關(guān)鍵字:通用分組無線業(yè)務(wù);模數(shù)轉(zhuǎn)換;傳感器;數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)傳輸
0 引言
金屬或非金屬礦山開采出的礦石,經(jīng)選廠選出有價值的精礦后產(chǎn)生砂一樣的“廢渣”,叫做尾礦。尾礦庫是金屬與非金屬礦山安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),也是該領(lǐng)域的重大危險源之一,作為具有高勢能的人造泥石流危險源,其一旦發(fā)生事故,將會給下游人民生命財產(chǎn)安全造成巨大損失,給當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成嚴重污染,給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定也帶來嚴重的負面影響。尾礦庫的安全監(jiān)測對于加強尾礦庫的安全監(jiān)管,把握尾礦庫的安全現(xiàn)狀,減少尾礦庫的事故發(fā)生等具有重要意義。當(dāng)前,我國尾礦庫安全運行的主要技術(shù)參數(shù)如壩體形變位移、庫水位、浸潤線埋深等,均由人工定期用傳統(tǒng)儀器到現(xiàn)場進行測量,安全監(jiān)測工作量大、受天氣、人工、現(xiàn)場條件等許多因素的影響,存在一定的系統(tǒng)誤差和人工誤差。同時,人工監(jiān)測還存在不能及時監(jiān)測尾礦庫的各項技術(shù)參數(shù),難以及時掌握尾礦庫各項安全技術(shù)指標等缺點,這些都將影響尾礦庫的安全生產(chǎn)和安全管理水平。
1 系統(tǒng)的總體框圖
1.1 系統(tǒng)監(jiān)測的參數(shù)
系統(tǒng)可以分別進行浸潤線監(jiān)測、壩體內(nèi)部變形監(jiān)測、水位監(jiān)測、降雨量監(jiān)測。
1.2 系統(tǒng)框圖
在礦部控制中心內(nèi),配置GSM調(diào)制解調(diào)器1臺、監(jiān)控主機1臺、管理主機1臺,管理主機內(nèi)安裝信息管理軟件及數(shù)據(jù)分析軟件,監(jiān)控主機內(nèi)安裝數(shù)據(jù)采集軟件。前端采集設(shè)備通過公網(wǎng)到監(jiān)控主機進行通訊,將所有傳感器的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控主機,管理主機對所有數(shù)據(jù)進行分析、管理,如圖1所示。
本設(shè)計系統(tǒng)是利用MCS-51單片機,通過溫度、位移、水位等傳感器采集的信號,經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換,將信息傳送到GPRS移動通信的基站。它通過移動網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)GPRS無線網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)互聯(lián)。GPRS移動網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)或信息通過網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng),而后Internet基于IP協(xié)議,通過路由將數(shù)據(jù)包直接傳送到指定IP的礦部控制中心的監(jiān)控主機上。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器接收到信息后及時顯示且將數(shù)據(jù)貯存到指定的數(shù)據(jù)庫文件中。
2 系統(tǒng)通信的實現(xiàn)
2.1 建立系統(tǒng)通信的主要部件
(1)MCS-51系列單片機功能強,內(nèi)存較大。
(2)GPRS模塊。系統(tǒng)采用利事達信息技術(shù)有限公司開發(fā)的GPRS模塊LT8030,采用標準的RS 232接口,用戶可以通過單片機或其他CPU的UART口,使用相應(yīng)的AT命令對模塊進行控制,達到輕松進入GPRS網(wǎng)絡(luò)的目的。
(3)服務(wù)器。建立SOCKET連接必須具有公網(wǎng)的IP地址,故應(yīng)保證礦部控制中心計算機連接到Internet并且取得公網(wǎng)IP地址。在單片機對GPRS模塊控制之前,服務(wù)器端需運行SOCKET端口監(jiān)聽程序,并且設(shè)為監(jiān)聽狀態(tài),端口號也要設(shè)定,例如port:1024。
2.2 系統(tǒng)通信的主要實現(xiàn)過程
(1)通過AT指令初始化GPRS無線模塊,使之附著在GPSR網(wǎng)絡(luò)上,獲得網(wǎng)絡(luò)運營商動態(tài)分配的GPRS終端IP地址,并與目的終端建立連接。
(2)通過串口0擴展MAX232標準串口和外部控制器(例如數(shù)據(jù)采集端)連接,外部控制器端接出標準串口,按照約好的協(xié)議可很容易利用本設(shè)計的控制器進行通信。
(3)復(fù)用P1.2和P1.3,也就是串口1分別和GPRS模塊的TXD0和RXD0連接,通過軟件置位完成對MC35的初始化和控制GPRS模塊的收發(fā)數(shù)據(jù)。礦部控制中心的接收服務(wù)器支持兩種接入方式:一種是通過非對稱數(shù)字用戶線路(Asymmetrieal Digital Sub setiber Line,ADSL)/局域網(wǎng)(LAN)/公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(Pu blic Swi tched Telephone Network,PSTN)/ISDN(Integrated services digital network)直接接入Internet。此時,發(fā)送接收服務(wù)器的動態(tài)IP地址或固定IP地址。如果接收服務(wù)器處在局域網(wǎng)內(nèi),可以使用第二種接入方式——即通過支持SOCKET的代理服務(wù)器接入Internet。此時發(fā)送的將是代理服務(wù)器的公網(wǎng)IP地址。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
系統(tǒng)硬件電路圖如圖2所示。
