基于ＡＲＭ及ＧＰＲＳ技術(shù)的ＡＭＲ系統(tǒng)設(shè)計

摘要：該文提出了一種基于ARM及GPRS技術(shù)的AMR（Automatic Meter Reading，自動抄表）系統(tǒng)設(shè)計的解決方案，使縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)費用，提高抄表系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性價比成為可能。

關(guān)鍵詞：ARM；GPRS；AMR；自動抄表；S3C44B0X；μC/OS-II

中圖分類號：TP274文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)36-2687-02

A System Design of AMR Based on ARM and GPRS

ZHANG Lv， YIN Cheng

(Jiujiang Vocational University， Jiujiang 332000， China)

Abstract: This Paper bring up a system design of a type of AMR(Automatic Meter Reading) based on ARM and GPRS， and it can Shortening the develop cycle， Lower the Develop cost ，increase the Stability and Cost-effective of AMR.

Key words: ARM; GRRS; AMR; Automatic Meter Reading; S3C44B0X; μC/OS-II

1 整體設(shè)計

自動抄表（Automatic Meter Reading），簡稱AMR，是指采用通信、自動化、計算機等技術(shù)，通過專用設(shè)備對各種儀表（如水表、電表、氣表等）進行自動采集和處理表計數(shù)據(jù)。我國的自動抄表技術(shù)研究起步較晚，但是發(fā)展速度很快，已有部分產(chǎn)品進入實用階段。

本文提出的自動遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的基本設(shè)計思想是采用32位高性能微處理器S3C44B0X芯片作為中心控制器，并以μC/OS-II作為操作系統(tǒng)，實現(xiàn)一個基于ARM技術(shù)的遠(yuǎn)程抄表終端，再利用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)將終端接入抄表系統(tǒng)管理中心，按照事先制定的通信規(guī)約實現(xiàn)表計和管理中心之間數(shù)據(jù)及命令的信息傳輸。本系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1所示。

通用的自動抄表系統(tǒng)一般由表計、采集器、傳輸控制器、抄表系統(tǒng)管理中心四級組成。圖1中所示的GPRS終端具有一般抄表系統(tǒng)中的采集器和傳輸控制器功能；中國移動現(xiàn)有的GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet的通信通過中國移動的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)，其對用戶是透明的，可以直接使用；GPRS終端可以和抄表系統(tǒng)管理中心的客戶端直接通信，前提是客戶端有固定IP；如果希望降低使用成本，可以如本系統(tǒng)增加一個有固定IP的代理服務(wù)器作為終端和客戶端的通訊中樞，在代理服務(wù)器的控制下，實現(xiàn)了終端和客戶端之間的通信。代理服務(wù)器通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向表計發(fā)送來自客戶端的各類命令，并將各類表計數(shù)據(jù)送到客戶端。

在本系統(tǒng)中表計與終端通過RS-485總線通信，客戶端與GPRS終端通過代理服務(wù)器進行通訊。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳遞客戶端發(fā)出的控制命令以及GPRS終端上傳的儀表狀態(tài)和數(shù)據(jù)。客戶端負(fù)責(zé)對GPRS終端上傳的儀表數(shù)據(jù)進行處理、輸出、存儲，對報警信號的處理和控制信號的輸出。GPRS終端負(fù)責(zé)接收客戶端通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來的控制命令，根據(jù)通訊協(xié)議中命令內(nèi)容如儀表參數(shù)的設(shè)置，控制信號的解釋和實施以及對儀表異常情況的現(xiàn)場處理，并通過自身所帶接口實現(xiàn)簡單操作。用戶可以從GPRS終端的LCD中得到相應(yīng)的消息。局端軟件可由企業(yè)自行開發(fā)。

2 終端硬件設(shè)計框架

根據(jù)GPRS遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的構(gòu)成，整個GPRS終端硬件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 GPRS遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的構(gòu)成

圖2 GPRS終端的硬件設(shè)計框圖

其主要部分有：RISC CPU（S3C44B0）、存儲器擴展電路、通信電路、人機交互電路、調(diào)試電路、通用輸入/輸出接口（GPIO）電路等。

由于系統(tǒng)要兼顧數(shù)據(jù)采集、處理和通訊各方面的任務(wù)，而且有一定的速度要求，一般的8/16位微處理器如單片機滿足不了這樣的要求。根據(jù)本系統(tǒng)的實際要求，建議選用SAMSUNG公司的32位處理器S3C44B0，它功耗低、數(shù)據(jù)處理能力快，使完成上述任務(wù)占用較少的CPU時間，從而保證了整個系統(tǒng)的優(yōu)越性能。

