發(fā)射功率：Class 4 (2W)/(EGSM), Class 1(1W)/(1800MHz)； C、正常工作電壓范圍為 +3.3V +4.6V 直流，待機(jī) 電流為 4 mA； D、工作溫度：-35+75。 4.1 GSM模塊介紹 SIM100模

27、塊接口 4.2 MCU選擇 考慮到傳感器數(shù)據(jù)采集和GSM模塊數(shù)據(jù)需要兩個 UART口故選用ATMEL公司MEGA64單片機(jī)。 水質(zhì)傳感器的性能對整個系統(tǒng)的性能指標(biāo)起 到?jīng)Q定性的作用，因此需要根據(jù)不同的水體、測量 的水體深度、工作環(huán)境的溫度以及可測量參數(shù)的數(shù) 量和精度等要求選擇合適的水質(zhì)傳感器； 系統(tǒng)采用美國金泉(YSI)公司生產(chǎn)的YSI 600R 型集成探頭水質(zhì)傳感器，600R型是一個用于地表 水和地下水水質(zhì)測試的小巧配置，可同時測試8個 參數(shù)。該集成探頭可以直接輸出模擬電壓信號，也 可以輸出數(shù)字信號，通過RS-232接口或SDI-12接 口和主機(jī)通信，使用相當(dāng)?shù)姆奖恪?4.3 水質(zhì)傳感器 6

28、00R型集成探頭水質(zhì)傳感器主要 技術(shù)參數(shù)： A、水溫（-5+70 0.15） B、溶氧（050mg/l 2%） C、電導(dǎo)率（0100ms/cm 0.5%） D、酸堿度（014 0.2） E、氨氮值（0200mg/l 10%） F、透明度（01000NTU 2%） 等。 水質(zhì)傳感器和單片機(jī)通訊的接口電路 水質(zhì)傳感器采用標(biāo)準(zhǔn) RS-232 EIA電平（12V），而 MCU為5VTTL電平，因此用泵電容完成電平轉(zhuǎn)換。 4.4 太陽能直流供電系統(tǒng) 考慮到現(xiàn)場檢測站點(diǎn)處在近海、湖泊等野外水 體中，架設(shè)有線電源不太方便并且成本較高，因此 采用太陽能供電系統(tǒng)是較合理的選擇。 太陽能電板電壓經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換

29、電路，產(chǎn)生標(biāo) 準(zhǔn)、穩(wěn)定的RTU供電電源，同時給鋰離子充電電池 充電備用。 系統(tǒng)采用+4.2V和+12.0V混合供電。 太陽能供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu) DC/DC 變換器及鋰電池充電電路(主要為MCU) 4.2/12V升壓電路(主要為水質(zhì)傳感器提供12V電源) 5、通信協(xié)議設(shè)計 5.1 基于GPRS的無線通信協(xié)議作用 初始化GPRS 模塊，使之附著在GPRS網(wǎng)上，獲 得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商動態(tài)分配的IP地址，并與中央控 制中心的終端或服務(wù)器建立連接； 向GPRS終端發(fā)送用戶制定的數(shù)據(jù)包或接收來自 GPRS終端的數(shù)據(jù)包； 當(dāng)GPRS終端空閑的時候，現(xiàn)場RTU終端按照一 定的時間間隔發(fā)送命令數(shù)據(jù)包以保持網(wǎng)路連通； (3分

30、鐘內(nèi)必須發(fā)一次) 按照用戶制定的數(shù)據(jù)包格式，將現(xiàn)場RTU終端 采集到的各參數(shù)打包處理以備傳輸。 5.2 通信協(xié)議軟件流程圖 5.3 通信協(xié)議介紹 1.數(shù)據(jù)幀格式： 2.數(shù)據(jù)幀各段代碼介紹如下： 認(rèn)證碼A 功能代碼段B 幀數(shù)據(jù)C 幀校驗碼D 認(rèn)證碼A： 3字節(jié) 功能碼B：1字節(jié) 幀數(shù)據(jù)C：0-106 字節(jié) 校驗碼D： 4字節(jié) 上位機(jī)：字 符串“HJS” 下位機(jī)：字 符串“ATS” 0 x54：通信自檢 0 x53：參數(shù)設(shè)置 0 x43：動作控制 0 x44：參數(shù)上傳 0 x57：參數(shù)報警 0 x45：誤幀報警 從機(jī)地址：3字節(jié) 監(jiān)測周期：4字節(jié) 從機(jī)密碼：4字節(jié) 操作內(nèi)容：2字節(jié) 監(jiān)測數(shù)據(jù)：96

