基于GSM的水電表采集器

1、基于GSM遠程通訊網關采集器設計【摘要】為了使家居生活變得更加方便輕松，為了滿足現代工業(yè)現場或學校等大型場所對控制設備的集成化、小型化的要求，本文設計一款以STM32F103VE為主控芯片基于GSM遠程通訊的無線網關。該無線網關將智能水電表采集回來的數據進行處理和協議轉換，再通過GSM模塊的GPRS無線傳輸技術將數據發(fā)送到遠端監(jiān)控中心。無線網關、數據采集終端主要實現485總線數據的收發(fā)和GPRS無線傳輸；遠端監(jiān)控中心主要通過PC機連接到Internet網絡，進行數據的接收、監(jiān)控分析和保存。該方案解決了人們對大型場所控制設備實時數據的監(jiān)控、采集以及異常報警等問題。經過實驗測試，該網關具備輕巧、控

2、制精準、數據吞吐量大、速度快等特點。非常適合工廠、學校等場所使用。（摘要內容不用加粗）【關鍵詞】STM32F103VE；GSM；GPRS無線傳輸；485總線1.緒論1.1引言GPRS是在GSM基礎上發(fā)展而來的數據傳輸網絡， 與無線集群方式相比，GPRS的數據傳輸充分利用了公共移動通信網絡和互聯網，不需要為監(jiān)測設備而專門改造已有的運行環(huán)境，省去了建設無線專網的成本。其按流量計費的方式也更為經濟，更適合頻繁突發(fā)的小流量數據傳輸。同時，GPRS網絡具有覆蓋范圍廣、數據傳輸快、實時性好、通信質量高、持續(xù)在線和費用低等優(yōu)點，并可直接與Internet互通，能很好地滿足工業(yè)控制的需要。目前，基于GPRS網

3、絡的數據傳輸在許多領域得到了較好的應用，特別是在工作環(huán)境惡劣、 地理位置偏僻、無人值守場所等領域。本文實現的系統以GPRS網絡為基本數據通道，在每個需要數據采集的分散業(yè)務單元安裝遠程測控終端。同時在控制中心通過配有GPRS無線通訊模塊管理的計算機，進行各種設備的遠程數據采集，采集的數據自動進人控制中心實現遠程控制，方便快捷。正文內容，首行縮進2字符，五號、宋體/Times New Roman、行距固定值20磅以下類似修改1.2選題背景及意義隨著計算機技術、通信技術和網絡技術的發(fā)展，以及人們對物質生活水平的不斷提高，人們的工作、生活與通訊、信息的關系日益密切，智能控制設備越來越多，如智能水表、智

4、能電表等。這些設備在大型工廠、學校安裝數量多、位置復雜，給人們的后期管理帶來諸多麻煩。人們越來越注重方便、快捷的集成化管理。如何將這些設備結合成為一個有機的整體，解決分散控制帶來的麻煩，對他們進行統一的管理和控制，是人們一直追求的，也是智能時代未來的發(fā)展方向。近年來越來越多的設備需要進行遠程數據傳輸，而現有的有線傳輸不能滿足人們的需求。無線傳輸以方便快捷和廉價的特點彌補了有線傳輸的不足。通用分組無線技術GPRS（General Packet Radio Service）是現有GSM系統上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務。GPRS允許用戶在端到端和端到中心分組轉移模式下發(fā)送和接收數據，從而提供一種高效

5、、低成本的無線分組數據業(yè)務，特別適用于間斷的、突發(fā)性的頻繁的數據傳輸。目前在控制領域實現485-RS232的技術已相當成熟，產品也比較多，許多智能設備都有485通訊接口，在通訊領域隨著GSM網絡覆蓋范圍的廣闊化、無縫化，以及手機的日益普及為基于GSM網絡的智能系統提供了巨大的應用空間，GPRS無線收發(fā)設備也日益成熟。但直接將485與GPRS融合到一起，開發(fā)出一種嵌入式無線網關尚無定性產品，所以開發(fā)出混合網絡的無線網關勢在必行。本文采用移遠公司的Quectel_M35為GSM模塊設計遠程無線通訊網關。通關單片機串口對GSM模塊發(fā)送AT指令實現數據無線傳輸。采用GPRS無線傳輸數據時不用使用傳統的

