基于GPRS无线终端串行总线设计
日期：2006-4-16 15:41:31 来源：本文摘自《PLC&FA》
点击： 作者：未知
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我国水资源匮乏恶化状况日益严重，使得对水资源监控成为水利部门和各厂家所关注的一个重要课题。随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展，GPRS技术逐渐成熟，费用低廉，传输速率高(通过同时使用8个时隙，171.2Kb/s)，永远在线等特点使得GPRS在数据通信领域赢得了广泛的应用。本文设计的GPRS无线终端在某市水库水资源监测中得到工程应用。
2.1 系统需求
某水文局需要远程监控一个水库，要求能定期了解水库的水位、温度等信息，终端至少保存一年的数据，每天定时地远程通过GPRS传输到中心站的服务器上;服务器能实时查询站点的情况;系统可扩展性要强，将来能按需要添加对水质、湿度等量的监控。
通过客户端后台软件，该系统可以实现如下功能:
(1) 远程水位、环境温度、工作电压的实时遥测。
(2) 历史水位的遥测:从某月某日到某月某日的历史水位读取。
(3) 设定操作权限:用户登录，抄收，档案管理，参数设定，修改等;非管理员只能读数据，不能进行其他的任何操作。
(4) 进行数据分析形成水位按天、周、月、年的曲线等等。
(5) 打印抄收报表及各类分析图表。
2.2 系统设计
图1示出GPRS通信系统模型。
终端PCF8583时钟日历芯片定时产生采集脉冲唤醒W77E58，W77E58读取水位传感器的数据以及DS18B20实时采集的当前温度，存入AT45DB161;上位机设定的发送时间到的时候，通过WAVECOM模块拨号上GPRS，接入INTERNET，数据传输到中心站;中心站对数据分类存入数据库。
图2中PCF8583内置256B RAM，保存IP地址、端口号、身份标识等不可失上网参数;时间参数也不能停止;因此必须采用独立的大容量电池供电。AT45DB161采用队列形式管理存储空间，可以备份终端一年采集的数据量，在上位机召测时可以上传任意时段的数据。
3.1 单总线器件DS18B20
DS1820是Dallas半导体公司生产的世界上第一片支持单总线接口的数字化温度传感器。DS18B20是它的升级版:可以程序设定9~12位的分辨率，测温分辨率可达0.0625℃，精度为±0.5°C;被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;其工作电源既可由电源远端引入，也可采用寄生电源方式由产生;可选小封装方式，宽电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。适合于恶劣环境的现场温度测量，性价比也非常出色。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口很少，可节省大量的引线和逻辑电路。
单总线工作原理:单总线美国达拉斯半导体公司(DALLAS SEMICONDUCTOR)推出的一项特有的技术。主机和从机通过漏极开路或三态端口连接到数据线，通常要求外接一个约为5kΩ的上拉电阻。设备在不发送数据时释放总线，当总线闲置时，其状态为高电平。单总线采用主从方式，主机和从机通信严格遵循三个步骤:初始化，ROM命令，1-wire device功能命令。显然，由于所有的信号(控制和数据)都是通过单总线完成，因此总线的时序逻辑必须非常严格。
3.2 I2C总线器件PCF8583
I2C总线是应用最广的一种单片机串行扩展总线，以同步串行2线方式进行通信:时钟线SCL和数据线SDA, 是Philips公司推出的串行总线协议;它最显著的特点就是规范的完整性，结构的独立性。用户使用相当方便，具有I2C总线接口的器件，无论他们的功能有多大差别，在操作模式上却几乎是一模一样的，所以实现了软件开发模块化。
1 引言
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我国水资源匮乏恶化状况日益严重，使得对水资源监控成为水利部门和各厂家所关注的一个重要课题。随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展，GPRS技术逐渐成熟，费用低廉，传输速率高(通过同时使用8个时隙，171.2Kb/s)，永远在线等特点使得GPRS在数据通信领域赢得了广泛的应用。本文设计的GPRS无线终端在某市水库水资源监测中得到工程应用。
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2 系统需求及设计
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
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2.1 系统需求
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某水文局需要远程监控一个水库，要求能定期了解水库的水位、温度等信息，终端至少保存一年的数据，每天定时地远程通过GPRS传输到中心站的服务器上;服务器能实时查询站点的情况;系统可扩展性要强，将来能按需要添加对水质、湿度等量的监控。
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通过客户端后台软件，该系统可以实现如下功能:
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(1) 远程水位、环境温度、工作电压的实时遥测。
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(2) 历史水位的遥测:从某月某日到某月某日的历史水位读取。
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(3) 设定操作权限:用户登录，抄收，档案管理，参数设定，修改等;非管理员只能读数据，不能进行其他的任何操作。
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(4) 进行数据分析形成水位按天、周、月、年的曲线等等。
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(5) 打印抄收报表及各类分析图表。
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2.2 系统设计
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图1示出GPRS通信系统模型。
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图1 GPRS通信系统模型
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终端PCF8583时钟日历芯片定时产生采集脉冲唤醒W77E58，W77E58读取水位传感器的数据以及DS18B20实时采集的当前温度，存入AT45DB161;上位机设定的发送时间到的时候，通过WAVECOM模块拨号上GPRS，接入INTERNET，数据传输到中心站;中心站对数据分类存入数据库。
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图 2 终端系统原理图
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图2中PCF8583内置256B RAM，保存IP地址、端口号、身份标识等不可失上网参数;时间参数也不能停止;因此必须采用独立的大容量电池供电。AT45DB161采用队列形式管理存储空间，可以备份终端一年采集的数据量，在上位机召测时可以上传任意时段的数据。
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3 终端硬件设计
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3.1 单总线器件DS18B20
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DS1820是Dallas半导体公司生产的世界上第一片支持单总线接口的数字化温度传感器。DS18B20是它的升级版:可以程序设定9~12位的分辨率，测温分辨率可达0.0625℃，精度为±0.5°C;被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;其工作电源既可由电源远端引入，也可采用寄生电源方式由产生;可选小封装方式，宽电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。适合于恶劣环境的现场温度测量，性价比也非常出色。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口很少，可节省大量的引线和逻辑电路。
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单总线工作原理:单总线美国达拉斯半导体公司(DALLAS SEMICONDUCTOR)推出的一项特有的技术。主机和从机通过漏极开路或三态端口连接到数据线，通常要求外接一个约为5kΩ的上拉电阻。设备在不发送数据时释放总线，当总线闲置时，其状态为高电平。单总线采用主从方式，主机和从机通信严格遵循三个步骤:初始化，ROM命令，1-wire device功能命令。显然，由于所有的信号(控制和数据)都是通过单总线完成，因此总线的时序逻辑必须非常严格。
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3.2 I2C总线器件PCF8583
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I2C总线是应用最广的一种单片机串行扩展总线，以同步串行2线方式进行通信:时钟线SCL和数据线SDA, 是Philips公司推出的串行总线协议;它最显著的特点就是规范的完整性，结构的独立性。用户使用相当方便，具有I2C总线接口的器件，无论他们的功能有多大差别，在操作模式上却几乎是一模一样的，所以实现了软件开发模块化。
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