31、字節(jié) 報警信息：2字節(jié) 和校驗方 式 6、試驗結(jié)果 三、路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控 1、系統(tǒng)設(shè)計要求 （1）.系統(tǒng)功能要求： A.實現(xiàn)路燈支路日常開關(guān)的集中遙控，尤其是實現(xiàn)節(jié) 能控制和景觀燈等特殊控制。 B.按照日出日落（節(jié)氣）時間參數(shù)自動開關(guān)燈。 C.中控室和現(xiàn)場RTU通信發(fā)生故障時，現(xiàn)場RTU也能 按時開、關(guān)燈。 D.實現(xiàn)開燈后路燈支路電壓、電流以及溫度的遙測。 E. 開、關(guān)燈后的路燈支路狀態(tài)自動巡檢和報警。 F.實現(xiàn)電壓、電流報表、曲線顯示以及路燈故障率計 算等內(nèi)容要求。 G.可對整個路燈系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時記錄和備份， 便于離線查詢。 （2）.主要技術(shù)指標(biāo)： A.系統(tǒng)容量：65536 B.通信方式

32、：GSM和PLC通信 C.電壓測量范圍：0380V D.電流測量范圍：080A E.溫度測量范圍：080 F.測量精度：電流及電壓1，溫度1 G.工作環(huán)境溫度：25-70 2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖3.1 路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)框架圖 2.1 現(xiàn)場RTU設(shè)計 路燈支路電壓及電流檢測電路： A、電壓電流傳感器選擇 對交流高電壓的測量有兩種方法:一種用變壓器降 壓,另一種用霍爾電壓傳感器,前者適用被測信號頻率不 高,測量精度也要求不高的場合,這種方案價格較低。后 者比較適合直流信號或者頻率較高并且測量精度也要 求較高的場合。 對低頻交流電流的測量可用交流互感器，對直流或 者非正弦波的測量可用霍爾電流傳感器。 本系

33、統(tǒng)由于測量精度要求不高，并且電壓電流信號 變化范圍不是很大，故選用普通變壓器和電流互感器。 變壓器參數(shù)： 220V/16V 電流傳感器：80A/20mA B、主MCU模塊設(shè)計 主MCU模塊主要完成GSM通信、鍵盤掃描、LCD顯示、 路燈支路電壓采集 C、從MCU模塊設(shè)計 從MCU模塊主要完成與燈單元控制器的通信、路燈支 路電流采集、路燈開關(guān)控制 主從MCU之間采用SPI通信 D、GSM模塊與MCU結(jié)構(gòu)設(shè)計 12345678 A B C D 87654321 D C B A Title NumberRevisionSize A3 Date:23-May-2006Sheet of File:E:S

34、ONY 上的文檔路燈監(jiān)控器電子線路LAMPCON1.DDBDrawn By: VCC VCC VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 VCC R2: RESISTOR ROW 5.1V 100K 220V/15V 1N5819 220UF/35V 100K /0.5W 5.1V 47K +5V C1,C2,C8: 0.1U 0.1U 100K 3.6V 8MHZ 30PF 30PF 32.756KHZ 47K E1-E5 47UF/10V in out in outVcc VoutTO IC4 PD6 T3 T2 T1 E8 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 BA

35、T1 C8 C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 X2 X1 Z4 Z3 Z2 Z1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 RW3 RW2 RW1 R6 R5 R4 R3 R2 R1 KEYBOARD LCD IC3 IC2 IC1 RXD TXD GND 16 98 1 D7 D0 E R/W RS V0 +5V GND 40 PD4 PD0 PB7 PB0 PA0 PA7 ICP OC1B PC7 PC0 GND XTAL1 XTAL2 OC1A INT1 INT0 TXD RXD /RESET SCK MISO MOSI /SS AIN1 AIN0 T1 T0 PC5 PC4 P

36、C1 18 45 LEFT MENU INC RIGHT ENTER DEC VCC PD7 AREF AGND AVCC ADC0 ADC7 14 UA UB UC N TO SLAVE MOSI MISO SCK N N TO MODEM MAX232 MEGA16 DS1302 DISPLAY LAMP REMOTE CONTRALSLAVE CPU 12345678 A B C D 87654321 D C B A Title NumberRevisionSize A3 Date:23-May-2006Sheet of File:E:SONY 上的文檔路燈監(jiān)控器電子線路LAMPCON2.DDBDrawn By: VCC VCC VCC VCC VCCVCC VCC TO POWER CARRIER 2 3 1 ADC7 ADC0 AVCC AGND AREF PD7 VCC PC1 PC4 PC5 T0 T1 AIN0 AIN1 /SS MOSI MISO SC