6、工業(yè)路由器，節(jié)省生產成本。2.系統設計2.1產品需求分析本設計中的網關采用GPRS方式通過Internet與服務器之間進行數據傳輸，與數據采集器之間采用單總線方式通訊，支持點對點傳輸、一點對多點（32臺設備）傳輸，采用單總線型傳輸距離為1000m，自由拓撲500m。根據GSM遠程通訊網關的定位和運用上的需求，本產品特點如下：u 數據傳輸距離遠，能夠接收到手機信號的地方均能實現數據傳輸；u 無線通訊方式，彌補有線通訊方式上的不足，減少布線；u 能夠一對多，即一臺網關可以與多臺數據采集器通信；u 產品體積小，方便安裝；u 數據傳輸性能穩(wěn)定，功耗低。2.2遠程通訊網關的總體設計網關采用兩路RS485

7、總線接口與終端數據采集器通訊？（為啥需要兩路，簡要說明），對于采集回來的數據經過主控STM32F103VE單片機的打包處理、協議轉換后，主控通過串口發(fā)送AT指令控制GSM模塊采用GPRS無線傳輸技術將這些數據上傳到Internet網絡指定的IP地址和端口，遠端的監(jiān)控中心通過PC機連接到Internet網絡進行獲取數據，然后對這些數據分類處理、監(jiān)控分析、異常報警等處理。最終以表格統計、走勢圖、柱狀圖等多種形式展示在人們面前。 圖號 圖名 有圖的地方都得標明，同時文中要有引用，比如 如圖1所示等最終本網關實現以下功能：u 采集電表數據。遵循（中華人民共和國電力行業(yè)標準DL/T6452007）的協議

8、；主要采集的數據有：電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、正反向有功總電能、四個限無功總電能、7個運行狀態(tài)字。u 采集水表數據。參照（CJ/T188-2004 中華人民共和國城鎮(zhèn)建設行業(yè)標準）的協議；主要采集的數據有：當前的累計流量、運行狀態(tài)字。u 與服務器對時。跟服務器同步時間，避免時間不一致的情況。u 上傳數據到服務器。定時上傳數據給服務器。u 從服務器配置信息?？梢詮姆掌飨掳l(fā)配置信息，可以配置：水表ID、電表ID、數據上報的間隔時間。3.硬件設計本設計中的硬件總體分為五個部分：主控部分、GSM/GPRS部分、RS485部分、以太網部分、電源部分。這些不同模塊之間的關

9、系如圖：TF卡USART4SDIO 主控模塊 STM32F103VEGSM/GPRSNAND FlashFSMC以太網FSMCUSART2RS485-1USART1串口下載調試RS485-2USART3圖3-1 系統硬件結構圖3.1 主控部分STM32系列控制器是ST（意法）公司推出的高性能、低成本、低功耗ARM控制器，它是基于ARM公司設計的Cortex-M3內核而設計，分為STM32F101基本型、STM32F103增強型系列和STM32F107互聯網型三種系列。由于采用高性能、低功耗和高效實時性上午Cortex-M3內核，且采用Thumb-2指令集，使得STM32具有更高的指令效率和更強

10、的性能，此外通過使用緊耦合的嵌套向量中斷控制器（NVIC）使中斷響應速度大大提高。本設計中的主控芯片選用STM32F103VE型號，該款單片機是意法半導體公司STM32系列控制器中的高端產品。具有72MHz工作頻率，512K閃存和64KRAM，保證了這款設備的高速穩(wěn)定運行。網關的調試、兩路RS485、GSM/GPRS各占用一個USART，而該款單片機具有多達5個USART，滿足該款設備的需求。另外，STM32F103VE提供了更多的外設，如TF卡所用到的SDIO接口，以及NAND Flash和網卡DM9000用到FMSC接口等。表3-1 STM32F103VE器件功能和配置閃存（K字節(jié)）512

11、SRAM（K字節(jié)）64FSMC（靜態(tài)儲存器控制器）有定時器通用4個（TIM2、TIM3、TIM4、TIM5）高級控制2個（TIM1、TIM8）基本2個（TIM6、TIM7）通信接口SPI3個（SPI1、SPI2、SPI3）I2C2個（I2C1、I2C2）USART5個（USART1、USART2、USART3、USART4、USART5）USB1個（USB2.0全速）CAN1個（2.0B主動）SWDIO1個GPIO端口51個12位ADC模塊 （通道數）3（16）12位DAC轉換器（通道數）2（2）CPU頻率72MHz工作電壓2.03.6V工作溫度環(huán)境溫度：-40+85結溫度：-40+125封裝

