時(shí)間：2022-04-14 23:06:04
導(dǎo)語(yǔ)：在遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)論文的撰寫(xiě)旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
論文關(guān)鍵詞：Modbus，LabView，遠(yuǎn)程監(jiān)控
0引言
隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的增多且分散，我們需要從各類設(shè)備中讀取實(shí)時(shí)信息，并根據(jù)這些信息發(fā)送相關(guān)命令去控制設(shè)備的運(yùn)作。網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)給這種控制方式帶來(lái)了極大的便利，讓人們可以在任何一臺(tái)主機(jī)上訪問(wèn)到網(wǎng)絡(luò)上的各類設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控LabView，而Modbus作為工業(yè)控制協(xié)議的一種，產(chǎn)生于這樣的大環(huán)境中，自然也具備了與網(wǎng)絡(luò)相通的性能，并具有很強(qiáng)的開(kāi)放性和可擴(kuò)充性，通過(guò)它，控制器之間，控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)可以和其它設(shè)備進(jìn)行通信，因而不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以簡(jiǎn)單可靠地連成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行系統(tǒng)的集中監(jiān)控。
1 Modbus通信協(xié)議
Modbus是Modicon公司為其PLC設(shè)計(jì)的一種串行通信協(xié)議，此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程，如果回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄論文怎么寫(xiě)。下圖所示是簡(jiǎn)單的Modbus傳輸模型。
從圖上可以看出通信使用主—從技術(shù)LabView，即僅一設(shè)備（主設(shè)備）能初始化傳輸（查詢）。其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。而當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測(cè)的方法。
所發(fā)送的消息幀包括地址域，功能代碼，數(shù)據(jù)域，錯(cuò)誤代碼，其中地址域唯一標(biāo)識(shí)了網(wǎng)絡(luò)上的一臺(tái)控制器，功能代碼指明了所要詢問(wèn)的內(nèi)容，數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度與內(nèi)容會(huì)隨著功能代碼的不同而變化LabView，在協(xié)議中都有詳細(xì)的說(shuō)明論文怎么寫(xiě)。
Modbus分為兩種傳輸模式，ASCII和RTU模式，其幀結(jié)構(gòu)分別如下圖所示：
ASCII模式中，每8bit作為2個(gè)ASCII字符發(fā)磅，以冒號(hào)字符為起始位，控制器不斷偵測(cè)冒號(hào)字符，并解碼地址域，判斷是否發(fā)給自己的，如果是，則接收其它域直到回車換行。消息幀使用LRC進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)。
RTU模式中，每8bit包含兩個(gè)4bit的十六進(jìn)制字符，相比上種模式LabView，能在相同的波特率下傳送更多的數(shù)據(jù)，在最后一個(gè)傳輸字符之后，一個(gè)至少3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束。一個(gè)新的消息可在此停頓后開(kāi)始，并且它采用的是CRC檢驗(yàn)。
2 LabView網(wǎng)絡(luò)編程
隨著網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享是各種軟件和儀器的發(fā)展趨勢(shì)，與傳統(tǒng)儀器相比，LabView設(shè)計(jì)的虛擬儀器的優(yōu)勢(shì)是具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)有以下幾種：使用網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議編程實(shí)現(xiàn)，可現(xiàn)成使用的協(xié)議有TCP、IP、串口通信協(xié)議、均線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等；使用DataSocket技術(shù)；使用客戶端遠(yuǎn)程控制服務(wù)端的程序，包括遠(yuǎn)程面板和瀏覽器訪問(wèn)；利用共享變量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。本文將采用共享變量實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，下面將介紹實(shí)現(xiàn)通信的步驟。
1.創(chuàng)建Modbus IO server
LabView中提供了可以直接創(chuàng)建ModbusIO server的express VI,如下所示，我們只需要配置其相應(yīng)參數(shù)即可LabView，如下所示，下圖中，所選擇的是ModbusEthernet IO server。
其中，Processname指的是所要?jiǎng)?chuàng)建的server屬于哪一個(gè)共享變量包中，IPAddress指的是它的地址，這些數(shù)據(jù)都可以通過(guò)配置文件來(lái)靈活配置論文怎么寫(xiě)。
2.創(chuàng)建共享變量
共享變量是LabView8為簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)編程邁出的巨大一步，它可以設(shè)定其與網(wǎng)絡(luò)中的哪臺(tái)控制器的哪個(gè)變量連接，也可以與Modbus server 和OPC server相連接，用戶不用了解任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就可以輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
在工程中創(chuàng)建一個(gè)共享變量，它必須存在于一個(gè)lvlib之中，進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置LabView，為了方便，本文將共享變量和server放在同一個(gè)lvlib中，如圖五所示，圖中紅框部分指的是該共享變量綁定了剛才用express VI所創(chuàng)建的Modbusserver，并指向了一個(gè)確定的地址。在程序之中，LabView也提供了相應(yīng)的工具讓用戶實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)綁定，通過(guò)共享變量的屬性節(jié)點(diǎn)中的url屬性，則可以隨時(shí)改變?cè)摴蚕碜兞康慕壎ǖ刂?，可以讀出創(chuàng)建好的Modbus IO server的I/O server url，再加上所要綁定的地址，即可組成圖五紅框中的path，如圖六所示,
3結(jié)束語(yǔ)
本文利用LabView提供的便捷平臺(tái)LabView，實(shí)現(xiàn)了對(duì)支持Modbus協(xié)議的設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，程序可以訪問(wèn)設(shè)備上的各個(gè)端口值，并可以適應(yīng)設(shè)備的變化，不管外接的是什么設(shè)備，只要其支持Modbus，只需要修改相應(yīng)的配置文件即可，程序可以導(dǎo)入它進(jìn)行動(dòng)態(tài)的綁定和屬性設(shè)置，可移植性較高，可以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中設(shè)備種類多的環(huán)境。
當(dāng)然，還有很多可以深入研究的地方，本文只是創(chuàng)建了Modbus Server，接下去還可以創(chuàng)建OPCserver等，用同樣的手段也可以獲得更多的兼容性。
參考文獻(xiàn)：
[1]鄒紅利.簡(jiǎn)化的MODBUS通訊協(xié)議在實(shí)時(shí)通訊控制中的應(yīng)用 武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)2009 /28 /04
[2]孫璐.Modbus/TCP協(xié)議在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用, 計(jì)算機(jī)軟件及應(yīng)用, 2009 /28 /04
[3]侯國(guó)屏，王珅等LabView7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì) 清華大學(xué)出版社 2005.2 ISBN 7-302-10284-1
[4]ModiconModbus Protocol Reference Guide
MODICON, Inc., IndustrialAutomation Systems One High Street North Andover, Massachusetts 01845
關(guān)鍵字：遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；抗干擾
中圖分類號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2010) 14-0000-01
The Remote Monitoring Terminal Anti-jamming Design
on GPRS-INTERNET Network
Li Ning
(Shijiazhuang University of Economics,Shijiazhuang050031,China)
Abstract:Web-based remote monitoring is currently carried out at home and abroad active researched,widely used in many fields.Among them,the elimination of all kinds of interference for the system stability and security is an important part,this remote monitoring system based on analysis of the city lights in the GPRS-Internet network based on various factors and the interference of the interference method,the related remote monitoring system has more general significance.
