基于GPRS的嵌入式無線控制自動檢測系統(tǒng)

-.z基于GPRS的嵌入式無線控制自動檢測系統(tǒng)的設計摘要：本文表達了一種基于GPRS的嵌入式無線控制系統(tǒng)設計，重點介紹了該系統(tǒng)信號采集與處理以及數(shù)據(jù)的遠程發(fā)送軟件設計與實現(xiàn)。基于GPRS的嵌入式無線控制系統(tǒng)主要包含自動進樣軟件、信號采樣與處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)無線發(fā)送模塊等。在數(shù)據(jù)無線發(fā)送局部，在實地測試儀安裝上支持串口數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，在室內(nèi)設立監(jiān)測效勞器，現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)能夠及時的發(fā)送到效勞器。通過大量檢測，得出了檢測儀的性能指數(shù)。測試結果說明，檢測儀全自動程度高，適合偏遠地區(qū)無人值守條件下中多種有害離子的動態(tài)監(jiān)測。關鍵字：無線通信，效勞器，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳輸中圖:TP272 文獻標識碼:AAutomaticwirelesscontrolsystembasedonGPRStechnical*IHai*u*,HuangChun-guo〔SchoolofputerEngineering,JiangsuUniversityofTechnology,Changzhou213001,China)Abstract:ThispaperdescribesadesignedGPRS-basedwirelesscontrolsystem,highlightsthesignalacquisitionandprocessingaswellasremotedatatransmissionsoftwaredesignandimplementation.GPRS-basedwirelesscontrolsystemmainlyconsistsofautosamplersoftware,signalsamplingandprocessingsystem,wirelessdatatransmissionmodule.Inwirelessdatatransmittingsectioninstalledinthefieldtestersupportsserialdatatransmissiononwirelessdatatransmissionmodule,theestablishmentofthemonitoringserverintheindoor,fieldtestdatacanbetimelysenttotheserver.Thedetectorshowsperformanceinde*throughalotoftesting.Testresultsshowahighdegreeofautomaticdetectorforunattendedremoteareasinavarietyofharmfulionsunderconditionsofdynamicmonitoring.Keyword:Wirelessmunication,server,dataacquisition,datatransmission基金工程：**云計算與智能信息處理重點實驗室〔No.CM20123004〕；**現(xiàn)代教育技術2011年度課題“基于本體論的教育知識管理應用研究〔No.2011-R-18859〕〞。作者簡介：習海旭〔1981—〕，男，****人，碩士研究生，主要研究方向為信息系統(tǒng)和智能信息處理。引言隨著我國人口數(shù)量的持續(xù)增長，GDP、資源消耗、能源需求也正在迅速增長[1]。在能源大幅消耗、經(jīng)濟快速增長、污染排放強度大的情況下，我國環(huán)境污染形勢嚴峻的狀況尚未得到根本扭轉。另外，水總量的減少引起水污染加劇，水污染的加劇又更一步導致了水資源的供求矛盾[2]。食用水不僅受日常污染，更受有毒有害離子污染。不科學的生產(chǎn)和制造工序、水和土地的過量開發(fā)以及生存用水被人類生活和工廠大量擠占，使得我國社會經(jīng)濟開展過程中對水環(huán)境的需求和當前水環(huán)境的現(xiàn)實狀況之間的矛盾日益鋒利[3]。因此，實時監(jiān)測飲用水中重金屬元素的濃度，對人類生產(chǎn)生活具有及其重要的意義[4]。