普通的GPRS模塊沒有內(nèi)嵌TCP/IP 協(xié)議棧，需要用戶提供TCP/IP 的支持。SIMCOM公司開發(fā)的ITM100模塊內(nèi)嵌了TCP/IP 協(xié)議棧，并簡化了接口設(shè)計；屏蔽了GPRS 模塊的復(fù)雜接口方式和接口協(xié)議棧，取而代之的是通用的232 接口和簡單的AT 命令交互界面。本設(shè)計中GPRS模塊建議采用ITM100無線通信模塊。

3 終端軟件設(shè)計框架

本系統(tǒng)中GPRS終端軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)由底層向高層依次由BootLader、硬件驅(qū)動、嵌入式OS和應(yīng)用軟件組成，軟件采用標(biāo)準(zhǔn)C編寫，并在ARM專用的集成開發(fā)環(huán)境Embest IDE下編譯、調(diào)試。系統(tǒng)底層硬件構(gòu)架好的下一步就是要通過軟件讓系統(tǒng)按照本身的功能運行起來。

1) 底層硬件BootLoader類似PC的BIOS，這段小程序完成硬件設(shè)備初始化、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，為操作系統(tǒng)內(nèi)核的運行準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。BootLoader啟動代碼的流程如圖3所示。

圖3 第一階段BootLoader的流程圖

圖4 客戶端命令的傳輸任務(wù)流程圖

圖5 表計數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)流程圖

2) 本系統(tǒng)采用免費開源的μC/OS操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)沒有自帶驅(qū)動，因此必須自己編寫驅(qū)動，然后加入到操作系統(tǒng)中，供操作系統(tǒng)調(diào)用。在本系統(tǒng)中必須驅(qū)動RS-232、RS-485、LCD和按鍵。ITM100通信模塊無需自己編寫驅(qū)動，只需要通過串口寫相應(yīng)的AT指令就可以使用該模塊。分模塊化編寫各個驅(qū)動程序可以很方便地對軟件系統(tǒng)進行升級和改動，對某一個驅(qū)動的改寫不會牽涉到其他驅(qū)動。

3) 當(dāng)一個系統(tǒng)處理的任務(wù)比較多而且復(fù)雜的時候，常常考慮采用嵌入式實時操作系統(tǒng)，采用操作系統(tǒng)對多任務(wù)的管理、內(nèi)存的分配、效率的提高具有極大的好處。μC/OS-II是源碼公開的實時操作系統(tǒng)，它非常容易移植，只需要做很少的工作；μC/OS-II采用大量的C語言使其結(jié)構(gòu)簡潔；另外，它具備了實時操作系統(tǒng)的全部性能，適合學(xué)習(xí)研究。

4) 抄表系統(tǒng)的最終使用還是需要由上層的應(yīng)用軟件實現(xiàn)。其任務(wù)流程是:從GPRS終端接收客戶端的命令，命令經(jīng)過解釋后發(fā)給485接口去實現(xiàn)，然后再通過GPRS終端將表計返回的數(shù)據(jù)傳給客戶端。采用單線程的編程機制可以實現(xiàn)這一過程，但效率低，由于μC/OS-II支持多進程，一般來說可以采用多進程的方法來安排表計數(shù)據(jù)傳輸和客戶端命令傳輸這兩個任務(wù)。這2個任務(wù)的程序流程圖分別如圖4、圖5所示。

4 結(jié)束語

本文介紹的基于ARM及GPRS技術(shù)的AMR（Automatic Meter Reading，自動抄表）系統(tǒng)解決方案采用了高性能的32位處理器作為抄表控制器的核心芯片，大大提高了抄表系統(tǒng)的信息處理能力和可靠性；抄表終端移植了μC/OS-II實時嵌入式操作系統(tǒng)，能夠?qū)崟r地處理多任務(wù)，大幅提高系統(tǒng)的管理能力，保證了信息傳遞的實時性；具有模塊化的程序結(jié)構(gòu)可以很方便地對軟件進行升級和改動；硬件結(jié)構(gòu)做成了獨立的兩部分，可以很方便的對GPRS模塊外圍擴展電路做改動，主控制器部分只需要做軟件的升級即可，這樣就大大減少了系統(tǒng)升級的成本；另外，終端具有通用性，只要是帶485接口的表計，均可使用此終端進行數(shù)據(jù)的采集和傳輸。

由于時間倉促和篇幅限制，本文對局端設(shè)備及軟件設(shè)計只是做了系統(tǒng)上的概括，沒有做深入的論述，另外文中不免還有其他敘述不準(zhǔn)確及描述簡單的地方，希望各位對本文有興趣的專家和同仁提出寶貴的意見和建議。

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