Keywords:Remote monitoring network;Anti-jamming
基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有應(yīng)用性廣，易于生產(chǎn)等特點(diǎn)，但是系統(tǒng)中的各種干擾嚴(yán)重影響了其作用的發(fā)揮，也是設(shè)計(jì)生產(chǎn)者最關(guān)心，最難解決的問(wèn)題之一。本文所做的抗干擾研究基于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)最常見(jiàn)的城市照明系統(tǒng)，帶有一定的普遍性，在此系統(tǒng)中的抗干擾措施應(yīng)用于其他系統(tǒng)也能得到較好的效果。本文分三部分，第一部分是對(duì)所研究的具體的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，路燈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)介紹。第二部分是分析其中的各類干擾的情況。第三部分是針對(duì)第二部分的各種干擾采取的抗干擾措施。
一、監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成如圖1-1所示。MTU通過(guò)GPRS-Internet網(wǎng)絡(luò)采集實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制和信息管理。FTU安裝于遠(yuǎn)程終端，接收并執(zhí)行來(lái)自監(jiān)控中心主站端計(jì)算機(jī)（MTU）的命令，并能自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備異常事件及時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳給MTU。
二、干擾的影響
可靠性是描述系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定、正常運(yùn)行能力的一個(gè)通用概念，也是產(chǎn)品質(zhì)量在時(shí)間方面的特征表示。影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要因素包括內(nèi)部因素和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元件選擇、元件布局和外部環(huán)境等，主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面。
（一）數(shù)據(jù)采集誤差加大
干擾侵入微機(jī)系統(tǒng)測(cè)量單元模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)通道，疊加在有用信號(hào)之上，會(huì)使數(shù)據(jù)采集誤差加大，特別是當(dāng)傳感器輸出微弱信號(hào)時(shí)，干擾更加嚴(yán)重。
（二）控制狀態(tài)失靈
微機(jī)輸出的控制信號(hào)常依據(jù)某些條件的狀態(tài)輸入信號(hào)的邏輯處理結(jié)果，若這些輸入的狀態(tài)信號(hào)受到干擾，引入虛假狀態(tài)信號(hào)，將導(dǎo)致輸出控制失常。
（三）數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化
在混合信號(hào)處理器系統(tǒng)中，存放于RAM中的內(nèi)容受到干擾可能對(duì)系統(tǒng)造成不同的影響。
（四）程序運(yùn)行失常
外界干擾導(dǎo)致PC值的改變，程序?qū)?zhí)行一系列無(wú)意義的指令，最后進(jìn)入死循環(huán)，這將使輸出嚴(yán)重混亂或系統(tǒng)失靈。
三、抗干擾采取的一般措施
監(jiān)控終端線路板硬件電路的可靠運(yùn)行是整個(gè)系統(tǒng)得以正常工作的基礎(chǔ)，因此采用的抗干擾措施一般應(yīng)該包括元件的選型，電路原理圖的設(shè)計(jì)，以及在設(shè)計(jì)PCB板時(shí)的特殊考慮等方面。
（一）印刷電路板采用的抗干擾措施
印刷電路板應(yīng)本著盡量抑制噪聲源、減小噪聲的傳播與耦合、減小噪聲的吸收的原則來(lái)設(shè)計(jì)和布線。對(duì)印刷電路板進(jìn)行了合理的分區(qū)，按單點(diǎn)接電源、單點(diǎn)接地的原則送電，每個(gè)區(qū)域的電源線、地線由該點(diǎn)分三路引出。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠(yuǎn)一些。
（二）電源和地線設(shè)計(jì)
對(duì)于電源和地線的設(shè)計(jì)采用了如下幾種措施來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾性能：?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)模擬電源用于模擬部分供電，與噪聲較大的數(shù)字部分完全分開(kāi)；擁有數(shù)字地和模擬地的模擬芯片，采用在模擬電源入口處單點(diǎn)接地的方式，盡量減少數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾；為減小地線的公共阻抗，降低不同地線上的點(diǎn)的電位差異，盡可能得將地線加粗；在電路板進(jìn)行了大面積的覆銅處理，以降低地線的公共阻抗，提高地線的屏蔽作用。同時(shí)，電路板的地與機(jī)殼相連，這樣有利于防靜電、提高系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗了電源線的寬度，減少環(huán)路電阻。另外，盡量使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。
（三）采用隔離技術(shù)
為了減少監(jiān)控終端工作環(huán)境中引入各種干擾，就需要在監(jiān)控終端線路板與外界連接電路中進(jìn)行隔離。在采集外部模擬量時(shí)，選用互感器可以阻斷外部輸入信號(hào)與監(jiān)控終端線路板之間的電氣信號(hào)的直接連接，從而減少了外部干擾侵入可能性。對(duì)于高頻的干擾信號(hào)，經(jīng)過(guò)互感器后也將被大幅度衰減，從使得在送到信號(hào)處理電路中干擾信號(hào)得到降低。同樣，在開(kāi)關(guān)量輸入和輸出信號(hào)處理時(shí)，分別采用光電隔離器和繼電器隔離，隔離電路兩端采用不同電源供電，使得監(jiān)控終端線路板與外部信號(hào)完全斷開(kāi)電氣信號(hào)連接。在通信電路中，則采用變壓器隔離。
（四）硬件容錯(cuò)性設(shè)計(jì)
硬件電路的容錯(cuò)性是指在外部輸入誤信號(hào)，或者在輸出端所接的驅(qū)動(dòng)電路中有誤時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)錯(cuò)誤，并做出處理。電路各種接口電路中，特別是有極性的接口中，必須嚴(yán)格按照信號(hào)極性連接，各種芯片所需的電源為直流電源，如果把電源接反，將損環(huán)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于直流電源輸入進(jìn)行了整流，這樣無(wú)論所接電壓的極性如何，經(jīng)過(guò)整流橋輸出的信號(hào)總是能夠滿足系統(tǒng)的要求，從而起到保護(hù)系統(tǒng)電路的作用。
對(duì)于電路中經(jīng)常使用的RS-485通信。RS-485總線抗干擾的原因是因?yàn)樗捎貌罘謧鬏斝盘?hào)，從而達(dá)到抗共模干擾的作用。RS-485總線信號(hào)是由2根有極性的差分信號(hào)來(lái)傳輸?shù)?，也不能將其反接。一種常用的方法是對(duì)信號(hào)在發(fā)送以前進(jìn)行調(diào)制，得到無(wú)極性信號(hào)，然后再發(fā)送，這樣可以避免由于在電路連接過(guò)程中造成的信號(hào)反接現(xiàn)象。
（五）信號(hào)采集的數(shù)字濾波
使用的是算術(shù)平均值濾波法可以有效的過(guò)濾外界隨機(jī)信號(hào)。采用算術(shù)平均值濾波，采樣結(jié)果曲線平滑程度好，但如果采樣次數(shù)取值太大，雖然平滑度好，但是影響程序運(yùn)行時(shí)間。
（六）“看門(mén)狗”技術(shù)
除了采取防御和抑制干擾的各項(xiàng)措施外，還采用了MCU自帶的正常工作監(jiān)視器（通常稱為“看門(mén)狗”）來(lái)監(jiān)視MCU的工作狀況。通過(guò)不斷檢測(cè)程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，一旦發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時(shí)間超過(guò)最大循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，就認(rèn)為系統(tǒng)跑程序，需進(jìn)行出錯(cuò)處理。
