基于GPRS的除塵器遠程監控系統

羅 丹，周鳳星

（武漢科技大學 冶金自動化與檢測技術教育部工程研究中心，湖北 武漢 430081）

0 引言

袋式除塵器是一種干式濾塵裝置。它廣泛應用于消除粉塵污染，改善環境，回收物料等。袋式除塵器除塵效率高，使用靈活，結構簡單，運行比較穩定，初投資較少，維護方便。隨著國家環保排放標準的日益嚴格，袋式除塵器的應用越來越廣。

在除塵器監控系統中，常常需要對設備進行實時監測，大部分監測數據需要實時發送到管理中心的后端服務器進行處理。由于監測點分散，分布范圍廣，而且大多設在環境惡劣的地區，通過電話線傳送數據往往事倍功半。以 GPRS為基礎的無線數據應用為實現遠距離的數據傳輸和監控提供了一種新的技術手段。現將介紹一種基于 GPRS無線方式實現遠程監控系統的解決方案。

1 系統構成

現有的遠程監控系統都采用“控制中心——現有網絡——監控站”的構建模式。該遠程監控系統的構成如圖1所示。

圖1 基于GPRS的袋式除塵器遠程監控系統

該系統集數據實時采集、網絡無線遠程傳輸、數據庫實時存儲、閾值報警等功能于一體，使用戶能實現不定時、不定點的對除塵器遠程監控。通過對系統基本要求的分析和運行成本的權衡，選取以普通微機為上位機，作為人機交流窗口；以51單片機、A/D采樣外圍電路為下位機，作為數據來源；以普通串口GPRS模塊和Internet網絡作為傳輸媒介，實現數據傳輸。下位機通過RS232串口與GPRS模塊連接，采集到的數據經過協議封裝發送到 GPRS無線網絡，通過網絡將其傳送至上位機。上位機接收到遠程的數據后，對數據進行分析，根據參數情況進行相應的回應[1]。

2 上位機的組成和實現方法

袋式除塵器遠程監控系統的上位機部分，其主要功能是構造一個友好的人機界面，將除塵器需要監控的參數實時的顯示給工作人員，讓工作人員能夠很方便、直觀地查詢歷史數據，為日后的故障檢測提供有力的判斷依據。根據需求，上位機需要涉及到串口編程，數據庫編程，動態圖表控件繪制編程，表格繪制編程，HTML格式的幫助文件的制作等方面。

2.1 串口通信模塊

串行通信在硬件上容易實現，在軟件上也有很大的優勢。VC++6.0為串行通信提供了非常豐富的編程資源。利用VC中提供的串口類可以實現如：打開、關閉串口，配置串口，讀寫串口，擁塞控制，超時控制等操作，能很容易的實現串口的通信和通信時錯誤的處理。由于該監控系統是基于對話框的程序，所以選用利用MSComm控件串口編程方式。

2.2 MSComm控件介紹

MSComm是Microsoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它通過串行端口傳輸和接受數據，為應用程序提供串行通信功能。MSComm控件串口編程可由以下一組動作序列組成：在當前工程中插入 MSComm控件，并為控件創建變量；初始化并打開串口；捕捉串口事件；串口讀寫；關閉串口。

2.3 ADO數據庫模塊

ADO（ActiveX Date Object）是Microsoft數據庫應用程序開發的接口，是建立在OLEDB之上的高層數據庫訪問計數。ADO技術可以用來構造可復用的框架，能夠訪問關系數據庫、非關系數據庫及所有的文件系統。

2.4 數據庫動態顯示和靜態顯示模塊

該監控系統采用CHART控件來實現數據庫的動態顯示，將所有的歷史數據放到坐標系中，采樣時間為橫坐標，采樣值為縱坐標，所有數據的變化趨勢一目了然。圖表格式可以自由選擇，可以使二維或三維圖表，靈活多變，滿足大多數場合的需要。

ADO數據庫靜態顯示也是通過VC++6.0中的ActiveX控件來實現的。VC6.0中定義了一些ActiveX控件來更好的處理、顯示數據庫。該監控系統就是采用MSFlexGrid控件來靜態地顯示數據庫。此控件可以顯示網絡數據，也可以對其進行操作。

3 下位機的組成和實現方法

3.1 數據采集部分

下位機系統放在現場，和除塵器上的傳感器相連，通過系統中的A/D采樣電路將各個傳感器的值分別采集進來，數據通過簡單的處理后，利用 GPRS模塊通過網絡將數據傳送出去。本下位機系統使用6個傳感器進行采樣，6個數據采樣點分別為：進氣口風速、出氣口風速、煙氣溫度、箱體溫度、箱內壓力和進氣口出氣壓力。

