基于嵌入式和GPRS的直放机监控系统研究

摘要

本文提出一种基于现有的移动通信网络(GPRS)与Internet网络联合实现基于网络的无线监控系统，这种方法可以克服仅仅利用Internet为基础实现网络监控的弊端。　　论文首先简要地介绍了GPRS(通用分组无线系统)网络的组成结构，同时分析了数据如何由远程终端接入GPRS网络，然后又路由到Internet网络的传输原理。在此基础上，研究了远程嵌入式终端与监控中心如何使用GPRS技术实现数据链路的建立，以及数据在通过移动通信网络和Internet网络时数据通信协议的相互转换过程。根据上面的分析研究，确定了监控系统远程嵌入式终端的硬件和软件设计方案。　　根据本文研究的对象——PHS(小灵通)直放机的需要，分别设计了远程测控终端的硬件和软件部分。对于硬件部分，本系统采用当前高档的8位微处理器ATmega128作为嵌入式控制器，它不仅要控制数据采集输入通道和数据输出通道，而且还要利用其所带的两个串口分别实现本地通信和GPRS通信两种通信方式。为了保证远程终端在掉电的情况下能够正常工作一段时间，终端中又设计了含有自动充放电功能的系统电源电路。对于软件部分，为了实现嵌入式终端与监控中心的通信，软件中的数据要使用TCP/IP协议实现与GPRS数据包的相互转换。本文在微控制器中使用嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ，然后在此基础上移植免费的微型TCP/IP协议。以TCP/IP协议为转换桥梁，系统实现了数据格式的相互转换，从而满足数据在网络中传输的需要。系统中采用MC35实现GPRS数据包与电磁波信号的互相转换和无线信号的发射或接收功能。在软件的支持下，ATmega128与MC35结合实现嵌入式网络通信。　　作为整个监控系统不可缺少的一部分——监控中心网络管理软件，也起着非常重要的作用。本文采用高级语言设计了界面友好、数据库管理功能强大以及通信可靠的PHS网络管理软件。为了方便多个远程终端的管理和保证数据可靠传输，论文中又设计了PHS网络管理通信协议。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和导师承诺和关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1 SCADA系统介绍

1.1.1 SCADA系统组成概述

1.1.2实现SCADA系统的通信方式

1.1.3基于GPRS技术的SCADA系统特点

1.2基于GPRS技术实现无线数据传输的研究

1.2.1当前国内外研究概况

1.2.2几种实现方案的比较分析

1.3本文选题背景、研究意义和主要研究内容

1.3.1论文选题背景及国内外研究现状

1.3.2论文研究开展的意义

1.3.3论文研究的主要内容

第二章PHS直放机无线监控系统介绍

2.1 PHS直放机无线监控系统

2.1.1 PHS无线监控系统的组成

2.1.2 PHS直放机

2.1.3 GPRS无线通信网络

2.1.4监控中心

2.2数据在网络中的无线传输过程及原理

2.2.1数据在GPRS网络中的传输过程

2.2.2系统的工作原理

2.2.3数据在传输过程中的格式转换

第三章远程测控终端硬件设计

3.1主控电路设计

3.1.1 ATmega128简介

3.1.2 MCU控制电路设计

3.1.3 MCU控制资源分配

3.2数据输入输出通道设计

3.2.1数据采集输入通道设计

3.2.2数据输出通道设计

3.3通信控制电路设计

3.3.1本地通信方式电路设计

3.3.2 GPRS通信方式电路设计

3.4电源电路设计

3.4.1稳压电源电路设计

3.4.2充放电及切换电路设计

3.5 PCB设计

3.6 小结

第四章应用μC/OS-Ⅱ实现GPRS通信的软件研究和设计

4.1 μC/OS-Ⅱ的选用和软件总体概况

4.1.1 μC/OS-Ⅱ的选用

4.1.2 μC/OS-Ⅱ下的软件总体结构和设计步骤

4.2 GPRS无线数据通信建立过程

4.2.1实现GPRS无线数据通信的协议要求

4.2.2 GPRS无线通信数据链路建立过程

4.3嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ移植和uIP移植

4.3.1嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的移植

4.3.2 μC/OS-Ⅱ下μIP的实现

4.4应用程序设计

4.4.1 GPRS数据通信程序设计

4.4.2任务的划分

4.4.3任务之间的通信

4.4.4应用程序流程

4.5 小结

第五章监控中心网管软件设计

5.1 PHS网管软件体系结构概述

5.1.1 PHS网管系统组网结构

5.1.2 PHS网管软件组成

5.2 PHS网管软件通信协议设计

5.2.1通信协议基本格式

5.2.2数据传输协议

5.3 PHS网管软件的监控功能设计

5.3.1网管软件监控部分设计概述

5.3.2数据通信程序设计过程

5.4 PHS网管软件数据库设计

5.4.1数据库与人机交互界面的连接实现

5.4.2站点数据库的设计

5.4.3告警记录数据库的设计

5.4.4用户数据库记录设计

5.5小结

第六章结论及展望

6.1结论

6.2进一步的工作

6.3展望

参考文献

致谢

附录1电路原理图

附录2重新设计的操作系统函数

附录3代码说明

附录4 PHS网管软件主要界面

作者简介