基于ARM7的分布式遠程測控系統(tǒng)設計

遠程測控廣泛應用于設備數(shù)量大、分布廣的場合，隨著計算機和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，利用局域網(wǎng)可以很好解決集中管理分散控制的問題。但當測控對象分布大于幾十公 里，采用局域網(wǎng)組網(wǎng)費用高、周期長，是不可行的。利用現(xiàn)有電話網(wǎng)、調(diào)制解調(diào)器和計算機組成的測控系統(tǒng)，對通信速率和實時性要求不高的場合，基本可以實現(xiàn)遠 程測控管理功能，且成本低廉、投入使用準備周期短。

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)是為監(jiān)控無人職守電信機房環(huán)境設計的。系統(tǒng)上位機采用一臺微機作為主控室監(jiān)控主機，下位機為多臺分布于各機房的測控終端。

分布于各個機房的下位機實時監(jiān)控機房環(huán)境參數(shù)，采集存儲，定時上傳數(shù)據(jù)；當點對點連接時可以實時查詢當前狀態(tài)。為了方便對下位機的管理，下位機需要具有在 線控制功能，通過監(jiān)控中心PC上位機軟件，修改控制下位機所有參數(shù)。多臺下位測控平臺通過PSTN和上位機進行數(shù)據(jù)傳輸，設備之間的數(shù)據(jù)交互、故障報警， 都需要可靠的數(shù)據(jù)傳輸，因此下位機硬件的可靠性、數(shù)據(jù)通信鏈路層的可靠性至關(guān)重要，數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)、Modem控制接口的軟硬件都需要仔細設計。為了及時有 效的對監(jiān)控參數(shù)的報警，每種監(jiān)測參數(shù)需要設置三種嚴重程度不同的告警門限值，當某項實時監(jiān)測參數(shù)超過告警門限值時，下位機自動向監(jiān)控中心報警，同時可按優(yōu) 先次序撥出三組不同電話號碼，通知相關(guān)人員。通信的數(shù)據(jù)幀中采用密碼機制，只有密碼正確，下位機才響應上位機的控制，保證了系統(tǒng)的安全性。

3、系統(tǒng)硬件設計

下位機硬件原理框圖如圖2。采用飛利浦公司基于ARM7TDMI內(nèi)核32位微處理器LPC2132，內(nèi)部集成了16K SRAM，并帶有128k字節(jié)嵌人高速FLASH存儲器。豐富的片上外圍設備、非常小的封裝和極低的功耗，無需外接程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，使其非常適合 小型化的嵌人式領(lǐng)域。系統(tǒng)每次采集的數(shù)據(jù)量較小，采集一次就向上位機上傳一次是不合適的，為此采用掉電非易失的EEPROM 24C256存儲采集數(shù)據(jù)。模擬信號采集通過l0bit串行AID TLC 1543，它的11個通道可以用來采集機房設備的供電電壓、電流、機房溫度等參數(shù)。開關(guān)量信號直接從單片機的GPIO (General purpose I/0)讀人，控制信號則通過SPI串行口輸出到74HC595轉(zhuǎn)為并行控制信號輸出。按鍵音經(jīng)過DTMF解碼器MT8870得到鍵值，用于報警電話確認。

外置式Modem通過RS-232C口與處理器連接。LPC2132有兩個串口，有16字節(jié)收發(fā)FIFO。其中Uart2增加了一個調(diào)制解調(diào)器 (Modem)接口，具有RTS，CTS，DSR，DCD，DTR，RI標準RS-232C接口的握手信號。Modem和單片機實現(xiàn)雙向通信至少需要三條 信一線：TXD,RXD和SGND。這樣連接由于沒有握手信號，只能保證單個字節(jié)傳輸?shù)目煽浚瑢τ诖罅繑?shù)據(jù)的傳輸可能導致數(shù)據(jù)丟失，雖然可以采用軟件處 理，但會占用CPU的時間，降低CPU使用效率。所以采用Uart2經(jīng)過8路電平變換芯片MAX3238與Modem連接，這樣就具有完整的RS- 232C的控制聯(lián)絡信號線，保證了大數(shù)據(jù)量傳輸時的可靠性。

4、數(shù)據(jù)幀編碼方法

數(shù)據(jù)幀編碼的原則是盡量減小數(shù)據(jù)傳輸過程中的誤碼率，兼顧傳輸效率、加密等其他方面。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)幀的第1,2個字節(jié)(包頭)和最后一個字節(jié)(包尾)采用特定的起始碼和結(jié)束碼，如AAH，55H，B5H等，可以有效的抑制各種雜亂信息。數(shù)據(jù)接收方 可以把接受到的數(shù)據(jù)放到一個FIFO緩沖器中，當接收到有效的包頭才開始一個數(shù)據(jù)幀的接收，否則，認為是干擾或是誤碼丟棄不處理。數(shù)據(jù)幀開始接收后，根據(jù) 數(shù)據(jù)長度，能正確接收結(jié)束碼，才當作一個有效的數(shù)據(jù)幀，否則，丟棄重新開始等待起始碼。起始碼后面是一位或多位的密碼，可以根據(jù)實際的需要而定，增加數(shù)據(jù) 傳輸?shù)谋Ｃ苄浴?