（七）其他軟件抗干擾設(shè)計(jì)
除了在硬件上采取一些抗干擾措施外，還需要在軟件上采取一定措施。方法很多，有開(kāi)關(guān)量輸出、設(shè)置軟件陷阱、軟件冗余、重要指令冗余、數(shù)據(jù)的保護(hù)與恢復(fù)技術(shù)和NOP的使用等。
參考文獻(xiàn)：
1 系統(tǒng)組成及設(shè)備配置
路燈線路漏電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成主要包括：監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)漏電檢測(cè)智能控制終端以及通訊網(wǎng)絡(luò)等部分。路燈線路漏電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。
1.1 監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)采用Internet固定寬帶網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)連接，采用Windows中文版操作系統(tǒng)和SQLServer2005數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)?，F(xiàn)場(chǎng)路燈漏電智能終端數(shù)據(jù)傳輸采用移動(dòng)GPRS無(wú)線平臺(tái)與監(jiān)控中心通信。監(jiān)控[( dylw.NEt) 專業(yè)提供論文寫(xiě)作和發(fā)表的服務(wù),歡迎光臨]中心配置監(jiān)控計(jì)算機(jī)，彩色液晶顯示器、UPS電源、打印機(jī)等設(shè)備。監(jiān)控軟件功能包括：地理信息系統(tǒng)、系統(tǒng)測(cè)控、圖形監(jiān)控、動(dòng)態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)采集、趨勢(shì)圖、歷史數(shù)據(jù)顯示貯存、事故報(bào)警、制表打印、終端參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)置、控制邏輯修改、系統(tǒng)調(diào)試等。
1.2 漏電檢測(cè)智能控制終端
漏電檢測(cè)智能控制終端分布在城市路燈箱變內(nèi)，采用無(wú)線GPRS和監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通信。該產(chǎn)品采用嵌入式STM32單片機(jī)，時(shí)鐘頻率達(dá)到72MHz，配以5英寸分辨率480×272真彩色觸摸液晶顯示器，構(gòu)成一個(gè)功能完全的微處理系統(tǒng)。采用全封閉鑄鋁機(jī)箱，強(qiáng)弱電信號(hào)嚴(yán)格分離，抗干擾能力強(qiáng)，有多個(gè)可插拔輸入輸出端口，人機(jī)界面友好，漢字顯示。可根據(jù)需求進(jìn)行各種參數(shù)顯示和功能設(shè)置，可隨時(shí)執(zhí)行主機(jī)下發(fā)的遙測(cè)、遙控、遙調(diào)命令，將終端采集到各種漏電數(shù)據(jù)上報(bào)到監(jiān)控中心，根據(jù)告警限量對(duì)路燈線路進(jìn)行保護(hù)。
1.2.1 漏電檢測(cè)智能控制終端技術(shù)參數(shù)
漏電檢測(cè)智能控制終端技術(shù)參數(shù)如下：CPU STM32采用ARM Cortex-M3內(nèi)核，時(shí)鐘頻率72MHz、內(nèi)存：64M;采用TFT真彩液晶屏，分辨率(480×272)電阻式觸摸屏，觸摸延遲時(shí)間<10ms;通訊接口采用：1×RS-232，2×RS-485，1×USB，1×LAN(以太網(wǎng)口)。
漏電檢測(cè)智能控制終端單臺(tái)設(shè)備具有16路A\D輸入接口，可采集0～10A漏電電流信號(hào)，0～400V交流電壓信號(hào)，4～20mA、0～20mA、 0～5V的各種傳感器信號(hào);具有12路光隔離的開(kāi)關(guān)量輸入口和10個(gè)繼電器觸點(diǎn)輸出控制口，繼電器無(wú)源觸點(diǎn)輸出(AC250V/5A、DC30V /10A)。
系統(tǒng)適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境為：工作電源：交流220V，工作溫度范圍：-20℃～70℃，工作濕度范圍：0%～95%。
1.2.2 漏電檢測(cè)智能控制終端的保護(hù)原理
根據(jù)“基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律”：在任一瞬時(shí)，流向某一結(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于由該結(jié)點(diǎn)流出的電流之和，即：∑i(t)入=∑i(t)出。
(1)可知，在路燈被保護(hù)線路工作正常，沒(méi)有發(fā)生漏電的情況下，流入和流出零序電流互感器一次側(cè)的電流相量和等于零，即：i1+i2+i3+iN=0。
(2)鐵芯中磁通的相量和也為0。零序電流互感器的二次側(cè)不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，漏電信號(hào)處理電路沒(méi)有漏電信號(hào)而處于警備狀態(tài)，沒(méi)有輸出，漏電控制電路不動(dòng)作，維持正常供電。當(dāng)被保護(hù)路燈線路中有漏電或人身觸電時(shí)，由于漏電電流的存在，通過(guò)零序電流互感器一次側(cè)各線電流的相量和不再等于零，有了漏電電流，鐵心就有了交變磁通(交變磁場(chǎng))，在交變磁通作用下，零序電流互感器二次側(cè)線圈就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，形成剩余漏電電流輸出信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)整流變換電路后輸入到 A/D轉(zhuǎn)換器和無(wú)線漏電智能監(jiān)控終端微處理器內(nèi)進(jìn)行處理，只要剩余電流(漏電電流)達(dá)到預(yù)先設(shè)定漏電電流保護(hù)值時(shí)，無(wú)線漏電智能監(jiān)控終端微處理器輸出一個(gè)控制信號(hào)控制繼電器，繼電器得電動(dòng)作，推動(dòng)脫扣器動(dòng)作，脫扣跳閘切斷電源，實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)。無(wú)線漏電智能監(jiān)控終端控制原理圖如圖2所示。
無(wú)線漏電智能監(jiān)控終端主要用來(lái)對(duì)路燈線路漏電電流數(shù)據(jù)采集、分析、數(shù)據(jù)上傳、接受監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)命令、就地?cái)?shù)據(jù)顯示、功能設(shè)置、控制路燈線路接通和斷開(kāi)。對(duì)防止人身觸電提供可靠保護(hù)，同時(shí)也可用于對(duì)電氣線路因漏電造成的接地故障進(jìn)行保護(hù)，防止接地電流引起的設(shè)備和電氣故障而造成的火災(zāi)隱患。
1.2.3 漏電電流告警設(shè)置
在使用無(wú)線漏電智能監(jiān)控終端時(shí)，正確合理地選擇無(wú)線漏電智能監(jiān)控終端每一路的漏電電流檢測(cè)告警保護(hù)值非常重要：一方面在發(fā)生觸電或泄漏電流超過(guò)允許值時(shí)，無(wú)線漏電智能監(jiān)控終端可有選擇地動(dòng)作;另一方面，無(wú)線漏電智能監(jiān)控終端在正常泄漏電流作用下不應(yīng)動(dòng)作，防止供電中斷而造成不必要的滅燈。
在設(shè)置漏電保護(hù)器的額定漏電動(dòng)作電流應(yīng)注意：(1)為了保證人身安全，額定漏電動(dòng)作電流應(yīng)不大于人體安全電流值，國(guó)際上公認(rèn)30mA為人體安全電流值;(2)為了保證電網(wǎng)可靠運(yùn)行，額定漏電動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)低電壓電網(wǎng)正常漏電電流。
1.3 通訊網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)采用GPRS無(wú)線通信方式，利用分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率最高理論值能達(dá)171.2kb/s，可縮短系統(tǒng)數(shù)據(jù)檢測(cè)時(shí)間。凡手機(jī)可通信的地方均可正常使用，可實(shí)現(xiàn)城市路燈漏電檢測(cè)系統(tǒng)在城市內(nèi)無(wú)通信盲點(diǎn)。