目前水中離子的檢測多數(shù)使用離線檢測，即取水后異地測試，這種測試方式的缺點是樣品在采集、運輸、檢測等過程中受到的污染較為嚴重，因而影響到了測試結果的準確性，而且整個測試的周期很長[5]。世界上當前最先進的測試方式是全自動現(xiàn)場實時監(jiān)測待測地水中的元素含量，通過網(wǎng)絡手段實時的反響水中各微量含量的變化。這種方式最大的優(yōu)點在于能夠獲得水中微量元素含量變化的連續(xù)記錄[6]。相比與傳統(tǒng)測試儀器，該儀器操作簡單、本錢較低、針對性強、測試精度高，自動化程度高，能夠實現(xiàn)無人值守和遠程無線控制，使飲用水中有害離子的現(xiàn)場實時快速監(jiān)測成為可能[7]。本文設計的基于GPRS的嵌入式無線控制系統(tǒng)總體設計分為硬件和軟件設計，主要包括數(shù)據(jù)采集處理與算法；自動控制軟件系統(tǒng)；系統(tǒng)集成與人機界面軟件；無線通信監(jiān)測模塊等軟、硬件構造。測試的數(shù)據(jù)首先保存在現(xiàn)場測試儀器的硬盤中，之后利用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)和結果發(fā)送至中心效勞器端，測試人員能夠在實驗室環(huán)境內(nèi)有效地下載測試數(shù)據(jù)并做進一步的分析。測試人員也可以根據(jù)實際需要，在指定的時間遠程啟動分析儀，待其測試完畢之后數(shù)據(jù)會自動傳送到效勞器端。該儀器在具有操作簡單、低本錢、針對性強、測試精度高，自動化程度高等優(yōu)點的同時，能夠實現(xiàn)無人值守和遠程無線控制，使飲用水中有害離子的現(xiàn)場實時快速監(jiān)測成為可能。無線控制自動檢測系統(tǒng)總體設計數(shù)據(jù)庫技術數(shù)據(jù)庫技術是完成大量數(shù)據(jù)儲存的重要技術，數(shù)據(jù)庫技術是源于一些數(shù)學模型的存儲，它為一些指定元素組成的多種應用效勞，且含有很小的數(shù)據(jù)冗余度。數(shù)據(jù)庫技術產(chǎn)生于60年代末，是數(shù)據(jù)調度的先進技術[8]。測試的數(shù)據(jù)首先保存在現(xiàn)場測試儀器的硬盤中，之后利用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)和結果發(fā)送至中心效勞器端，測試人員能夠在實驗室環(huán)境內(nèi)有效地下載測試數(shù)據(jù)并做進一步的分析。測試人員也可以根據(jù)實際需要，在指定的時間遠程啟動分析儀，待其測試完畢之后數(shù)據(jù)會自動發(fā)送至效勞器端，整個測試過程的無線網(wǎng)絡拓撲構造如圖1所示。圖1整個測試流程的無線網(wǎng)絡拓撲流程圖基于GPRS的嵌入式無線控制系統(tǒng)流程水環(huán)境污染問題在全球得到了越來越多的關注，長時間飲用不合格的水可以導致多種疾病。無線通信的迅速開展為飲用水中有害離子檢測提供了一個很好的開展平臺。利用GPRS技術，基于GPRS的嵌入式無線控制系統(tǒng)實現(xiàn)了真正的在線監(jiān)控和無人值守。經(jīng)過大量的實驗，基于GPRS的嵌入式無線控制系統(tǒng)在通信信號差的情況下，仍能實現(xiàn)穩(wěn)定的遠程啟動和數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)傳送原理圖如圖2所示。每次傳輸?shù)淖疃鄶?shù)據(jù)是m，等待傳送數(shù)據(jù)n，位移是0每次傳輸?shù)淖疃鄶?shù)據(jù)是m，等待傳送數(shù)據(jù)n，位移是0傳送數(shù)據(jù)量y=〔n>m〕?m:n位移off傳送y個數(shù)據(jù)無回復.回復接收*個數(shù)據(jù)待傳送數(shù)據(jù)n=n-*，位移off=off+*n>.傳送完成NYYN圖2文本數(shù)據(jù)的發(fā)送流程圖效勞器端遠程控制與實時監(jiān)測的用戶登錄界面如圖3所示。用戶進入相應的網(wǎng)址之后，鍵入正確的用戶名、密碼和驗證碼便可登入遠距離控制與實時監(jiān)測主界面。主界面指示分析儀的通訊狀況〔正常、不正常〕，分析儀的數(shù)據(jù)發(fā)送時間，飲用水處理前后的砷、氟濃度等信息。研究人員可以點擊主界面上的開啟按鈕，遠程的啟動現(xiàn)場測試儀器，原始的數(shù)據(jù)也可以通過進一步點擊主界面進展下載。采用GPRS無線網(wǎng)絡和因特網(wǎng)建立的無線監(jiān)控系統(tǒng)，真正意義上到達了遠距離啟動和監(jiān)控。