12、形式LQFP100 表名須在表格的上面3.1.1 FSMC（可配置的靜態(tài)儲存器控制器）STM32F103VE增強型系列集成了FSMC模塊。它具有4個片選輸出，支持PC卡/CF卡、SRAM、PSRAM、NOR和NAND。功能介紹：l 三個FSMC中斷源，經過邏輯或連接到NVIC單元；l 寫入FIFO；l 代碼可以在除NAND閃存和PC卡外的片外儲存器運行；l 目標頻率fCLK為HCLK/2，即當系統時鐘為72MHz時，外部訪問是基于36MHz時鐘；系統時鐘為48MHz時，外部訪問是基于24MHz時鐘。主控部分除了基本的復位電路、8MHz的晶振電路以外，我們用TF卡對單片機的存儲空間進行擴展，同時

13、使用NAND Flash對閃存進行擴展。運用單片機的4路ADC來檢測當前版本號，為后續(xù)設備版本的更新做準備。運用三種不同顏色的LED燈來指示網絡的運行狀態(tài)。網關的NAND Flash和DM9000都用到FSMC的片選，因此我們采用地址譯碼器進行處理。圖3-2 地址譯碼器電路3.1.2 主控外圍電路（1）復位電路本設計中的復位電路采用上電復位方式，無手動復位，電路圖如下：圖3-3 上電復位電路復位電路是ARM最小系統必不可少的一部分，圖中R119和C112構成上電復位電路，系統瞬間，由于電容C112兩端電壓不能突變，則NRST由低電平逐漸上升為高電平，產生復位信號。（2）振蕩電路ARM的振蕩電路

14、分為系統主時鐘振蕩電路和低頻振蕩電路。主時鐘產生8M振蕩信號，補償電容C114、C115采用20pF，低頻時鐘產生32.768K振蕩信號供RTC（系統實時時鐘）使用，補償電容采用10pF。圖3-4 晶體振蕩電路（3）串口電平轉換/下載電路RS-232是美國電子工業(yè)協會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標準。RS-232是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端TTL元件連接，必須進行電平和邏輯關系的變換。本系統中采用SP232芯片實現將RS232電平轉換成TTL電平。圖3-5

15、 RS-232電平轉換電路一般的9針串口接口只使用其中的3引腳，即：第2腳RS232-TX、第3腳RS232-RX、第5腳GND，本設計中除了這3根固定引腳外，其他引腳用電阻隔開重新定義，從而實現主控芯片串口自動下載，SWDIO方式下載、單片機I/O口運行狀態(tài)的測試。（4）TF卡數據吞吐量大是本設備的一大特點，然而大量的數據需要足夠的空間進行存儲。針對于此，設計中我們在主控芯片的外圍電路中加入TF卡部分，實現對數據的有效存儲、讀寫等等。TF卡與主控芯片的SDIO外設接口進行連接，對每個數據接口用4.7K電阻上拉。圖3-6 TF卡電路（5）其他本設備中未使用AD采集功能，所以不需要基準電壓，ST

16、M32的VREF+引腳跟電源腳相連接入3.3V。VBAT腳接入紐扣電池，BOOT0、BOOT1通過10K電阻接地。3.2 數據儲存Nand Flash模塊設計網關設計中需要考慮的一個問題是：作為主機的網關需要同時與多個從機（如數據采集器）進行通訊，系統需要處理的數據量會比較大。然而一般的主控芯片內部MEMORY都是比較小的，本設計中采用的STM32F103VE單片機也是如此。因此在設計中對單片機的添加Flash進行儲存數據。目前市面的Flash分為串行和并行兩種。采用串行方式的Flash儲存器具有通訊線路簡單、成本低、占用I/O口少等特點，但由于數據是按照一位一位的進行順序傳輸，所以傳輸速度不