2 系統(tǒng)功能
2.1 智能保護(hù)功能
路燈線路漏電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為控制核心，使用現(xiàn)代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，根據(jù)路燈線路運(yùn)行環(huán)境，單獨(dú)設(shè)置不同支路的路燈線路漏電保護(hù)參數(shù)，顯示和記錄路燈線路漏電電流以及線路的工作和故障狀態(tài)。同時(shí)依據(jù)常規(guī)漏電動(dòng)作電流的變化情況可對(duì)設(shè)備檢修維護(hù)啟動(dòng)提前示警功能;根據(jù)路燈線路漏電保護(hù)參數(shù)智能控制漏電保護(hù)電路動(dòng)作;對(duì)突況也可遠(yuǎn)程控制設(shè)備啟用和關(guān)閉，在路燈啟動(dòng)電流瞬間波動(dòng)時(shí)智能有效規(guī)避保護(hù)動(dòng)作。
2.2 信息傳輸功能
路燈線路漏電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可快速處理現(xiàn)場(chǎng)路燈漏電報(bào)警信息，并將真實(shí)漏電數(shù)據(jù)和漏電部位及時(shí)傳送到監(jiān)控中心，同時(shí)以手機(jī)短信方式通知現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員，可提高漏電信息的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，增強(qiáng)了路燈漏電保護(hù)反應(yīng)能力。
2.3 數(shù)據(jù)檢測(cè)功能
路燈線路漏電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各路燈線路漏電電流，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)或人工巡檢測(cè)試，實(shí)現(xiàn)漏電電流、系統(tǒng)電流和電壓的動(dòng)態(tài)顯示， 為用戶提供了一個(gè)監(jiān)視路燈電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)漏電狀況的實(shí)時(shí)平臺(tái)。如果用戶發(fā)現(xiàn)線路的漏電明顯增加，就可以在漏電保護(hù)器還沒(méi)有動(dòng)作時(shí)，檢查線路故障并排除故障，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行故障，確認(rèn)故障類型和故障狀態(tài)，并對(duì)故障信息進(jìn)行跟蹤處理，提示管理單位及時(shí)維修故障設(shè)備，提高漏電檢測(cè)系統(tǒng)的完好率。
2.4 遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定功能
路燈線路漏電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有設(shè)置不同額定漏電動(dòng)作電流的功能，系統(tǒng)能在中心控制室和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各漏電告警值進(jìn)行設(shè)置一次告警、二次告警等。漏電電流的保護(hù)值不是一成不變的， 對(duì)不同的環(huán)境、不同的設(shè)備有不同的要求。正常漏電電流，最大不得超過(guò)100mA;漏電電流較小的電網(wǎng)，非陰雨季節(jié)為75mA，陰雨季節(jié)為200mA;漏電電流較大的電網(wǎng)，非陰雨季節(jié)為100mA，陰雨季節(jié)為300mA。安裝于路燈單燈的漏電保護(hù)器用于保護(hù)單個(gè)或多個(gè)用電設(shè)備，是直接防止人身觸電的保護(hù)設(shè)備，因被保護(hù)線路和設(shè)備的用電量小漏電電流小一般不超過(guò)10mA，宜選用額定動(dòng)作電流為30mA，動(dòng)作時(shí)間小于0.11s的漏電保護(hù)值。
2.5 二次合閘功能
路燈漏電智能終端監(jiān)測(cè)到漏電電流超標(biāo)后首先自動(dòng)跳閘，延時(shí)20s～60s后會(huì)自動(dòng)進(jìn)行二次或多次合閘(間隔和次數(shù)可設(shè)定)。如故障未排除，仍有超限漏電電流存在，重合閘后立即跳閘并自動(dòng)閉鎖，二次合閘漏電電流保護(hù)后需人工檢修排除故障后重新投入使用。
2.6 遠(yuǎn)程報(bào)警功能
路燈線路漏電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的告警保護(hù)功能包括：(1)線路漏電電流超過(guò)漏電設(shè)置報(bào)警值120%(可修改)，現(xiàn)場(chǎng)智能終端向監(jiān)控中心發(fā)送漏電電流過(guò)一次線報(bào)警，監(jiān)控中心可根據(jù)天氣和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定是否停止該線路工作;(2)線路漏電電流超過(guò)設(shè)置漏電報(bào)警值150%(可修改)，現(xiàn)場(chǎng)智能終端輸出控制信號(hào)切斷主回路供電電源，同時(shí)向監(jiān)控中心發(fā)送漏電電流過(guò)二次線報(bào)警信號(hào)，并且通過(guò)監(jiān)控中心的短信息模塊將報(bào)警信息到相關(guān)人員的手機(jī)上;(3)監(jiān)控中心收到終端漏電電流告警信息或檢測(cè)到終端設(shè)備異常時(shí)，屏幕彈出故障信息窗口，顯示故障的位置、類型、故障參數(shù)，并用語(yǔ)音提示操作人員故障設(shè)備的名稱、故障狀態(tài);(4)在地理信息圖形中相應(yīng)位置做出故障指示，方便故障定位及人員維護(hù);(5)將故障信息存入監(jiān)控計(jì)算機(jī)告警數(shù)據(jù)庫(kù)，以備查詢和事后故障分析。
3 結(jié)語(yǔ)
城市路燈照明系統(tǒng)是城市建設(shè)的重要組成部分，路燈線路防漏電事故在當(dāng)今社會(huì)中日益尤為重要。通過(guò)實(shí)際工程的檢測(cè)，結(jié)果表明本文提出的路燈線路漏電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有有效防止城市路燈線路漏電對(duì)人身安全造成危害，在故障隱患消除后能夠自動(dòng)合閘，路燈線路漏電參數(shù)記憶、存儲(chǔ)、顯示、打印等功能。本文詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的組成及設(shè)備配置，重點(diǎn)介紹了漏電檢測(cè)智能控制終端的保護(hù)原理及報(bào)警參數(shù)設(shè)置，以及該系統(tǒng)在實(shí)際使用中可實(shí)現(xiàn)的智能保護(hù)、信息傳輸、數(shù)據(jù)檢測(cè)、遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定等功能，可為實(shí)際工程中的應(yīng)用提供參考。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞:可重構(gòu)MicroBlaze軟核;嵌入式系統(tǒng);XilinxFPGA
中圖分類號(hào):TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-9599 (2010) 05-0000-02
Design of Embedded Refactoring System Based onMicroBlaze
Tang Pei,Huang Peng
(Yangtze University,School of Computer Science,Jingzhou434023,China)
Abstract:A Refactoring embedded system based on the MicroBlaze soft-core can be used to complete the remote monitoring based on embedded Web server.In this thesis,We'll introduce some information of Xilinx MicroBlaze soft-core microprocessor and the way of customizing the hardware platform and How to cut the operating system uCLinux.At last,We'll give the remote monitoring program flow chart.
