基于ARM和GPRS的远程监控系统的研究.pdf

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1、http:/-1-基于基于 ARM 和和 GPRS 的远程监控系统的研究的远程监控系统的研究 廖胜，胡文奇 北京邮电大学自动化学院，北京（100876）E-mail：lengjian_ 摘摘 要：要：本文介绍了一种基于 ARM 和 GPRS 的远程监控系统。以 Samsung S3C2410 为中央处理器的嵌入式系统主要完成系统的控制和数据功能,用GPRS网络连接Internet实现监控中心与远程 ARM 嵌入式系统的通讯。并对远程终端的硬件结构和监控中心软件设计进行了介绍。关键词：关键词：ARM，GPRS，监控系统 0.引言引言 随着社会经济的迅猛发展，人们的生活、工作节奏也不断加快。在许多

2、领域需要对大范围的数据进行自动及时的采集、传输、存储，以便及时地掌握情况，并进行分析处理。诸如电力、煤气、自来水的设备运行和用户数据采集，以及公共场所环境数据采集和无线报警等。这些领域的分支机构分布范围广、数量多、分布零散、距离远、地域复杂。当前采集监控系统使用最广的是有线或短距离无线方式，如RS232.RS485、红外线，显然已经不能满足现在的要求。因此需要有一种新的高效数据监控系统来解决远程数据监测和设备控制问题 近年来无线传输技术有了很大的进步,其中 GPRS 技术受到了广泛关注。GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线业务)是在现有的 GSM 系

3、统上发展出来的一种新的分组数据承载业务。GPRS 技术以分组交换技术为基础,在移动用户和数据网络之间提供一种链接,给移动用户提供高速无线 IP 和 X.25 服务,用户通过 GPRS 可以在移动状态下使用各种高速数据业务。GPRS 系统是利用移动公网的资源，基于 IP 的网络，传输速率较高，理论上可以达到 171.2Kb/s，且传输时延小、系统性能稳定1。它具有接入迅速、永远在线、流量计费等特点,在远程突发性数据实时传输中有不可比拟的优势,特别适合于远程监控系统这样的频发小数据量的实时传输系统。1.系统结构系统结构 1.1 系统组成系统组成 该系统通过 GPRS 网络实现了计算机与远程 ARM

4、 嵌入式处理器的通讯。整个系统由监控中心、无线通信链路和远程的监测终端几个部分组成。监控中心由 Web 服务器、客户端和数据库服务器组成。监控中心完成与远程终端连接及对终端的控制，对远程终端发送来的数据进行显示、存储、打印。监控终端主要用来采集现场温度数据和图像，向监控中心传送相关信息。GPRS通信链路起一个桥梁的作用，完成信息的交互。系统的总体结构如图 1：http:/-2-图 1 监控系统总体结构图 1.2 工作原理工作原理 监控终端通过温度和其他传感器采集各种现场数据，并对数据进行检验过滤，并把过滤后的有效信息传送给监控中心的数据库存储。同时，终端进行简单的数据判断和数据过滤。当出现异常

5、情况时，现场摄像头采集现场图片并通过 GPRS 模块通过 GPRS 网络，监控中心进行相应的处理。GPRS网络提供通信链路,接入Internet后,把这些信息传送给中心。监控中心的通过固定 IP 接入 Internet，通过 Socket 通信程序和 GPRS 网络连接，并最终实现与远程终端的通信。数据管理服务器接收监控终端发来的状态信息和采集的数据、图片，并将各种信息存入的数据库和对接受到的数据经处理。并对用户进行动态管理。Web 服务器能根据用户的权限提供不同的显示和控制功能，通过电子地图上动态了解现场数据，以便能即时了解现场情况。工作人员通过接入客户端能直观和实时地监视各个终端目标,还可