17、快。采用并行方式的Flash儲存器傳輸速度快，但由于數據是并行傳輸的，要占用單片機的I/O口資源較多。綜合本設計考慮，為了達到數據的高速傳輸，我們采用一款128M的并行Flash芯片NAND FLASH作為系統主控芯片的外部儲存器。系統選用的STM32F103VE單片機內部具有專用的FSMC（可配置的靜態(tài)儲存器控制器）模塊可供使用。圖3-7 NAND FLSH電路通過對相應的特殊功能寄存器進行配置，FMSC可以根據不同類型的外部儲存器，發(fā)出相對應的匹配其信號速度的數據、地址和控制信號，以使得主控芯片能夠適應各種類型的外部靜態(tài)儲存器，而且還可以在不斷增加外部設備的前提下對多種類型的靜態(tài)儲存器同時

18、進行擴展。FSMC所兼容的靜態(tài)儲存器和存取方式較為廣泛，而且能夠同時對多個儲存器進行操作。FSMC中的代碼在外部儲存器中還能夠直接使用。3.3 GSM/GPRS部分網關的GSM/GPRS采用移遠公司Quectel_M35模塊進行設計。M35模塊具有諸多優(yōu)點：體積小，容易嵌入網關設備中；低功耗，M35模塊采用了省電技術，電流功耗在省電模式DRX = 5下，低至1.3mA；運用簡單，通過單片機的串口對M35模塊發(fā)送AT指令即可完成短信的發(fā)送、GPRS等功能；兼容性強，M35內嵌TCP、UDP、FTP、PPP等協議，已內嵌的擴展AT命令可以使用戶更容易地使用這些互聯網協議。M35采用4V供電，具有S

19、IM卡接口，GPRS數據上行傳輸：最大85.6kbps；下行傳輸：最大85.6kbps。網關主要運用M35模塊的GPRS功能，模塊的其他未使用功能引腳懸空，如：差分音頻輸入、輸出，載波檢測等。M35模塊設計包括以下幾個部分：3.3.1串口連接M35與單片機之間串口通訊采用三線制的串口連接方式： STM32TXDRXDGND M35 TXD RXD GND RTS0R圖3-8 串口接線方式串口的特點：8個數據位，無奇偶校驗，一個停止位。模塊默認設置為自適應波特率，自適應波特率同步之后，發(fā)送字符串命令“AT”，模塊會回復“OK”。3.3.2 PWRKEY管腳開機VBAT上電后，PWRKEY管腳可以

20、啟動模塊，并且是低電平開機，在STATUS管腳輸出高電平之后開機成功，PWRKEY管腳可以釋放。通過檢測STATUS管腳電平來判別模塊是否開機。圖3-9 GSM開機電路3.3.3 睡眠喚醒模塊可通過AT指令進入睡眠模式，睡眠模式下M35模塊仍然可以接受GPRS下行數據，但是串口不可以訪問，所以當使用時需要對該模塊進行喚醒。DTR管腳拉低可以喚醒模塊，將該管腳接入單片機，需要啟用模塊是DTR管腳拉低20ms。3.3.4 SIM卡接口SIM卡接口支持GSM Phase1規(guī)范的功能，同時也支持GSM Phase 2+規(guī)范的功能和FAST 64kbps SIM卡。SIM卡通過模塊內部供電，在SIM卡接

21、口的電路設計中，為了確保SIM卡的良好功能性能和不被破壞，對SIM_CLK、SIM_DATA、SIM_RST進行ESD保護，同時在模塊和SIM卡之間串聯22歐姆的電阻用以抑制雜散EMI，增強ESD保護。名稱管腳號作用SIM_VDD27SIM卡供電電源。自動偵測SIM卡工作電壓。精度3.0V±10%和1.8V±10%。最大供電電流10mA。SIM_RST28SIM卡復位腳SIM_DATA29SIM卡數據線SIM_CLK30SIM卡時鐘線SIM_GND31SIM卡地腳表3-2 SIM卡接口管腳定義圖3-10 6Pin SIM卡座電路3.3.5 天線接口M35提供了一個RF天線焊

22、盤作為天線連接接口。連接到模塊RF天線焊盤的RF走線必須使用微帶走線或者其他類型的RF走線，阻抗必須控制在50歐姆左右。為了獲得更好的射頻性能，RF輸入端口兩側各有接地焊盤。為了最小化RF走線或者RF線纜上的損耗，設計時需謹慎。滿足以下條件：l GSM850/EGSM900<1dB；l DCS1800/PCS1900<1.5dB；頻率傳導功率最大傳導功率最小接收靈敏度接收頻率發(fā)射頻率GSM85033dBm±2dB5dBm±5dB<-108.5dBm869894MHz824849MHzEGSM90033dBm±2dB5dBm±5dB<