Keywords:Refactoring MicroBlaze soft-core;Embedded systems;
XilinxFPGA
可重構(gòu)技術(shù)是目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究中的一個(gè)新熱點(diǎn),是指依靠軟件編程來(lái)改變系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),以適應(yīng)不同應(yīng)用的一種技術(shù),也稱為自適應(yīng)計(jì)算平臺(tái)。作為一種新的體系結(jié)構(gòu),可重構(gòu)技術(shù)可依據(jù)不同的應(yīng)用,將同一個(gè)器件重新定制,以完成不同的任務(wù),從而達(dá)到降低開(kāi)發(fā)成本、加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度的目的。本文基于Xilinx的Spartan-3E開(kāi)發(fā)板,設(shè)計(jì)了一個(gè)可重構(gòu)的嵌入式系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)基于嵌入式Web服務(wù)器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
一、可重構(gòu)嵌入式平臺(tái)
可重構(gòu)嵌入式平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)是由FPGA發(fā)展而來(lái)的。目前已見(jiàn)報(bào)道的可重構(gòu)嵌入式平臺(tái)多數(shù)都采用了多FPGA的結(jié)構(gòu),根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同,還可包含多CPU或?qū)Ｓ么鎯?chǔ)器。由于FPGA固有的特點(diǎn)以及應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,逐漸成為目前最常用的可重構(gòu)器件。本文采用內(nèi)嵌Microblaze的Spartan3E實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可重構(gòu)樣機(jī)平臺(tái)。
(一)Spartan-3E開(kāi)發(fā)板
Spartan-3E是Xilinx公司Spartan系列的最新產(chǎn)品,是在Spartan-3成功的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)的產(chǎn)品,提供了比Spartan-3更多的I/O端口,更低的單位成本,是目前Xilinx公司性價(jià)比最高的FPGA芯片。其應(yīng)用比較廣泛:支持32位RISC處理器;內(nèi)嵌Xilinx的MicroBlaze軟核,可用于嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā);支持DDR接口的應(yīng)用;支持基于Ethernet網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用;支持大容量I/O的擴(kuò)展應(yīng)用。
(二)MicroBlaze軟核
MicroBlaze處理器是Xilinx公司針對(duì)嵌入式處理器開(kāi)發(fā)應(yīng)用推出的一種32位嵌入式處理器內(nèi)核,簡(jiǎn)單但靈活性強(qiáng),在目標(biāo)器件中可以與其他外設(shè)IP核及用戶IP核一起,構(gòu)成指定功能的片上系統(tǒng)(System On Chip,SOC)。MicroBlaze處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
其中:
DOPB:器件內(nèi)部的設(shè)備數(shù)據(jù)接口總線,用于處理器與片內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
DLMB:實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的本地塊存儲(chǔ)器總線,該總線為處理器內(nèi)核與塊存儲(chǔ)器(BRAM) 之間提供專用的高速數(shù)據(jù)交換通道。
IOPB:用于實(shí)現(xiàn)外部程序存儲(chǔ)器的總線接口。當(dāng)程序較大時(shí),需要外接大容量的存儲(chǔ)器,該總線提供讀取指令的通道。
ILMB:用于取指令的本地存儲(chǔ)器總線,該總線與器件內(nèi)部的塊存儲(chǔ)器(BRAM)相連,實(shí)現(xiàn)高速的指令讀取。
MFSL0. . 7 :主設(shè)備數(shù)據(jù)接口,提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信通道。
SFSL0. . 7 :從設(shè)備數(shù)據(jù)接口,提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信通道。
由于MicroBlaze處理器在FPGA中實(shí)現(xiàn),并且可以方便控制外部電路,因此利用MicroBlaze微處理器作為 FPGA在線重配置系統(tǒng)的控制器是較好的選擇。
(二)硬件平臺(tái)的搭建
系統(tǒng)硬件平臺(tái)由Microblaze處理器軟核及RS232_DCE、LEDs_bit、Ethernet_MAC、DDR_SDRAM_16M*16、OPB_TIMER等IP核構(gòu)成,處理器軟核及IP核可利用EDK9.1嵌入式開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行配置。硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
(三)嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在搭建好的硬件平臺(tái)上根據(jù)需要裁剪μCLinux內(nèi)核,將交叉編譯生成的內(nèi)核鏡像與根文件系統(tǒng)用EDK9.1下載到開(kāi)發(fā)板上,即構(gòu)成了可重構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)。
編譯μClinux內(nèi)核需要先用EDK工具生成硬件平臺(tái)的BSP,利用BSP提供的處理器硬件配置文件配置μClinux內(nèi)核,選擇需要的驅(qū)動(dòng)模塊,編譯生成內(nèi)核鏡像文件。在配置內(nèi)核的同時(shí)通過(guò)選擇開(kāi)源軟件Busybox選項(xiàng)構(gòu)造系統(tǒng)常用的程序和命令,在Busybox生成的目錄和文件的基礎(chǔ)上再構(gòu)造根文件系統(tǒng)的目錄樹(shù),并添加相關(guān)設(shè)備文件和配置文件以及系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要的腳本文件,從而形成最終的根文件系統(tǒng),最終在編譯內(nèi)核時(shí)將文件系統(tǒng)作為映像編譯到內(nèi)核中。
(四)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)
利用Linux系統(tǒng)提供的進(jìn)程調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)通信功能,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)支持多進(jìn)程的Web服務(wù)器,利用HTML代碼和C#代碼制作了一些相關(guān)網(wǎng)頁(yè),并采用C語(yǔ)言編寫(xiě)了一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序。用戶可以通過(guò)瀏覽服務(wù)器端的網(wǎng)頁(yè),向服務(wù)器發(fā)出使用應(yīng)用程序的請(qǐng)求,服務(wù)器接收請(qǐng)求后,對(duì)該請(qǐng)求進(jìn)行分析解釋并執(zhí)行相應(yīng)的操作,最后將用戶要求的內(nèi)容或者出錯(cuò)信息以HTTP應(yīng)答方式返回。服務(wù)器端對(duì)遠(yuǎn)程用戶請(qǐng)求進(jìn)行處理的程序流程如圖3所示。
本文是基于Microblaze的SoPC設(shè)計(jì),并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具體的應(yīng)用――遠(yuǎn)程主機(jī)通過(guò)WEB網(wǎng)絡(luò)對(duì)終端開(kāi)發(fā)板進(jìn)行操作和控制。該應(yīng)用簡(jiǎn)單、靈活,成本較低,選材簡(jiǎn)單,效率較高。
五、結(jié)語(yǔ)
本文基于MicroBlaze軟核設(shè)計(jì)了一個(gè)可重構(gòu)的嵌入式系統(tǒng),完成基于嵌入式Web服務(wù)器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)基于Xilinx公司的MicroBlaze處理器軟核,搭載經(jīng)過(guò)裁剪的μClinux組成一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng),嵌入支持多進(jìn)程的Web服務(wù)器及相關(guān)的網(wǎng)頁(yè)和簡(jiǎn)單應(yīng)用程序,用于完成遠(yuǎn)程的訪問(wèn)與監(jiān)控?？捎行Ы档头?wù)器的構(gòu)建成本,避免處理器的更新?lián)Q代,擴(kuò)展產(chǎn)品的生命周期。依此方法構(gòu)建嵌入式服務(wù)器,目前在國(guó)內(nèi)尚不多見(jiàn),具有一定的創(chuàng)新意義。
參考文獻(xiàn):
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一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路
基于51單片機(jī)的 GSM短信模塊家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)組成如圖1所示。
工作原理：利用紅外傳感器檢測(cè)人體所輻射的紅外線，每當(dāng)檢測(cè)到紅外信號(hào)產(chǎn)生變化時(shí)，就把紅外線信號(hào)轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)，讓其經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路并且對(duì)進(jìn)入的電信號(hào)進(jìn)行濾波，放大，比較。則MCU就會(huì)收到一個(gè)高電平以判斷是否報(bào)警，如果MCU判斷出滿足報(bào)警的條件，就會(huì)發(fā)出控制信號(hào)并且通過(guò)串行通信接口RS232，就可以控制GSM模塊給用戶發(fā)短信息從而實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警的設(shè)計(jì)。
二、系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)
從設(shè)計(jì)的要求總體來(lái)說(shuō)該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：報(bào)警電路、熱釋電紅外傳感探頭電路、復(fù)位電路、GSM短信模塊以及相關(guān)的控制管理軟件組成；
