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基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究
李曉麗 周曉革 王署光 2022/9/7 15:08:19
（接上頁(yè)）設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)選取嵌入式ARM核心控制芯片作為核心控制器，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)通信電源設(shè)備作業(yè)狀況的采集進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，借助GPRS DUT無(wú)線通信模塊，將通信電源設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)狀況信息發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)通信電源設(shè)備作業(yè)狀況的無(wú)人實(shí)時(shí)監(jiān)控[9]。根據(jù)設(shè)備作業(yè)狀況，下達(dá)不同的操控命令，再由無(wú)線通信模塊將消息發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)控制終端，在ARM芯片控制下，對(duì)通信電源設(shè)備作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。如圖1所示為系統(tǒng)總體架構(gòu)。
圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)
該系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)控制終端、GPRS DUT無(wú)線通信模塊、監(jiān)控終端3部分組成。其中，現(xiàn)場(chǎng)控制終端主要包括通信電源設(shè)備、霍爾傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、ATS控制模塊、ARM核心控制芯片，在ARM芯片的作用下，對(duì)霍爾傳感器的作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)通信電源設(shè)備作業(yè)狀態(tài)信息的采集，而后運(yùn)用A/D轉(zhuǎn)換模塊，對(duì)信號(hào)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到直流電源信號(hào)，而后發(fā)送至ARM芯片，再由該芯片發(fā)送至無(wú)線模塊。系統(tǒng)中含有兩部分無(wú)線模塊，分別配備在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集終端和監(jiān)控終端。當(dāng)信號(hào)從現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集終端傳輸至監(jiān)控終端時(shí)，位于監(jiān)控終端的無(wú)線模塊將把接收到的信號(hào)發(fā)送至服務(wù)器，經(jīng)過(guò)處理傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。根據(jù)通信電源設(shè)備操控需求，設(shè)置正常作業(yè)參數(shù)范圍。將采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)與此范圍進(jìn)行對(duì)比，如果在此范圍之內(nèi)，再繼續(xù)采集信號(hào)，如果超出此范圍，則認(rèn)為當(dāng)前設(shè)備作業(yè)異常，需要立即采取處理。為了便于控制，本系統(tǒng)設(shè)置了幾種常見的問(wèn)題及操控措施，如果超出問(wèn)題范圍，則需要管理人員下達(dá)操控命令。關(guān)于操控命令的下達(dá)，通過(guò)GPRS DUT模塊發(fā)送至ARM芯片，而后驅(qū)動(dòng)ATS模塊，對(duì)通信電源設(shè)備的操控下達(dá)命令，從而達(dá)到控制設(shè)備作業(yè)狀態(tài)的目的。
三、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)
1、系統(tǒng)信息采集模塊設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)選取Tiny6410芯片作為ARM核心處理器，該芯片采用串聯(lián)方式，建立與ATS、A/D、GPRS DUT模塊之間的通信連接，實(shí)現(xiàn)操控命令的下達(dá)。其中，信息采集模塊的設(shè)計(jì)，以通信電源設(shè)備作業(yè)狀態(tài)作為信息采集對(duì)象，利用ARM處理器向霍爾傳感器下達(dá)設(shè)備作業(yè)狀態(tài)采集命令，該命令由ARM處理器直接發(fā)送。當(dāng)霍爾傳感器接收到信號(hào)采集命令時(shí)，立即開啟信號(hào)采集模式，根據(jù)設(shè)定的信號(hào)采集周期要求和信號(hào)發(fā)送要求，確定信號(hào)采集頻率和發(fā)送時(shí)間。為了便于分析，本系統(tǒng)將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，在A/D模塊的轉(zhuǎn)換下，將采集到的設(shè)備作業(yè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，發(fā)送至ARM控制器芯片中。這個(gè)信號(hào)采集控制命令的發(fā)出和信號(hào)的接收過(guò)程就是系統(tǒng)信息采集模塊的作業(yè)原理。
2、系統(tǒng)通信模塊設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)利用GPRS DTU模塊創(chuàng)建現(xiàn)場(chǎng)終端和監(jiān)控終端的通信連接，關(guān)于該模塊的作業(yè)原理如圖2所示。
圖2 GPRS DTU通信原理
該模塊借助GSM基站、internet網(wǎng)絡(luò)，完成消息的傳輸，在此過(guò)程中涉及到的主要模塊包括GSM基站、SGSN模塊（服務(wù)GPRS作業(yè)支持節(jié)點(diǎn)，英文全稱Serving GPRS support nod，）、GPRS網(wǎng)絡(luò)、GGSN模塊（網(wǎng)關(guān)GPRS作業(yè)支持節(jié)點(diǎn)，英文全稱Gateway GPRS support node）、internet網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程服務(wù)器。GPRS DTU模塊作業(yè)過(guò)程中，將采集到的直流信號(hào)采取分組處理，形成多個(gè)GPRS分組，而后獨(dú)立發(fā)送至GSM基站。為了創(chuàng)造GPRS網(wǎng)絡(luò)作業(yè)條件，本設(shè)計(jì)方案添加了SGSN模塊和GGSN模塊，前者用來(lái)為GPRS網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)封裝服務(wù)，后者借助網(wǎng)關(guān)，對(duì)GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采取集中處理，通過(guò)internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器，再由服務(wù)器發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。
3、系統(tǒng)監(jiān)控終端設(shè)計(jì)
系統(tǒng)監(jiān)控終端主要由3部分組成，分別是GPRS DTU模塊、服務(wù)器、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。其中，服務(wù)器起到了數(shù)據(jù)接收和處理作用，在VB6.0軟件環(huán)境中，開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和訪問(wèn)程序，從而為遠(yuǎn)程監(jiān)控中心提供分析數(shù)據(jù)。為了便于管理，本系統(tǒng)監(jiān)控終端對(duì)數(shù)據(jù)類別加以劃分，運(yùn)用ADO技術(shù)訪問(wèn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，分別調(diào)用不同類別數(shù)據(jù)表，獲取完整的通信電源監(jiān)控信息。
4、系統(tǒng)通信協(xié)議與作業(yè)指令
（1）系統(tǒng)通信協(xié)議
本系統(tǒng)通過(guò)設(shè)計(jì)通信協(xié)議來(lái)控制信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸及識(shí)別，包括前導(dǎo)符、包序號(hào)符、采集站名稱、采集時(shí)間、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、CRC。其中，前導(dǎo)符長(zhǎng)度占據(jù)1個(gè)字節(jié)，起始字節(jié)為0；包序號(hào)符長(zhǎng)度占據(jù)10個(gè)字節(jié)，起始字節(jié)為2；采集站名長(zhǎng)度占（未完，下一頁(yè)）
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