圖3效勞器端遠程控制與實時監(jiān)測的用戶登錄界面利用GPRS技術實現(xiàn)監(jiān)測儀器的遠程啟動以及測試完畢的數(shù)據(jù)的自動發(fā)送，完全實現(xiàn)無人看守和遠距離無線操控。測試的數(shù)據(jù)首先保存在現(xiàn)場測試儀器的硬盤中，之后利用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)和結果發(fā)送至中心效勞器端，測試人員能夠在實驗室環(huán)境內(nèi)有效地下載測試數(shù)據(jù)并做進一步的分析。測試人員也可以根據(jù)實際需要，在指定的時間遠程啟動分析儀，待其測試完畢之后數(shù)據(jù)會自動傳送到效勞器端。2.3無線數(shù)據(jù)傳輸與實時曲線顯示IOP控件是常用的第三方繪圖控件，它具有強大的繪圖功能，能根據(jù)需要實時繪制不同線型、不同寬度、不同顏色的曲線。它主要包含iPlot、i*YPlot和iScope三個方面的繪圖功能，iPlot顯示了該控件繪制圖表的功能。i*YPlot功能是iPlot的擴展功能，它用在當*軸的值不是一直增加或者減少的條件下，當使用它時，需要對一些繪圖特征和速度等進展設置。iScope是對基于硬件的數(shù)字模擬電路事務的直接顯示，需要數(shù)據(jù)采集卡傳輸數(shù)據(jù)與之匹配?？丶哂卸鄠€子對象接口，如通道、坐標軸等，許多重要的性質和方法都影響著控件的功能，他們分布在控件的主界面上。例如，打印機配置、背景和喜好等功能配置都分部在主界面上。通道接口和主界面接口的相似之處是它們具有一樣的文件I/O功能接口，主界面的文件接口方法和性質屬于圖表中全部外部接口，而外部接口文件接口方法屬于特定的接口。分析儀測試顯示的連續(xù)曲線如圖4所示。圖5分析儀測試顯示的連續(xù)曲線2.4無線控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)RS232又被稱做EIA-232-E，是一種工業(yè)標準，它的作用是確保各個工廠產(chǎn)品之間兼容性并于1962年發(fā)布。美國電子工業(yè)協(xié)會也規(guī)定了一個通用串行接口規(guī)*EIARS232-C。由于RS232屬于單端信號傳送，所以它的傳輸距離比較短。而且傳送時具有共模噪聲等弊端，所以RS232通常適用二十米內(nèi)的通訊。RS485繼RS232之后產(chǎn)生，它能夠彌補RS232傳送速度低和傳輸距離小等缺陷。RS485具有多點和雙向的通訊能力，發(fā)送器的動力和出錯保護機制也得到了有效的提高。因為通用串行通訊是上位機和別的硬件裝置之間產(chǎn)生通訊的常用手段，微軟公司的WINDOWS在操作系統(tǒng)下提供了多種實現(xiàn)串口通信的應用程序接口函數(shù)。串口在使用前需經(jīng)過初始化，串口的初始化操作完成以后，接下來就可以進展讀操作和寫操作。串口的讀寫函數(shù)聲明如下：BOOLReadm(HANDLEm,//串口端口的句柄LPVOIDBuffer,//設置讀取的數(shù)據(jù)的字節(jié)個數(shù)WORD，//指向一DWORD類型的數(shù)值LPDWORDNumberOfBytesRead,//重復操作時，該參數(shù)指向一個OVERLAPPED構造，如果是同步操作，該參數(shù)為空。LPOVERLAPPEDOverlapped)；BOOLWritem(HANDLEm,//串口端口的句柄LPCVOIDlpBuffer,WORDNumberOfBytesToWrite,//定義寫入字型數(shù)據(jù)的個數(shù)LPDWORDNumberOfBytesWritten,//重復操作時，該參數(shù)指向一個OVERLAPPED構造，如果同步操作，該參數(shù)為空。LPOVERLAPPEDlpOverlapped);MSM是由微軟公司開發(fā)的Windows環(huán)境下串口編程Active*控件，有了這個控件，程序員不用消耗過多時間去編寫復雜的應用程序接口〔API〕函數(shù)，使用起來非常便捷。上位機實現(xiàn)對蠕動泵的準確控制，需要建立合理完善的通訊控制協(xié)議。外控接口DB15-2連接的是485-B；DB15-3連接的是485-A。通訊協(xié)議的幀格式為flaghead〔幀首〕+address+length+pdua+fcsb。其中flaghead以E9H作幀首，傳輸時，幀頭以后的所有內(nèi)容中，假設出現(xiàn)E8H，則以E8H、00H代替。假設出現(xiàn)E9H，則以E8H、01H代替。