1、電源電路設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中電路很重要的作用，是提供器械運(yùn)轉(zhuǎn)的原動(dòng)力。設(shè)計(jì)中的電源為直流穩(wěn)壓電源。因?yàn)樵O(shè)計(jì)中的電壓需要5V的電壓，所以需要將220V的交流電壓通過(guò)降壓變成5V的直流電壓，供電路使用。1）電源變壓器：電源變壓器是一個(gè)降壓變壓器，它的的作用是將220V的交流電壓變換成較低的交流電壓，然后送給整流電路。在本設(shè)計(jì)中電源電路中取數(shù)值為22的η，所以降壓后副邊電壓值為10V。2）整流電路：橋式整流電路由4個(gè)二極管組成，它的主要作用是將50Hz的正弦交流電轉(zhuǎn)化成脈動(dòng)的直流電。整流后的電壓約為9V。3）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的作用是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻的變化而變化，這主要的功能要?dú)w功于芯片7805。
2、紅外探測(cè)信號(hào)輸入電路。紅外探測(cè)信號(hào)輸入部分由紅外線傳感器、信號(hào)放大電路、電壓比較器、數(shù)字信號(hào)輸入電路組成。當(dāng)紅外線傳感器J1探測(cè)到前方人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí)，J1的S端引腳會(huì)輸出微弱的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)Q1等組成第一級(jí)放大電路的放大，然后通過(guò)C2輸入到運(yùn)算放大器UIA中進(jìn)行高增益、低噪聲放大。
3、時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)。反向放大器的輸入是XTAL1和輸出是XTAL2。由于這個(gè)機(jī)器所用的一個(gè)周期中含有6個(gè)狀態(tài)周期，還有就是在每個(gè)狀態(tài)周期的下面有2個(gè)振蕩周期，就可以計(jì)算出一共有12個(gè)振蕩周期，在外接振蕩頻率為12MHZ的石英晶體振蕩器時(shí)，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us
4、復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。復(fù)位方法有兩種，一種是自動(dòng)復(fù)位，另一種是手動(dòng)復(fù)位。單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后， 在RESET端持續(xù)給出2個(gè)周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。
5、RS-232通信的設(shè)計(jì)。由于PC機(jī)是系統(tǒng)的主控機(jī)，主機(jī)PC和單片機(jī)之間采用的是RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)采用RS-232通信收發(fā)器芯片為MAX232，它是美信（MAXIM）公司專為RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V單電源供電。
6、GSM短信模K。SIM900A是一款無(wú)線模塊。SIM900A模塊主要通過(guò)串口與單片機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)SIM900A模塊的控制。SIM900A的串口提供了多條控制線，包含數(shù)據(jù)信號(hào)線TXD和RXD，狀態(tài)信號(hào)線RTS和CTS，控制信號(hào)線DTR，DCD，DSR和RI。RXD數(shù)據(jù)接收信號(hào)線用于接收來(lái)自單片機(jī)的數(shù)據(jù)。由于SIM900A是一個(gè)功能完全的模塊，在設(shè)計(jì)時(shí)SIM900A模塊的電源管腳并連在一起，另外還需要連接SIM卡座，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)獨(dú)立的GSM終端。
本論文研究基于GSM短信模塊的家庭防盜報(bào)警器。通過(guò)以AT89S52為重要工作處理器核心單片機(jī)的防盜報(bào)警器。這個(gè)防盜報(bào)警器是利用被凍死熱釋電紅外線外傳感器檢測(cè)進(jìn)入安防內(nèi)人體的紅外線發(fā)出電信號(hào)，從而經(jīng)過(guò)一系列的電流電壓轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)家庭防盜報(bào)警。GSM報(bào)警器有很多的特點(diǎn)，其中包括使用戶能夠操作簡(jiǎn)單、易懂、靈活；并且安裝非常的方便、智能性高、誤報(bào)率低達(dá)到了遠(yuǎn)程監(jiān)控家居安全的目標(biāo)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)[D].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.
論文關(guān)鍵詞：GPRS，SIM300模塊，短消息，AT指令，S3C44B0，GPS
1 引言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)各種場(chǎng)所的安全越來(lái)越關(guān)注并提出了更高的要求。但是傳統(tǒng)的安防設(shè)備成本比較高、實(shí)時(shí)性不強(qiáng)、集中管理控制困難等情況。本文基于ARM7、GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和GPS全球定位系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)出一種實(shí)時(shí)、無(wú)線、便于管理、成本低廉的主動(dòng)性全球性定位監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)體積小，靈活性好，性價(jià)比高，空間擴(kuò)展功能強(qiáng)。
GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GeneralPacketRadioService)的英文簡(jiǎn)稱，目的是為GSM用戶提供分組形式的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組收發(fā)，用戶永遠(yuǎn)在線，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，接入速度快，并按流量計(jì)費(fèi)，有效的降低服務(wù)成本。
2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
全球定位監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)主要由S3C44B0作為主控器，GPRS、GPS、圖像疊加模塊、人機(jī)接口模塊、傳感器模塊作為硬件與S3C44B0進(jìn)行通信，由S3C44B0對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行統(tǒng)一管理控制，從而實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。本文主要研究GPRS與處理器協(xié)調(diào)工作這方面，全球定位監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)組成框圖如下圖l所示。
系統(tǒng)工作流程如下：首先通過(guò)人機(jī)接口模塊按照實(shí)際報(bào)警監(jiān)控要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)置，并開(kāi)放相應(yīng)的端口進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中如果遇到異常情況將通過(guò)傳感器模塊感應(yīng)傳送給S3C44B0處理器，處理器收到感應(yīng)信息后，將信號(hào)進(jìn)行采集并進(jìn)行初步的處理，再通過(guò)GPS模塊接收來(lái)自衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，并對(duì)電文摘要可通過(guò)GPRS對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行反饋控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
圖l 全球定位監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)組成框圖
3系統(tǒng)硬件組成和功能
3．1 S3C44B0處理器模塊
S3C44B0是Samsung公司推出的一款高性能、低功耗的16/32位RISC內(nèi)核ARM7TDMI微處理器。為了降低系統(tǒng)成本及外圍器件數(shù)目，S3C44B0在ARM7TDMI核的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展了一系列的外圍器件，主要包括CPU單元、系統(tǒng)時(shí)鐘管理單元、存儲(chǔ)單元和系統(tǒng)功能接口單元。片上集成具體的功能部件有8KB的cache、外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器控制器、LCD控制器、帶有1個(gè)LCD專用DMA通道、2個(gè)通用DMA通道，2個(gè)帶外部請(qǐng)求引腳的DMA、2個(gè)帶有握手協(xié)議的UART、1個(gè)同步SIO接口、1個(gè)I2C總線控制器、5個(gè)PWM定時(shí)器、1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器、1個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器、71個(gè)通用可編程I/O口、8個(gè)外部中斷源、8路10位ADC、具有日歷功能的RTC、PLL倍頻器、功耗控制模式有正常、低、休眠和停止等。
3.2 SIM300模塊
SIM300模塊是SIMCOM公司研制的GSM／GPRS通信產(chǎn)品，SIM300模塊體積小，性能可靠,內(nèi)嵌有強(qiáng)大的TCP/IP協(xié)議，集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，主要為語(yǔ)音傳輸、短信息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無(wú)線接口，適合于開(kāi)發(fā)一些GSM／GPRS的無(wú)線應(yīng)用產(chǎn)品。SIM300提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行接口，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸，本設(shè)計(jì)使用SIM300全串口通信。
3.2.1 SIM300模塊電源電路
電源對(duì)模塊非常重要，一旦在電源上產(chǎn)生擾動(dòng)、干擾，都可能造成SIM300模塊的死機(jī)，模塊在發(fā)送的時(shí)候電流約2A，因此在電源電路設(shè)計(jì)時(shí)模塊的供電電流應(yīng)該有大于2A 的裕量，功率應(yīng)大于8W的裕量，電源線應(yīng)該盡量寬、走線盡量短以便減小線路阻抗增強(qiáng)電源的穩(wěn)定性。