6、以有针对性地对各个终端进行及时控制和报警。同时,通过调用数据库中的终端信息,不仅可以观看到各个终端的历史轨迹,还可以查询终端的各项数据以及使用该终端的用户的原始资料,进行相应的处理。2.系统功能设计系统功能设计 2.1 远程终端功能远程终端功能?数据采集：通过温度传感器获得机房的实时数据；并能通过摄像头采集现场图片。?信息显示：通过终端的 LCD 屏显示温度信息；?报警功能：到现场出现异常或紧急情况时，立即向中心发送告警信息；?网络通信：采用 GPRS 无线上网方式，控制 GPRS 模块拨号上网，连接监控中心，以实现远程终端数据及监控中心命令数据的双向传输。2.2 监控中心功能监控中心功能?终

7、端管理：记录终端信息，建立与终端的联系；中心可以通过控制指令远程控制终端；?用户管理：监控管理中心是提供用户登陆、监视、操作、管理、的一个应用平台；http:/-3-?信息处理:对接收到的信息进行检验、判断，剔出己经损坏的信息。或对外来攻击进行屏蔽，承担防火墙的功能；?现场情况实时跟踪：监控中心根据需要可随时了解系统内所有监控机房的实时数据，并能在电子地图上实时显示当时的情况（如温度、图像等信息）；?报警功能：监控中心收到监控终端发来的告警信息，系统能自动分类，通报给相关工作人员，并在电子地图上以醒目方式显示报警状态和地点。3.系统实现系统实现 3.1 终端终端(1)ARM嵌入式系统 系统终端

8、采用模块化设计方法，整个终端由ARM系统、GPRS模块、图片和数据采集单元组成，其中ARM系统是整个系统的控制和处理核心。ARM即Advanced RISC Machines的缩写；它同时也是一个公司的名字，这个公司是设计公司，是知识产权(TP,Intelligence Property)供应商，本身不生产芯片，靠转计设计许可由合作伙伴来生产各具特色的芯片2。ARM微处理器体积小、内核耗电少、具有良好的图像处理能力。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集。因此存储器比等价32位代码节省35%，同时保留了32位系统的所有优势。高端ARM处理器增加DSP指令集，提供增强的16位和32位

9、算术运算能力，提高了芯片的性能和灵活性。ARM具有性能高、成本低、能耗省等特点。相对8 位单片机,ARM 性能和扩展性更好；而相对DSP,ARM在运算能力上要逊色,但在接口扩展、多媒体处理以及人机交互方面优于DSP。S3C24103是三星公司生产的基于ARM920T内核的16/32bitRISC架构的RISC微处理器,主频可达203MHz,它为手持设备和低功耗、高性能微控制器提供了解决方案。S3C2410 的接口包括外部存储器控制器、LCD控制器、4通道DMA控制器、3通道串口、IIC/IIS总线、2 端口USB Host、117 个I/O 口、8 通道ADC、触摸屏接口等。采用嵌入式Linu

10、x操作系统。它代码小、速度快、可靠性高。Linux系统是层次结构且内核完全开放,可以根据自己的应用内核进行定制。另外,嵌入式Linux具有一套完整的免费的交叉编译环境。利用S3C2410能实现低成本的设计和开发出满足自己需要的嵌入式系统。(2)GPRS 模块 目前市场上提供的 GPRS 无线模块有 WAVECOM 的 Q2403B,西门子的 SIEMENS MC35i,MC39I,摩托罗拉的 G20 等。结合本系统的实际，选用了西门子的 MC39i。MC39i 是新一代的双频 GSM/GPRS 无线模块，是得到广泛使用的 MC35i 的环保升级产品。MC39i有丰富的 AT 命令，功能强大，操

11、作灵活方便。它具有 GPRS 功能，主要由射频天线、内部FLASH、SRAM、GSM 基带处理器、匹配电源和 40 脚 ZIF 插座组成4。ARM 嵌入式系统可以通过串口标准接口 R232 与 MC39i 通信。它向用户提供了标准的 AT 命令接口，为传输数据、语音、短信提供了快数、可靠、安全的传输，方便用户进行实际应用的二次开发设计。(3)图片和数据采集单元 温度数据采集单元：测温单元采用单线数字温度传感器DS18B20-PAR5。主要特点为：直接将数字信号传给CPU，无需AD转换电路；温度检测范围为-55125，分辨力为912位；采用单线接口方式与CPU连接，即可实现同DS18B20的双向