3.2 數據傳輸部分

考慮到系統的穩定性，該系統選用的 GPRS模塊是西門子的 MC55模塊，這款無線模塊是當今市場上尺寸最小的三頻模塊。它是可以工作在 EGSM900 MHz、EGSM1800 MHz、EGSM1900 MHz的無線通信模塊。體積小、重量輕、功耗低。該模塊是GPRS的B類通信模塊，支持語音通信，具有GPRS和CSD兩種數據傳輸方式以及SMS和FAX功能。MC55模塊內置了TCP/IP協議棧，開發過程中無需對模塊編寫通信協議，直接通過AT指令進行控制以接入Internet，從而使數據傳輸開發變得簡單方便，節約了開發成本，節省了開發周期。MC55模塊具有50個管腳的板件連接器來與電路板進行連接，通過串口與單片機進行指令與數據交互[2]。

該系統中的監測站的主要功能是對現場數據的采集和發送，數據量流量較小，所以該系統選用51系列單片機來負責數據的采集和控制。

51單片機控制A/D轉換器將傳感器采集的模擬量轉換為數字量，通過RS-232串行接口對GPRS模塊設置參數和數據的讀取。通過其標準串口與MC55模塊的主異步收發器相連，單片機的P2.2與MC55模塊的引腳IGT相連，用于啟動MC55模塊，P2.0與模塊的引腳VDD相連，用于判斷MC55模塊是否正常啟動。電源對GPRS模塊非常重要，所以由實時鐘控制定時用AT指令“AT^SMSO”關閉MC55模塊。連接電路如圖2所示[3]。

圖2 MC55與51單片機連接示意圖

3.3 軟件部分設計

3.3.1 單片機控制MC55的AT命令

MC55模塊的軟件部分對外提供了一個控制系統操作的AT命令集,模塊接收來自串口的AT命令,解釋并執行相應的操作,實現無線模塊的對應功能。MC55根據AT命令來完成自身初始化、數據傳輸、語言傳輸及短消息服務等[4]。

單片機對MC55也是通過串口的AT指令集進行命令、通訊控制的。單片機控制MC55的AT命令有：

① AT^SICS用于創建一個連接配置文件,可配置標號從0開始的6個連接,連接類型可配置為CSD或GPRS；

②AT^SISS 用于創建一個基于某種連接類型的服務配置文件，共有10 個服務配置可以使用；

③AT^SISO是在創建連接配置文件和服務配置文件后，用于打開internet session，并等待URC；

④AT^SISR、AT^SISW 是在以上操作都執行后，用來驗證操作是否正確的命令。其中AT^SISR 用于讀取數據，AT^SISW 寫入數據；

⑤ 網絡服務狀態查詢命令AT^SISI = 2，查詢服務2的網絡連接狀況及數據收發情況；

⑥ 關閉網絡服務命令：AT^SISC = 2。

3.3.2 數傳終端的軟件實現

為了方便調試、維護和移植，無線終端軟件設計遵循模塊化設計思想。無線終端軟件主要分為系統初始化模塊、建立連接模塊、數據傳輸模塊、斷開連接模塊四部分。系統程序流程圖如圖3所示。

圖3 袋式除塵器遠程監控系統程序流程

開機上電之后，程序在主函數中運行，51單片機和MC55模塊分別進行初始化，51單片機的初始化主要包括設置串口工作方式、波特率并初始化變量參數和標志位；MC55模塊的初始化包括啟動模塊、設置GPRS上網模式及串口中斷準備接收數據。建立連接后，一方面，MC55模塊進入數據傳輸模式，它接受主站服務器發來的命令或數據并通過串口發給單片機，單片機根據主站的命令進行相應的處理；另一方面，單片機通過RS232串行口接受外部終端發來的數據或請求并通過另一個串行口發給MC55，MC55就會把數據發發送給相應的IP地址的PC機[5]。

4 結語

該系統的最大特點就是使用戶終端以低廉、快速、可靠的方式連入GPRS網絡和互聯網，使用戶終端數據信息可以簡潔、實時的進行傳送，為用戶終端安全穩定的運行提供了可靠的保證。該系統很好滿足了環保在線監測的各種監控需求,其實時性、可靠性、安全性、可利用性和可變性等各項指標得到了提高。

[1] 李楊,曾憲文.基于 GPRS和 GPS技術的工業設備遠程監測系統[J].上海電機學院學報,2009,21(02)：125-128.

[2] 劉淑榮,騰召勝,嚴性平,等.基于MC55的電力負荷管理終端設計[J].儀表技術與傳感器,2008,31(12)：72-74.

[3] 孫德輝,馬文麗,姚文娟,等. 基于GPRS 的無線傳輸系統設計與實現[J].微計算機信息,2007,23(21)：104-106.

[4] 劉微,陳賀新.家庭的遠程監控系統設計[J].通信技術,2009,42(01)：312-313+316.

[5] 景秀眉,楊凱,呂明祥.基于 GPRS技術的環保在線檢測系統的設計[J].通信技術,2008,41(07)：262-264.