23、;-108.5dBm925960MHz880915MHzDCS180030dBm±2dB0dBm±5dB<-108.5dBm18051880MHz17101785MHzPCS190030dBm±2dB0dBm±5dB<-108.5dBm19301990MHz18501910MHz表3-3 RF相關參數3.4 RS485部分網關與數據采集器之間采用RS-485總線通訊。RS485通訊距離遠，最大可達1200米；支持節(jié)點數量多，一般可達32個，特制RS485可達128或者256個！接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪

24、聲干擾性好。RS485接口組成的半雙工網絡，兩線制多采用屏蔽雙絞線傳輸。這種接線方式為總線式拓撲結構在同一總線上最多可以掛接32個節(jié)點。在RS485通信網絡中采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。本設計為啥需要兩路RS485，能否簡要說明，一路掛總線不就可以了？在遠距離數據傳輸過程中，信號很容易受到個方面的干擾，比如：附近有大的動力設備運行甚至頻繁啟動，傳輸過程中自身產生的共模干擾、差模干擾等。工作過程中，當一個掛載的從機設備出現故障很容易影響到主機網關甚至燒毀。因此，在設網關計中對RS485部分進行電源隔離與信號隔離。電源隔離采用DC-DC電源隔離器將RS485部分供電與其他部分隔離開

25、來，單獨供電。信號隔離采用6N137高速光耦，該款光耦轉換速率達到10MBit/S，保證設備之間數據的高速傳輸。在每一路RS-485的發(fā)送、接收端與單片機的串口RXD、TXD之間都加上6N137光耦。為保證設備的安全穩(wěn)定運行，在網關的RS485接口處A、B端加有PSM712防雷防靜電二極管。圖3-11 光耦隔離的RS485電路3.5 電源部分本系統采用直流12V電源適配器作為電源輸入，具體電源方案如下圖：圖3-12 系統電源供給方案 所有圖按順序編號 在GSM/GPRS模塊的應用設計中，電源設計是很重要的一部分。由于GSM發(fā)射時每隔4.615ms會有一個持續(xù)577us的突發(fā)脈沖，對于M35模塊

26、，在最大發(fā)射功率等級下模塊的峰值電流會達到1.6A。在突發(fā)脈沖階段內，電源必須能夠提供高的峰值電流，保證電壓不會跌落到模塊的最低工作電壓。根據本設計中需求參數，我們采用LM2576降壓型穩(wěn)壓器對電壓進行轉換。LM2576具有非常小的電壓調整率和電流調整率，具有3A的負載驅動能力，應用比較簡單且外圍元件比較少，開關頻率為52KHz，所以應用時可以使用小尺寸的濾波元件，芯片內置過流保護電路和過熱保護電路。LM2576分為固定電壓和電壓可調節(jié)的可調電壓輸出方式。在12V到5V的降壓電路中，我們選用固定電壓輸出方式的LM2576-5.0V芯片：圖3-13 12V-5V降壓電路由于LM2576的固定電壓

27、輸出方式中沒有4.0V型號芯片，所以我們采用LM2576-ADJ可調壓輸出方式的芯片。圖3-14 12V-4V降壓電路輸出電壓VOUT=1.23×（1+R201/R202）,R201、R202為FB端的兩個電阻，精度為1%。按照一定比例將輸出電壓12V調至M35模塊所需供電電壓的4V。主控芯片、DM9000芯片、NAND FLASH等模塊的供電電壓均為3.3V。在電路設計中采用線性穩(wěn)壓方式將5.0V電壓轉至3.3V，采用ASM1117-3.3作為LDO電源轉換線芯片。圖3-15 5V-3.3V降壓電路 4.軟件設計對于本文所設計的GSM遠程通訊網關軟件設計是基于STM32的嵌入式系統

28、開發(fā)。系統采用的型號為STM32F103VE，是一款基于ARM的32位微控制器，擁有自己的固件庫函數。使用此固件庫可以對任意STM32連接的外部設備進行驅動和控制。對于系統外圍設備而言，固件庫已有了一組該設備應用的函數。每個設備的使用，都是由一個通用的設備結構和函數進行驅動。使用固件庫時，即使沒有具體了解細節(jié)問題，也能夠輕易的對每個外設進行配置。這大大簡化了編程工作，縮短研發(fā)時間。軟件的主體設計流程圖如下：4-1 系統總體流程圖4.1 基于STM32的嵌入式系統軟件設計目前STM32的開發(fā)環(huán)境使用較廣的是MDK和IAR兩種。本設計軟件部分使用的是MDK進行的開發(fā)。完成水電表數據的采集、定時向服