(1)AT89C52單片機是一個低電壓,高性能CMOS8位單片機,片內(nèi)含8 KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(EPROM)和128 B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),器件采用美國Atmel公司的高密度、不易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標準MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器和FLASH存儲單元,內(nèi)置功能強大的微型計算機的AT89C52提供了高性價比的解決方案。本設(shè)計采用11.059 2 MHz晶體振蕩器,通過定時器設(shè)置使之與GPRS模塊的通信頻率(9 600 Hz)一致。
(2)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)采集。ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器,可與AT89C52單片機直接相連。ADC0809轉(zhuǎn)換器的片選信號右P2.7線選控制,其通道地址INO~IN7分別為7FF8H~7FFFH。當(dāng)單片機產(chǎn)生寫信號時,則由一個或非門產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器的啟動信號START和地址鎖存信號ALE(高電平有效),同時將地址總線送出的通道地址A,B,C鎖存,模擬量通過被選中的通道送到A/D轉(zhuǎn)換器,并在START下降沿時開始逐位轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時,轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC變成高電平,經(jīng)反相器后,可向CPU發(fā)中斷請求。當(dāng)單片機產(chǎn)生讀信號時,則由一個或非門產(chǎn)生OE輸出允許信號(高電平有效),將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入單片機。
(3)GPRS模塊。設(shè)計中所采用的是LT8030 GPRS IP Modem。LT8030基于SIEMENS的MC35 GPRS模塊,并且內(nèi)嵌了完整的TCP/IP協(xié)議,為用戶提供更簡單的網(wǎng)絡(luò)接口。LT8030采用的GPRS技術(shù)無縫覆蓋、永遠在線和按流量計費。
LT8030內(nèi)部包含兩個主要部分:IP部分和GPRS模塊。他們之間是串口連接(Serial 2)。用戶上位機與LT8030也是串口連接(Serial 1)。這兩個串口連接可以進行獨立配置和操作,LT8030內(nèi)嵌了完整的TCP/IP協(xié)議族,包括TCP,UDP,F(xiàn)TP,PPP,TELNET,HTTP,Web Server,SMTP,POP3等。內(nèi)嵌的TCP/IP使LT8030有了訪問Internet的能力。
LT8030有兩種傳輸模式通過軟件切換。LT8030在處于不同的傳輸模式時,數(shù)據(jù)的流向也有所不同。當(dāng)用戶使用AT指令集時,LT8030自動進入透明傳輸模,用戶應(yīng)用可以直接訪問GPRS模塊,用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過Serial 2直接進入GPRS模塊;當(dāng)用戶使用AT+i指令集時,LT8030自動進入非透明傳輸方式,用戶數(shù)據(jù)從Serial 1進入LT8030后,由IP部分打成TCP/IP包,再經(jīng)Serial 2發(fā)送給GPRS模塊,GPRS再包裝成GPRS數(shù)據(jù)包傳送到GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)。在遠程終端,用戶數(shù)據(jù)被數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集并處理后送入LT8030(通過AT+i命令接口)。
LT8030首先將數(shù)據(jù)打包成TCP/IP數(shù)據(jù)包,再轉(zhuǎn)換成GPRS數(shù)據(jù)包,通過無線鏈路傳送到無限數(shù)據(jù)交換中心(MDEC)。MDEC剝離GPRS數(shù)據(jù)包,并通過網(wǎng)關(guān)將TCP/IP數(shù)據(jù)包傳送到Internet。中心通過Socket套接字接受TCP/IP數(shù)據(jù)包,并把它還原成原始數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)由中心到終端方向時,情況是一樣的。
(4)LT8030的連接:單片機通過電平轉(zhuǎn)換電路MAX232與GPRS模塊連接,MAX232用于串行通信接口與RS 232通信接口之間的電平轉(zhuǎn)換。
4 軟件部分的設(shè)計
4.1 軟件實現(xiàn)流程
本系統(tǒng)的前端機的軟件設(shè)計采用C51編程,服務(wù)器監(jiān)聽軟件是采用C語言編程,數(shù)據(jù)庫是采用微軟的Access數(shù)據(jù)庫。軟件實現(xiàn)首先是通過對整個硬件系統(tǒng)的初始化,然后進行數(shù)據(jù)的采集,并在數(shù)碼管中顯示出數(shù)據(jù)。最后通過AT指令,建立連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。
4.2 有關(guān)的GPRS AT指令介紹
(1)基本設(shè)置
(2)SOCKET設(shè)置
下面是建立一個TCP通訊的例子。
5 結(jié)語
基于GPRS的尾礦庫的遠程監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn),是通過傳感器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電壓(0~5 V)傳輸?shù)紸DC0809中,進行采樣和量化,轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)據(jù),同時將數(shù)據(jù)貯存到單片機中,通過單片機通信串口傳輸給GPRS模塊,單片機通過AT指令初始化GPRS無線模塊,使之附著在GPRS網(wǎng)上,獲得網(wǎng)絡(luò)運營商動態(tài)分配給GPRS終端的IP地址,并與目的終端或服務(wù)器之間建立連接,實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)通信。該系統(tǒng)為尾礦潰壩的應(yīng)急指揮提供一種準確實時、成本低廉、全天候的監(jiān)測手段。