基于GPRS的除尘器远程监控系统

2010-09-25周凤星

通信技术 2010年7期

罗丹，周凤星

（武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心，湖北武汉 430081）

0 引言

袋式除尘器是一种干式滤尘装置。它广泛应用于消除粉尘污染，改善环境，回收物料等。袋式除尘器除尘效率高，使用灵活，结构简单，运行比较稳定，初投资较少，维护方便。随着国家环保排放标准的日益严格，袋式除尘器的应用越来越广。

在除尘器监控系统中，常常需要对设备进行实时监测，大部分监测数据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。由于监测点分散，分布范围广，而且大多设在环境恶劣的地区，通过电话线传送数据往往事倍功半。以 GPRS为基础的无线数据应用为实现远距离的数据传输和监控提供了一种新的技术手段。现将介绍一种基于 GPRS无线方式实现远程监控系统的解决方案。

1 系统构成

现有的远程监控系统都采用“控制中心——现有网络——监控站”的构建模式。该远程监控系统的构成如图1所示。

图1 基于GPRS的袋式除尘器远程监控系统

该系统集数据实时采集、网络无线远程传输、数据库实时存储、阈值报警等功能于一体，使用户能实现不定时、不定点的对除尘器远程监控。通过对系统基本要求的分析和运行成本的权衡，选取以普通微机为上位机，作为人机交流窗口；以51单片机、A/D采样外围电路为下位机，作为数据来源；以普通串口GPRS模块和Internet网络作为传输媒介，实现数据传输。下位机通过RS232串口与GPRS模块连接，采集到的数据经过协议封装发送到 GPRS无线网络，通过网络将其传送至上位机。上位机接收到远程的数据后，对数据进行分析，根据参数情况进行相应的回应[1]。

2 上位机的组成和实现方法

袋式除尘器远程监控系统的上位机部分，其主要功能是构造一个友好的人机界面，将除尘器需要监控的参数实时的显示给工作人员，让工作人员能够很方便、直观地查询历史数据，为日后的故障检测提供有力的判断依据。根据需求，上位机需要涉及到串口编程，数据库编程，动态图表控件绘制编程，表格绘制编程，HTML格式的帮助文件的制作等方面。

2.1 串口通信模块

串行通信在硬件上容易实现，在软件上也有很大的优势。VC++6.0为串行通信提供了非常丰富的编程资源。利用VC中提供的串口类可以实现如：打开、关闭串口，配置串口，读写串口，拥塞控制，超时控制等操作，能很容易的实现串口的通信和通信时错误的处理。由于该监控系统是基于对话框的程序，所以选用利用MSComm控件串口编程方式。

2.2 MSComm控件介绍

MSComm是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，它通过串行端口传输和接受数据，为应用程序提供串行通信功能。MSComm控件串口编程可由以下一组动作序列组成：在当前工程中插入 MSComm控件，并为控件创建变量；初始化并打开串口；捕捉串口事件；串口读写；关闭串口。

2.3 ADO数据库模块

ADO（ActiveX Date Object）是Microsoft数据库应用程序开发的接口，是建立在OLEDB之上的高层数据库访问计数。ADO技术可以用来构造可复用的框架，能够访问关系数据库、非关系数据库及所有的文件系统。

2.4 数据库动态显示和静态显示模块

该监控系统采用CHART控件来实现数据库的动态显示，将所有的历史数据放到坐标系中，采样时间为横坐标，采样值为纵坐标，所有数据的变化趋势一目了然。图表格式可以自由选择，可以使二维或三维图表，灵活多变，满足大多数场合的需要。

ADO数据库静态显示也是通过VC++6.0中的ActiveX控件来实现的。VC6.0中定义了一些ActiveX控件来更好的处理、显示数据库。该监控系统就是采用MSFlexGrid控件来静态地显示数据库。此控件可以显示网络数据，也可以对其进行操作。

