1 引言

　　隨著數(shù)據(jù)采集及其應用技術的發(fā)展和廣泛應用，稱重數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也趨于高精度、高速度、穩(wěn)定可靠和集成化方向發(fā)展。目前，大多數(shù)稱重系統(tǒng)都是獨立的，只能用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和存儲，這對使用儀表較多的企業(yè)不利于集中化管理。因此，迫切需要網(wǎng)絡遠程管理和監(jiān)控。這里提出了一種基于GPRS的遠程稱重數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用稱重儀表嵌入的GPRS通信模塊，將儀表采集的重量數(shù)據(jù)通過無線方式接入Interact，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。該系統(tǒng)非常適用于工礦企業(yè)稱重設備的集中化管理和維護。

　　2 系統(tǒng)整體方案

　　通用無線分組業(yè)務(General Packet Radio Service，簡稱GPRS)是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術，可為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務。其理論帶寬可達1712 Kbit，實際應用帶寬約40～100 Kbit，信道可以提供TCP／IP連接，用于Interact連接和數(shù)據(jù)傳輸。GPRS永遠在線，按流量計費，可提供一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務，特別適用于間斷的、突發(fā)性、頻繁的、點多分散、中小流量的數(shù)據(jù)傳輸。通過中國移動的GPRS網(wǎng)絡系統(tǒng)將現(xiàn)場儀表(采集單元)的數(shù)據(jù)實時傳遞到監(jiān)控中心，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的統(tǒng)一監(jiān)控和分布式管理。
GPRS無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結構如圖l所示，帶GPRS功能的稱重儀表將數(shù)據(jù)整理，經(jīng)協(xié)議封裝后，通過RS232串口發(fā)送到嵌入式GPRS模塊，GPRS模塊對數(shù)據(jù)TCP／IP打包，再將數(shù)據(jù)發(fā)送到中國移動的GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，再通過GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送至Interact，監(jiān)控中心計算機還原數(shù)據(jù)包所需的數(shù)據(jù)結果，實現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)和監(jiān)控中心系統(tǒng)的實時在線連接。

　　在GPRS無線通訊中，作為用戶數(shù)據(jù)傳輸目的地的數(shù)據(jù)中心計算機在Intemet需要使用固定IP，由于國內固定IP數(shù)量有限，所以多數(shù)使用動態(tài)域名作為數(shù)據(jù)中心計算機的IP地址。對于動態(tài)域名，需要通過域名服務器將動態(tài)域名解析成數(shù)據(jù)中心計算機的IP地址。因此，如果沒有固定IP地址，則必須用動態(tài)域名解析計算機IP地址的方法來實現(xiàn)。

　　3 硬件電路設計

　　圖2為系統(tǒng)設計的硬件電路結構圖。將GPRS模塊(帶有SIM卡)固定在儀表內，并與單片機相連，單片機使用AT命令通過RS232接口與GPRS模塊通信。其工作原理：通過RS232接口接收單片機串口數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)打包成IP包，由GPRS模塊接入GPRS網(wǎng)絡，由各種網(wǎng)關和路由將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)管理中心。

　　3．1 微處理器

　　3．2 外部信號采集和看門狗電路

　　由于稱重儀表需具有高精度，這里采用外接A/D轉換器采集電路，選用CS5532器件。該器件是一款具有極低噪音、多通道型A/D轉換器。CS5532采用電荷平衡技術和極低噪聲的可編程增益斬波穩(wěn)定測量放大器，可得到高達24位分辨率的輸出結果，精度高，動態(tài)特性寬，是其他同類A/D轉換器所無法比擬的。外部信號采集電路如圖3所示。

　　為了提高儀表的抗干擾能力，增強儀表的穩(wěn)定性，采用外部看門狗復位電路，故選用FN33256，該器件具有電源及看門狗低有效復位輸出；可編程低電壓復位門限；手動復位輸入；可編程看門狗計數(shù)器；256 K字節(jié)的非易失性存儲器用于存儲儀表參數(shù)；電池供電?？撮T狗復位電路如圖4所示。

　　3．3 GPRS無線模塊

　　GPRS無線模塊選用SIEMENS公司的MC55，該器件主要特點：尺寸緊湊(35 mmx32．5 mmx2．95 mm)，僅重5．5 g；雙三頻工作模式：900 MHz，1 800 MHz和1 900 MHz(MC55)；850MHz，l 800 MHz和1 900 MHz(MC56)；語音和數(shù)據(jù)傳輸功能；GPRS標準．支持PBCCH；勾嵌TCP／IP協(xié)議棧。該模塊性能穩(wěn)定、可靠、操作方便，其電路如圖5所示。

　　整個系統(tǒng)首先必須讓MC55上電，上電是由MC55的IGT引腳電平控制．其輸出電平由軟件設置。IGT引腳接單片機的P1．0口，EMERGOFF引腳PO．0。需要注意的是：單片機上電引腳輸出高電平，MC55的EMERGOFF引腳被拉低，導致無法上電，所以上電后需設置P0．0引腳輸出低電平。

