嵌入式远程工业监控系统的终端设备软件设计与实现

摘要

工业现场的仪表、传感器一般由电池供电采用低功耗设计，且不具备数据远程传送能力。因此工业现场远程监控传统方式主要依靠人工完成数据采集和传送，导致时效性差且成本高。通过引入具有远程通信和控制功能的终端设备，可以实现采集数据和信息传送的全过程实时化和自动化。所采用的终端设备受现场供电和通信条件限制，必须实现高效的低功耗和节能管理，同时针对移动通信信道稳定性差的情况，需实现稳定可靠的移动数据通信能力。
　　本文详细研究了基于 MSP430超低功耗嵌入式微控制器硬件平台的远程终端设备的软件开发过程。软件采用C语言开发，实现嵌入式远程监控终端设备的所有功能，主要包括 GPRS无线模块的驱动和管理，低功耗电源管理，智能仪表和模拟传感器的管理，以及系统参数的本机配置管理等功能。
　　研究过程中，对下述问题进行了重点研究并获得较为理想的实现效果：
　　①软件框架设计与实现。MSP430微控制器具有较强的计算处理能力和优秀的低功耗特性，但提供的内存空间只有2K字节，因此程序未使用嵌入式操作系统，而是设计了前/后台的程序框架，结合可嵌套的中断服务，保障了程序运行的可靠性和实时性。
　　②低功耗设计实现。野外现场的特殊应用环境要求终端设备必须具有极低的整机功耗。在实现过程中，充分研究了各项功能的执行流程和特点，结合MSP430的工作模式切换机制，实现了核心部分的低功耗。同时，对外围电路和接口电路应用按需供电的节能策略，最大程度地提高了整机供电效率.
　　③移动数据模块可靠驱动实现。硬件设计采用M590移动数据模块实现GPRS数据通信，对该模块的应用由程序根据其AT指令来完成。针对GPRS通信的特殊性，驱动程序设计了自动心跳包连接和连接状态实时监控的功能，保障 GPRS通信的稳定性和可靠性。
　　④远程监控功能设计实现。应用软件工程方法和技术，合理规划并设计了监控协议，包括数据结构及远程设备监控、参数配置和系统管理等功能。
　　⑤系统管理。系统管理功能实现远程监控所必需的底层功能驱动、参数配置和存储。
　　测试结果表明嵌入式远程工业监控系统终端设备软件达到了设计要求，可靠性高、灵活性强、代码效率高，是传统远程监控系统进行自动化升级技术改造的优选方案，具有很强的经济效益和工程实践参考价值。

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第一章 引言

1.1研究背景

1.2课题概况和意义

1.3论文主要研究内容和目标

1.4 关键技术

第二章 系统分析与设计

2.1 终端设备整体方案

2.2 需求分析

2.3 系统设计

2.3 本章小结

第三章 系统功能实现

3.1 软件定时器功能

3.2 低功耗设计与实现

3.3 GPRS数据通信模块驱动

3.4 远程监控功能

3.5 系统功能

3.6 本章小结

第四章 系统测试

4.1 测试环境

4.2 测试内容

4.3 测试过程

4.4 本章小结

第五章 结论

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献