3 下位机的组成和实现方法

3.1 数据采集部分

下位机系统放在现场，和除尘器上的传感器相连，通过系统中的A/D采样电路将各个传感器的值分别采集进来，数据通过简单的处理后，利用 GPRS模块通过网络将数据传送出去。本下位机系统使用6个传感器进行采样，6个数据采样点分别为：进气口风速、出气口风速、烟气温度、箱体温度、箱内压力和进气口出气压力。

3.2 数据传输部分

考虑到系统的稳定性，该系统选用的 GPRS模块是西门子的 MC55模块，这款无线模块是当今市场上尺寸最小的三频模块。它是可以工作在 EGSM900 MHz、EGSM1800 MHz、EGSM1900 MHz的无线通信模块。体积小、重量轻、功耗低。该模块是GPRS的B类通信模块，支持语音通信，具有GPRS和CSD两种数据传输方式以及SMS和FAX功能。MC55模块内置了TCP/IP协议栈，开发过程中无需对模块编写通信协议，直接通过AT指令进行控制以接入Internet，从而使数据传输开发变得简单方便，节约了开发成本，节省了开发周期。MC55模块具有50个管脚的板件连接器来与电路板进行连接，通过串口与单片机进行指令与数据交互[2]。

该系统中的监测站的主要功能是对现场数据的采集和发送，数据量流量较小，所以该系统选用51系列单片机来负责数据的采集和控制。

51单片机控制A/D转换器将传感器采集的模拟量转换为数字量，通过RS-232串行接口对GPRS模块设置参数和数据的读取。通过其标准串口与MC55模块的主异步收发器相连，单片机的P2.2与MC55模块的引脚IGT相连，用于启动MC55模块，P2.0与模块的引脚VDD相连，用于判断MC55模块是否正常启动。电源对GPRS模块非常重要，所以由实时钟控制定时用AT指令“AT^SMSO”关闭MC55模块。连接电路如图2所示[3]。

图2 MC55与51单片机连接示意图

3.3 软件部分设计

3.3.1 单片机控制MC55的AT命令

MC55模块的软件部分对外提供了一个控制系统操作的AT命令集,模块接收来自串口的AT命令,解释并执行相应的操作,实现无线模块的对应功能。MC55根据AT命令来完成自身初始化、数据传输、语言传输及短消息服务等[4]。

单片机对MC55也是通过串口的AT指令集进行命令、通讯控制的。单片机控制MC55的AT命令有：

① AT^SICS用于创建一个连接配置文件,可配置标号从0开始的6个连接,连接类型可配置为CSD或GPRS；

②AT^SISS 用于创建一个基于某种连接类型的服务配置文件，共有10 个服务配置可以使用；

③AT^SISO是在创建连接配置文件和服务配置文件后，用于打开internet session，并等待URC；

④AT^SISR、AT^SISW 是在以上操作都执行后，用来验证操作是否正确的命令。其中AT^SISR 用于读取数据，AT^SISW 写入数据；

⑤ 网络服务状态查询命令AT^SISI = 2，查询服务2的网络连接状况及数据收发情况；

⑥ 关闭网络服务命令：AT^SISC = 2。

3.3.2 数传终端的软件实现

为了方便调试、维护和移植，无线终端软件设计遵循模块化设计思想。无线终端软件主要分为系统初始化模块、建立连接模块、数据传输模块、断开连接模块四部分。系统程序流程图如图3所示。

图3 袋式除尘器远程监控系统程序流程

开机上电之后，程序在主函数中运行，51单片机和MC55模块分别进行初始化，51单片机的初始化主要包括设置串口工作方式、波特率并初始化变量参数和标志位；MC55模块的初始化包括启动模块、设置GPRS上网模式及串口中断准备接收数据。建立连接后，一方面，MC55模块进入数据传输模式，它接受主站服务器发来的命令或数据并通过串口发给单片机，单片机根据主站的命令进行相应的处理；另一方面，单片机通过RS232串行口接受外部终端发来的数据或请求并通过另一个串行口发给MC55，MC55就会把数据发发送给相应的IP地址的PC机[5]。