　　為了接通MC55，IGT引腳信號保持低電平至少100 ms，且比VDD引腳的下降沿延遲至少10 ms如圖6。這樣開漏驅動可避免電流流人該引腳。如果配置固定波特率，MC55發(fā)送SYNC以指示模塊上電完畢。而當配置在自動波特率時，則無該指示。MC55上電步驟如下：IGT引腳當UBATT+超過3 V時才操作；IGT引腳要比VDD的下降沿至少延遲10 ms后才開始操作；URATT+超過3 V并保持10 ms后，IGT變?yōu)榈碗娖剑蚁陆笛氐某掷m(xù)時間不能超過l ms；啟動模塊還需額外100 ms；確保驅動IGT時UBATT+不低于3 V；如果VDDLP引腳是外部電源供電，IGT引腳在UBATT+的上升沿之前已是HiZ。

　　4 系統(tǒng)軟件設計

　　4．1 RTX51及部分程序

　　當處理、調度多個任務，選用嵌入式實時操作系統(tǒng)是最佳方案。因此該系統(tǒng)采用RTX51 Tiny操作系統(tǒng)。它是一種小型多任務實時操作系統(tǒng)(RTOS)，運行速度快，對硬件的要求不高，使用方便靈活。該操作系統(tǒng)最多可支持16個任務，完全可以在沒有外部存儲器的8051系統(tǒng)中運行。

　　RTX51 Tiny的程序采用標準的C語言構造，由Keil C51編譯器編譯。用戶可以容易定義任務函數(shù)，而無需配置復雜的棧和變量結構，只需配置一個包含指定的頭文件即可。部分程序代碼如下所示：

　　4．2 終端軟件實現(xiàn)

　　系統(tǒng)上電后首先初始化單片機，設置串行口的波特率和定時器；然后初始化CS5532、FM33256看門狗等外部器件；接著執(zhí)行MC55上電，然后初始化MC55。系統(tǒng)程序流程如圖7所示。

　　該系統(tǒng)的主要任務為采集傳感器的信號，完成稱重任務。A／D采集信號采用中斷方式，數(shù)據(jù)采集完成后產(chǎn)生中斷，然后啟動重量計算任務。串口0與MC55相連，通過AT命令與MC55通訊，使之附著在GPRS網(wǎng)上，檢查諸如SIM卡情況，GPRS網(wǎng)絡信號強度，獲得網(wǎng)絡運營商動態(tài)分配給GPRS終端的IP地址，并與控制中心或服務中心建立連接。

　　主程序采用中斷加輪詢方式，采用中斷觸發(fā)方式接收被控設備發(fā)送的數(shù)據(jù)，并設置接收緩存區(qū)來暫存數(shù)據(jù)。當中斷觸發(fā)接收完數(shù)據(jù)后，啟動數(shù)據(jù)處理任務。根據(jù)接收的命令回復服務器，其命令形式主要分為讀數(shù)據(jù)命令和儀表維護命令。

　　5 試驗數(shù)據(jù)

　　表1是稱重儀表在有無GPRS通訊情況下的幾組試驗記錄。該試驗用于檢測在儀表的標定和調零過程中，GPRS通訊是否影響設備精度，從試驗數(shù)據(jù)分析，該系統(tǒng)能正常運行。經(jīng)過大量的試驗，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，遠程無線傳輸速度快且具有極低的誤碼率，數(shù)據(jù)訪問延遲時間一般情況約為6 s。由于采取了外部電源監(jiān)視和看門狗電路，系統(tǒng)能夠有效地抗擊外部干擾信號。

　　6 結語

　　該系統(tǒng)是以C8051F單片機為核心，采用高精度A／D轉換器和外部看門狗電路，通過控制MC55實現(xiàn)GPRS業(yè)務的數(shù)據(jù)傳輸功能，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、可靠性。該系統(tǒng)設計適用于工礦企業(yè)稱重設備的聯(lián)網(wǎng)，具有很好的應用前景。 

　　微處理器是系統(tǒng)設計的核心，其性能的好壞直接決定稱重系統(tǒng)的準確性，穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)該系統(tǒng)設計對精度和實時性的要求，故選用C805lF02l型單片機。它具有64KB的片內Flash和4 KB的片內RAM，考慮到存儲的數(shù)據(jù)量需擴展一個外部存儲器。該器件還具有32個數(shù)字I／O接口，12位分辨率的A／D轉換器，3個16位的計數(shù)器／定時器，兩個全雙工的UART接口，串口0與GPRS模塊的連接實現(xiàn)通訊，串口1與RS485連接，實現(xiàn)與其他串行控制終端的通訊，從而增強稱重儀表功能。