29、務器上報數據等任務。4.1.1 水電表數據采集4-2 水電表數據采集流程圖4.1.2 數據上報服務器4-3 數據上報服務器流程圖4.3 GSM通訊STM32與M35模塊之間采用串口通訊方式，主控STM32通過串口向GSM模塊發(fā)送AT指令實現數據上報功能。AT 即Attention，AT 命令集是從終端設備（Terminal Equipment，TE）或數據終端設備（Data Terminal Equipment，DTE）向終端適配器（Terminal Adapter，TA）或數據電路終端設備（Data Circuit Terminating Equipment，DCE）發(fā)送的，通過TATE 發(fā)

30、送AT 命令來控制MS Mobile Station 的功能與GSM 網絡業(yè)務迚行交互。每個AT命令行中只能包含一條AT指令；對于由終端設備主動向PC端報告的URC指示或者response響應，也要求一行最多有一個，不允許上報的一行中有多條指示或者響應。AT指令以回車作為結尾，響應或上報以回車換行為結尾。本設計中根據M35模塊提供的指令集，主要運用了TCPIP相關命令，對GSM模塊操作步驟為：（1）AT 通訊正常：模塊開機后，發(fā)送指令 AT，返回 OK 表示模塊通訊正常。4-4 GSM開機流程（2）自適應波特率情況下， AT 通訊需要進行同步串口波特率。4-5 同步串口波特率（3）TCP/IP

31、準備。完成GSM模塊初始化后進行TCP連接前準備。對應AT指令如下：指令功能AT+CPIN?查詢SIM卡是否正常AT+CSQ查詢模塊的信號值AT+CREG?檢查模塊是否注冊上GSM網絡AT+CGREG?檢查模塊是否注冊上GPRS網絡AT+QIFGCNT=0設置當前場景AT+QICSGP=1,”CMNET”設置GPRS的APNAT+QIMODE=0設置數據傳輸模式為非透傳模式AT+QIDEACT進行激活，確保建立連接前狀態(tài)正常AT+QIREGAPP啟動任務并設置接入點APN、用戶名和密碼AT+QIACT激活移動場景AT+QILOCIP查詢本地IP地址表4-1 GSM模塊TCP連接參數（4）建立模

32、塊單路連接：指令功能AT+QIMUX=0設置為單路連接AT+QINDI=1設置Buffer接收方式AT+QIOPEN=”TCP”,”12”,2020連接服務器表4-2 建立模塊連接（5）TCP/IP發(fā)送數據：指令功能AT+QISEND=5>Hello準備發(fā)送數據，編寫內容后發(fā)送Ctrl+Z。每次最多發(fā)送1460個字節(jié)數據。返回SEND OK 表示數據成功交給TCP協議層AT+QISACK檢查數據是否發(fā)送成功。返回值如：+QISACK：5,5,0其中5表示發(fā)送數據長度，5確認發(fā)送成功數據長度，0尚未確認發(fā)送成功的數據長度表4-3 發(fā)送數據（6）TCP/IP接收數據。B

33、uffer接收數據及讀取數據（模塊接收到數據后返回：+QIRDI:0,1,0）：指令功能AT+QIRD=0,1,0,1024從模塊的socket緩存區(qū)提取數據表4-4 接收數據4.2 通訊協議在實現數據傳輸之前，我們需要制定相關的通訊協議。網關與服務端平臺的通訊都必須按照通訊協議規(guī)約傳輸數據。本協議的通信鏈路基于以太網通信鏈路，采用UDP網絡通信方式，通信數據格式為字符串類型。網絡字節(jié)順序采用大端(big endian)排序方式通信協議定義了嵌入式主機（網絡中繼器）與服務終端間的通信規(guī)則。規(guī)定了研發(fā)人員在系統編程實現過程中的接口，使得終端研發(fā)小組之間可并行獨立地進行研發(fā)工作，不相互影響。協議實