為了提高模塊的抗干擾能力，最好在PCB板與模塊金屬屏蔽罩相接觸的地方大面積鋪地并露銅，并使模塊屏蔽罩與PCB露銅部分接觸良好；在外部輸入電源與模塊系統(tǒng)間串入感性器件以達(dá)到更好的干擾抑制效果，而在電池與模塊系統(tǒng)間不要串接任何器件，以避免對(duì)電池供電系統(tǒng)造成影響；如果采用多層板，電源走線最好走外層，以利于PCB板的散熱。電源電路設(shè)計(jì)如下圖2所示：
圖2 電源電路
3.2.2 SIM300模塊SIM卡連接電路
SIM300模塊的SIM卡接口電路支持外部SIM卡，可直接與1.8 V和3.0 V的SIM卡連接，采用I2C總線結(jié)構(gòu)，通過(guò)串行時(shí)鐘線和串行數(shù)據(jù)線完成串口數(shù)據(jù)傳輸，其時(shí)鐘線時(shí)鐘頻率為13MHz/4；串行數(shù)據(jù)線接一個(gè)10K電阻上拉到SIM卡電源上，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性,為了對(duì)靜電的抑制，在SIMRST、SIMCLK、SIMDAT三線上分別串入的10K電阻進(jìn)行抗傳導(dǎo)型干擾。SIM卡連接電路設(shè)計(jì)如下圖3所示：
圖3 SIM卡連接電路
3.2.3SIM300模塊啟動(dòng)電路
SIM300模塊的啟動(dòng)方式是通過(guò)控制PWRKEY管腳，在該管腳上產(chǎn)生一個(gè)一段時(shí)間的低電平，然后在PWRKEY引腳產(chǎn)生高阻態(tài)或高電平進(jìn)行啟動(dòng)，模塊啟動(dòng)后將發(fā)送RDY信號(hào)通知模塊已經(jīng)啟動(dòng)。啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)如下圖4所示：
圖4 啟動(dòng)電路
3.2.4 SIM300模塊指示電路
SIM300模塊的指示電路主要包括網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示電路和模塊來(lái)電指示電路。指示電路的設(shè)計(jì)如下圖5所示：
圖5 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示電路來(lái)電指示電路
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
GSM\GPRS在全球定位監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)主要是通過(guò)ARM7對(duì)SIM300模塊發(fā)送AT指令進(jìn)行控制和傳送信息，AT指令的執(zhí)行過(guò)程需要ARM7與模塊交互應(yīng)答完成，每一次發(fā)送或接收的字節(jié)有嚴(yán)格的規(guī)定。
收發(fā)短信模式主要Text模式和PDU二種模式，Text模式主要是以純文本方式發(fā)送信息，在國(guó)內(nèi)很少被采用。PDU模式編碼的短消息不僅可以發(fā)送英文短消息，也可以發(fā)送中文短消息，被普遍采用。當(dāng)ARM7通過(guò)SIM300發(fā)送中文短消息時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)ARM7是以ASCII編碼的形式發(fā)送所有AT指令的指令符號(hào)、常數(shù)、指令結(jié)束符、PDU數(shù)據(jù)包符號(hào)等；(2)在ARM7控制SIM300模塊工作時(shí)，必須通過(guò)AT指令“AT+CMGF=0”把模塊的短信息工作模式設(shè)置為PDU模式，以PDU編碼方式發(fā)送短消息；(3)ARM7發(fā)送每一條AT指令后，必須立即發(fā)送回車符的ASCII碼0DH，如果缺少回車符，模塊將不能識(shí)別指令；(4)ARM7發(fā)送中文短信息時(shí)，發(fā)送的是漢字的Unicode編碼，可以通過(guò)Unicode編碼表查出要發(fā)送漢字的Unicode碼進(jìn)行發(fā)送，適用于發(fā)送漢字信息較少且固定的情況；也可以借助漢字GB-2312碼與Unicode碼轉(zhuǎn)換表，利用函數(shù)在ARM編譯系統(tǒng)生成的GB-2312碼轉(zhuǎn)換成漢字的Unicode碼進(jìn)行發(fā)送。
GSM\GPRS在全球定位監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)，軟件采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，在ADS下調(diào)試編譯，軟件流程如下圖6所示：
圖6 軟件流程框圖
5結(jié)束語(yǔ)
SIM300模塊在全球定位監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)能夠方便、快速地完成各種有效傳感信息的傳送，經(jīng)過(guò)多次實(shí)際使用驗(yàn)證表明，SIM300模塊在全球定位監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)中應(yīng)用具有優(yōu)良的穩(wěn)定性、可靠性和性價(jià)比，是當(dāng)前改善監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的廣泛性和智能性的有效途徑。本系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等多種遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域中，具有較大的市場(chǎng)價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】SQLite 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù) 技術(shù)原理 應(yīng)用
基于SQLite嵌入式技術(shù)下對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的基本原理，應(yīng)用等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，但是對(duì)于系統(tǒng)化的研究還是相對(duì)缺乏，因此從技術(shù)原理到理論指導(dǎo)、應(yīng)用上的研究依然是數(shù)據(jù)庫(kù)管理中的熱點(diǎn)話題，下面就基于SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)原理、應(yīng)用進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的理論研究。
一、SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)原理
SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)軟件的開(kāi)發(fā)流程，先進(jìn)入需求分析階段，然后就是設(shè)計(jì)階段、代碼生成階段以及軟件測(cè)試固化階段，最后結(jié)束。SQLite嵌入式實(shí)時(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)中，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)功能分成子模塊，利用模塊方式進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)，將系統(tǒng)的多個(gè)并發(fā)執(zhí)行任務(wù)劃分開(kāi)來(lái)，提高軟件設(shè)計(jì)的效率以及穩(wěn)定性，有效建立系統(tǒng)中軟件與硬件的交互。
SQLite嵌入式實(shí)時(shí)軟件開(kāi)發(fā)中，將會(huì)采用事件驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行中斷驅(qū)動(dòng)，提高嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與性能要求；對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)部功能，可以將軟件設(shè)計(jì)任務(wù)劃分成多個(gè)周期，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)任務(wù)的異步、同步、應(yīng)用控制等設(shè)計(jì)，應(yīng)該確保功能之間的積極響應(yīng)，提高軟件程序系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。還可以在嵌入式實(shí)時(shí)軟件開(kāi)發(fā)中，簡(jiǎn)化控制流程的設(shè)計(jì)，將控制任務(wù)組織為狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的結(jié)構(gòu)，使其軟件內(nèi)部可以共享資源或者具有相同的事件驅(qū)動(dòng)。
SQLite嵌入式實(shí)時(shí)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免在設(shè)計(jì)中軟件與硬件結(jié)構(gòu)的脫離，有效改善傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中對(duì)硬件的依賴，提高軟件系統(tǒng)的實(shí)時(shí)。軟件設(shè)計(jì)中，劃分任務(wù)間的職責(zé)，賦予每個(gè)任務(wù)在軟件程序中唯一的地址，可以采用優(yōu)先級(jí)調(diào)度模式，提高軟件系統(tǒng)的對(duì)事件的響應(yīng)時(shí)間。
根據(jù)上述技術(shù)設(shè)計(jì)原理共分為用戶服務(wù)層（包括請(qǐng)求和返回）、數(shù)據(jù)請(qǐng)求處理層以及服務(wù)請(qǐng)求處理層三個(gè)層次，其中服務(wù)端對(duì)請(qǐng)求的處理過(guò)程為核心，具體來(lái)說(shuō)又可以按照輸入元素的描述、解析和處理分為三個(gè)對(duì)應(yīng)的層級(jí)。
二、SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)應(yīng)用
（一）SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)查詢功能的應(yīng)用