12、通信；片内自带ROM和RAM，可方便地通过ROM和RAM操作指令实现对DS18B20的读写.ARM微控制器经过单总http:/-4-线接口访问DS18B20PAR，先对DS18B20-PAR进行初始化，ROM操作命令，存储器操作命令，最后数据处理。ARM微控制器对ROM操作完毕，即发出控制操作命令，使DS18B20PAR完成温度测量并将测量结果存人暂存器中，然后读出此结果。图片采集单元：现场环境未出现异常情况时，并不采集现场图片。在温度告警和接到采集指令后，触发监控终端拍摄图片，同时ARM嵌入式系统控与GPRS模块协同，将拍摄到的图片压缩打包送到监控中心进行复原和显示。考虑到ARM嵌入式系统接

13、口的因素，选用USB接口的红外线摄像头作为图片采集设备。它直接与CPU的USB Host接口连接。（4）终端的程序设计 终端的控制流程图如图2：图2 终端控制流程图?系统上电后，复位、运行Bootloader、启动Linux；?接着加载各种接口的驱动、并完成初始化（如串口、USB口等），加载摄像头驱动；?通过AT指令实现对GPRS Modem的操作，运行PPP拨号程序，连接GPRS网络；并与远程监控中心进行连接，进行终端的注册；?采集现场的温度数据，并根据设定的条件，来进行温度和图片的发送。3.2 监控中心监控中心 监控中心是负责接收远程监控终端传回的实时信息,经分析储存以及处理,同时将监控中

14、心的指令信息发送给终端的软件控制平台。远程监控终端的信息通过GPRS网络经由网关传到Internet,然后找到监控中心的主机。监控中心是无线环境监控系统的中枢，是整个系统可靠高效运行的关键之一。监控中心的软件采用模块化设计，是在微软.NET架构下采用VB.NET(Visual Basic.NET)语言进行开发，并配合SQL Server数据库技术和Socket(套接字)网络编程技术分别实现了数据库操作和通信操作6。监控中心的软件设计要充分考虑系统功能的完整性和扩展性，同时系统应有良好的可靠性和兼容性。监控中心的软件系统主要由通信服务器、数据库服务器和http:/-5-Web服务器模块三部分组成

15、。其结构如图3所示。图 3 监控中心系统软件的结构 4.总结总结 由于嵌入式处理器的高性能,低功耗,低价格及其扩展网络功能,远程复杂测控系统中采用嵌入式必将成为发展趋势。本文用 GPRS 无线网络与 Internet 相结合作为连接远程终端和监控中心的传输网络，从而取代了传统的有线传输网络。基于 ARM 的远程监控终端具有安装布署简单,工程建设周期短，扩充性强，高可靠性，高传输速率，实时性强等优点。从而解决了远程监控中监控点多而且分布范围广的监控难点。http:/-6-参考文献：参考文献：1 Brahim Ghribi,Luigi Logrippo.Understanding GPRS:the

16、 GSM packet radio service,Computer NetworksJ,2001,34(5)763-779 2廖日坤.ARM 嵌入式应用开发技术白金手册M.北京:中国电力出版社,2005.10.3吴明晖.基于 ARM 的嵌入式系统开发与应用M.北京:人民邮电出版社,2004.4MC39i.Siemens Cellular Engine MC39i Hardware Interface Description Version:01.02S.Germany:Siemens AG,2003.11.5 DALLAS.DS18B20-PAR/DS18S20-PAR/DS1822-PAR

17、.Advantages for Remote Temperature SensingDB/OL.http：/www.maxim-,2002.5.6 微软公司著.VB.NET入门经典M.北京:清华大学出版社，2002.05.Study of GPRS and ARM based remote monitoring system Liao Sheng，Hu Wenqi School of Automation，Beijing Univ.of Post&Telecom，Beijing (100876)E-mail：lengjian_ Abstract In this paper,a monitori

18、ng system which is based on ARM and GPRS technologies is introduced.The main control and data process based on Samsung S3C2410 is used to control the system,and GPRS network realized the communication between monitoring center and remote ARM embedded monitoring system.Keywords：ARM，GPRS，monitoring system