接收時將E8H、00H恢復為E8H，將E8H、01H恢復為E9H。address為一個字節(jié)的地址，*圍是1～31；length代表pdua的字節(jié)個數(shù)；fcsb為address、length、pdua的異或。pdua應用層編碼數(shù)據(jù)的局部內(nèi)容如下：〔1〕讀取運行參數(shù)：RJ應答：RJ+速度2byte+滿速、運行狀態(tài)1byte+正反轉1byte〔2〕設置設備地址：WID+新地址1字節(jié)應答：WID〔3〕讀取設備地址：RID應答：RID，addr只能是泵的地址〔1-30〕。用于驗證所設地址的正確性。在通訊協(xié)議中W、R、J、I、D分別對應ASCII碼值57H、52H、4AH、49H、44H；轉速高字節(jié)在前，低字節(jié)在后，最高轉速為50.0rpm，即01F4H；全速、啟停狀態(tài)字節(jié)中的BIT0表示啟停狀態(tài)位，1表示運行，0表示停頓；BIT1表示全速狀態(tài)位，1表示全速運行，0代表正常運轉；真反轉字節(jié)中，BIT0為正反狀態(tài)位，1代表正轉，0代表反轉；address位自定義為1。例如，設定蠕動泵(地址02)為正轉，速度是25轉每分鐘，指令是：E90206574A00FA0101E3。注射泵可以通過RS-232或RS-485兩種接口方式和上位機進展通訊，它支持兩種通訊協(xié)議，一種是OEM協(xié)議，另一種叫DT〔終端〕協(xié)議。OEM協(xié)議提供了增強的錯誤校驗，即采用了校驗和序號，OEM協(xié)議如表3.2。其中，每幀數(shù)據(jù)以ST*為幀頭，ET*為幀尾，校驗和是整個數(shù)據(jù)塊的終止。泵的地址從31H-3FH；序號為定值31H；數(shù)據(jù)塊由命令和參數(shù)構成，全部用ASCII表示，低位在后，高位在前，如I1000:5字節(jié)，表示為4931303030。校驗和是數(shù)據(jù)串中最后一個字符，是從ST*到ET*所有數(shù)據(jù)的異或(包括ST*、ET*)。蠕動泵的常用控制命令解析如下：E90106574A01F40101EF，其中E9H作幀頭，首個01H表示地址，06H代表pdu的長度，57H、4AH分別是W、J的ASCII碼值，01F對注射泵控制，首先要輸入固定命令0231315A520309，02H代表一幀數(shù)據(jù)的開場，31H表示泵的地址，第二個31H是定值，5AH是Z的ASCII碼值表示初始化活塞，52H是R的ASCII碼值表示執(zhí)行當前命令，03H代表一幀數(shù)據(jù)的結尾，09H是從ST*到ET*所有數(shù)據(jù)的異或(包括ST*和ET*)。將注射泵的閥移動到輸入位置并抽取砷標準液然后排出需要執(zhí)行命令：0231314941313030304F4130520364，其中02H代表一幀數(shù)據(jù)的開場，31H表示泵的地址，第二個31H是定值，49H是I的ASCII碼值表示移動閥到輸入口位置，41H是A的ASCII碼值表示命令移動活塞到絕對位置，31H、30H、30H、30H分別是字符1、0、0、0的ASCII碼值，4FH是O的ASCII碼值表示移動閥到輸出口位置，41H是A的ASCII碼值表示命令移動活塞到絕對位置，30H是字符0的ASCII碼值，52H是R的ASCII碼值表示執(zhí)行當前命令，03H代表一幀數(shù)據(jù)的結尾，64H是從ST*到ET*所有數(shù)據(jù)的異或(包括ST*和ET*)。結論實時監(jiān)測飲用水中有害離子的含量在生態(tài)環(huán)境檢測、臨床、食品方面具有極其顯著的意義，對人們的生活**極其重要?；贕PRS技術的嵌入式無線控制系統(tǒng)在具有操控簡單、低本錢、針對性強、檢測精度高，全自動程度高等優(yōu)點的同時，可以到達無人看守和遠距離無線操控，使飲用水中有害離子的現(xiàn)場實時快速監(jiān)測成為可能。測試的數(shù)據(jù)首先保存在現(xiàn)場測試儀器的硬盤中，之后利用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)和結果發(fā)送至中心效勞器端，測試人員能夠在實驗室環(huán)境內(nèi)有效地下載測試數(shù)據(jù)并做進一步的分析。測試人員也可以根據(jù)實際需要，在指定的時間遠程啟動分析儀，待其測試完畢之后數(shù)據(jù)會自動傳送到效勞器端。參考文獻SaterlayAJ,FoordJS,ptonRG.Sono-cathodicstrippingvoltammetryofmanganeseatapolishedboro