34、現了嵌入式主機與服務終端間的互連，實現移動終端、PC端監(jiān)控軟件通過發(fā)送UDP數據報文對嵌入式服務器對下端主控器進行管理與查詢。4.2.1通訊協議格式圖4-6 通訊格式4.2.2UDP協議數據包文件格式使用規(guī)約名稱值類型功能說明head#字符型通信協議數據包頭，占2個字節(jié)，包頭為#。len01200+7(0x00x04b3)二進制數據包總長度，占2個字節(jié)，總長度=ptlver長度1字節(jié)+time長度4字節(jié)+devid長度4字節(jié)+cmd長度1字節(jié)+payload長度+crc16長度2字節(jié)。ptlver0255 (0x00xff)二進制協議版本號，占1個字節(jié)。time04294967295(0x00

35、xffffffff)二進制時間戳參數，占4個字節(jié)。數據傳輸中繼轉發(fā)終端設備數據的時間。采用UTC時間表示，是從1970年01月01日開始至今秒數。devid10xffff二進制設備ID如10002(設備id最低兩個字節(jié)02為設備類型)10000以內的為內部測試idcmd00xff二進制操作命令字payload.字符型數據載荷區(qū)，約定最大長度01200，不得超過最大長度。crc16065535(0x00xffff)二進制crc16校驗采用二進制，對除包頭以外的所有字節(jié)進行CRC16 (RTU標準)校驗，變換成2字節(jié)，高八位在前，低八位在后。表4-5 UDP協議數據包報文格式使用規(guī)約5 系統調試與

36、測試本系統的調試階段分為硬件調試和軟件調試，下面我們將介紹它們相應的調試過程與結果。5.1 硬件調試本設計通過采用Altium公司推出的一體化電子產品開發(fā)系統Altium Designer09完成了原理圖設計和PCB板的繪制。PCB板繪制為雙層板，經工廠加工完成后，首先對其主要線路進行檢測，如是否出現露銅、電源地短路現象等。初步檢測完成后，需要完成電路板的焊接工作。本系統的主控芯片的封裝為LQFP100，引腳間距0.5mm，焊接時容易出現引腳短路、虛焊等現象。所以完成焊接后先檢查是否出現上述現象，判斷無誤后上電測試，觀察電流值是否異常，每個節(jié)點電壓是否為預定值，芯片是否出現發(fā)熱現象等。以下為該

37、電路板的電路參數以及各節(jié)點電壓：供電電壓12V總電流112mALM2576-5V5.0VLM2576-ADJ4.0VASM1117-3.3V3.3VDC-DC隔離5.0V表5-1 電路板測量參數各個節(jié)點電壓檢測通過后，測試代碼下載是否有異常，單片機是否正常工作等。完成這些測試后，本系統的硬件測試部分就完成了。5.2 軟件調試本系統采用MDK方式進行開發(fā)，下圖為工作界面：圖5-1 MDK工作界面5.2.1 代碼編寫完成后成成.hex文件，用串口進行燒寫：圖5-2 hex文件燒寫5.2.1 進行參數配置：圖5-3 網關參數配置5.2.3 查看數據上傳結果：圖5-4 終端數據顯示6 結束語從最初的確

38、定該課題，到拿出設計方案、繪制原理圖、PCB電路板以及大量的硬件調試和軟件調試，最終完成了本課題，制作出一款基于GSM遠程通訊的網關，并且取得了預期的效果，運行狀態(tài)良好。在完成本設計的過程中發(fā)現了很多平時沒有注意到的細節(jié)問題，往往這些問題最終會對實現結果產生很大的影響。所以在今后的學習工作中需要引起重視，要腳踏實地注意每一個細節(jié)。雖然本課題達到預期效果，實現相應功能，但仍有一些不足之處，存在很大的優(yōu)化和改進空間，如缺少人機交互界面，缺乏用戶體驗感；采用無線通訊時信號容易被干擾等。因此，在以后的工作中，我們還將進行進一步的研究和改善工作。致謝感謝何志杰老師在該課題的完成過程中對我的幫助，百忙之中抽出時間關注、指導我的作品設計及論文撰寫的整個過程。在作品的電路設計過程中提供許多有用的解決方案，保證了的電路板制作順利完成，并且?guī)椭易屑毿薷恼撐模岢鰧氋F意見。同時感謝邵曉斌、邱建清兩位師兄在硬