SQLite嵌入式技術(shù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用，例如用于教學(xué)數(shù)據(jù)的查詢，在進(jìn)行教學(xué)過(guò)程中，要積極開(kāi)發(fā)教學(xué)素材，盡可能地?cái)U(kuò)展課程的教學(xué)資源例如：采用教學(xué)論文、幻燈片或者是學(xué)生的優(yōu)秀實(shí)踐作品等等，形成穩(wěn)定的資源庫(kù)，把資源進(jìn)行共享。結(jié)合SQLite嵌入式技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的應(yīng)用和設(shè)計(jì)配合著教案，教學(xué)課件，實(shí)現(xiàn)教學(xué)活動(dòng)從信息的單向傳遞向雙向方面交換，轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)方式，積極創(chuàng)造條件構(gòu)建遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)，從而進(jìn)一步擴(kuò)大課程資源的交換利用空間。充分利用現(xiàn)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行及時(shí)的信息溝通，實(shí)現(xiàn)SQLite嵌入式技術(shù)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。常用的計(jì)算機(jī)字段可以把它存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)實(shí)體中。例如：在學(xué)校教務(wù)管理系統(tǒng)的班級(jí)表格中加入班級(jí)的男生人數(shù)，對(duì)于女生人數(shù)可以分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算字段的設(shè)置。用戶在瀏覽班級(jí)信息的時(shí)候，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)就不需要到其他的表格中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)生的人數(shù)了，這是一種典型的使用空間來(lái)?yè)Q取有效時(shí)間的作法。
（二）SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)操縱功能的應(yīng)用
SQLite嵌入式技術(shù)要求客戶端必須安裝特定的驅(qū)動(dòng)程序，在商業(yè)辦公項(xiàng)目中應(yīng)用，但是其不太適合現(xiàn)代社會(huì)日常辦公的需要，而且在使用過(guò)程中，系統(tǒng)的執(zhí)行效率很低，也不適合大數(shù)據(jù)量存取的應(yīng)用；信息時(shí)代，信息業(yè)務(wù)是新興的業(yè)務(wù)，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫(kù)功能可以保證信息有效溝通，這類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展前景在很大程度上取決于社會(huì)大眾對(duì)最新媒體信息的好奇心。通過(guò)移動(dòng)數(shù)據(jù)可以快速地接發(fā)送郵件；利用數(shù)據(jù)庫(kù)龐大的信息量為消費(fèi)者提供的方便的SIM卡的獨(dú)特個(gè)人私密屬性，為學(xué)生提供很大程度上的個(gè)性化服務(wù)，包括各種各種教學(xué)資料的變更和共享等等。
（三）SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用
SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)做出了一個(gè)遠(yuǎn)程服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控的實(shí)例。其中，輸入元素描述層的實(shí)現(xiàn)上采用了ht tp1. 1，處理層則采取一般的模塊化技術(shù)，也即是把系統(tǒng)功能通過(guò)函數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)封裝，把接口規(guī)范在接口庫(kù)文件中進(jìn)行描述，接口實(shí)現(xiàn)則在實(shí)現(xiàn)庫(kù)文件中進(jìn)行描述，因而在函數(shù)的某些功能要強(qiáng)化時(shí)，可以只改變實(shí)現(xiàn)部分，接口保持不動(dòng)，不對(duì)原有程序造成較大影響。
服務(wù)器增添新功能時(shí)，也只需要對(duì)新函數(shù)模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，也不會(huì)對(duì)原有程序造成影響，這種情況下，系統(tǒng)就具備了良好的擴(kuò)展性和可移植。其中，傾聽(tīng)模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)http端口的服務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，對(duì)符合規(guī)范的合法請(qǐng)求建立連接，將相應(yīng)的請(qǐng)求傳輸給解析模塊進(jìn)行處理。資源定位模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)命名和應(yīng)用的數(shù)據(jù)集程序資源的映射建立起相應(yīng)的映射關(guān)系，同時(shí)對(duì)資源類型、訪問(wèn)權(quán)限及其他特殊屬性進(jìn)行管理。
三、結(jié)束語(yǔ)
SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢、操控、遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)的應(yīng)用首先實(shí)現(xiàn)了SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)原理，其次保證數(shù)據(jù)的合理分析，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的高度利用，優(yōu)化了對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，在今后的技術(shù)研究中要不斷的實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)新型化研究。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：皮帶運(yùn)輸； 自動(dòng)化； 對(duì)比； 解決方案
1皮帶網(wǎng)絡(luò)化控制改造的要求
皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，主要完成沿線關(guān)聯(lián)設(shè)備的運(yùn)行控制，運(yùn)行中的各種綜合保護(hù)，圍繞這兩個(gè)方面，具體的功能要求包括：
1）實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)安全運(yùn)行保護(hù)，常見(jiàn)有跑偏、堆煤、撕裂、溫度、速度、煙霧、急停、張力、斷帶等保護(hù)功能。
2）膠帶機(jī)控制功能，控制高壓柜斷路器的合閘、分閘，控制變頻器、軟啟動(dòng)器、抱閘裝置等輔助設(shè)備的開(kāi)、停。
3）具備皮帶巷沿線打點(diǎn)、通話、語(yǔ)音報(bào)警功能。
4）在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展上位機(jī)監(jiān)控功能，在地面以圖、表、曲線、數(shù)值、動(dòng)態(tài)畫(huà)面等形式反映設(shè)備運(yùn)行情況。
由于皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)具有線路長(zhǎng)、設(shè)備多、有嚴(yán)格的連鎖關(guān)系等特點(diǎn)，所以，構(gòu)建覆蓋全線的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)十分必要，在完成所述基本功能的基礎(chǔ)上，能實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)鎖運(yùn)行，分散監(jiān)測(cè)，集中控制且實(shí)時(shí)參數(shù)通過(guò)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至各中心站，甚至到地面調(diào)度中心。
2自動(dòng)化改造解決方案對(duì)比
2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的重要基礎(chǔ)，眾多的參控設(shè)備和檢測(cè)儀表分布在長(zhǎng)達(dá)幾千米甚至幾萬(wàn)米的皮帶線上，通過(guò)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，可精簡(jiǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約布線的工作量，并易于實(shí)現(xiàn)集中控制。皮帶系統(tǒng)構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的最新成果，先后出現(xiàn)了如圖所示的基于局部網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)、基于現(xiàn)場(chǎng)總線的監(jiān)控系統(tǒng)、基于以太網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)[2]。圖?。╝）所示的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)少量設(shè)備的近距離通信；圖?。╞）所示的基于現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分布情況，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)距離，多臺(tái)設(shè)備、多種設(shè)備均可通過(guò)總線傳輸數(shù)據(jù)；圖?。╟）所示的結(jié)構(gòu)，是目前運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集控的典型通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)建成的主干以太網(wǎng)（Ethernet），所有分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)無(wú)縫傳輸。通過(guò)對(duì)比3種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)合井下實(shí)際情況，可選擇適合的組網(wǎng)形式。圖?。╝）所述網(wǎng)絡(luò)中包含有模擬信號(hào)傳輸，抗干擾能力差，采用專門(mén)設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，開(kāi)放性差，且一旦投資完成，升級(jí)擴(kuò)容難度大，可見(jiàn)適用性較差。圖 （b）所述現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控系統(tǒng)；一般采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，比如運(yùn)輸系統(tǒng)中目前廣泛應(yīng)用的Profibus-DP、CANBus、RS485等協(xié)議[1]，大大提高了系統(tǒng)兼容性；這種方式將運(yùn)輸系統(tǒng)信息處理環(huán)節(jié)延伸到運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)省了大量接線端子塊、隔離器、I/O卡等部件，降低系統(tǒng)成本。圖?。╟）所述網(wǎng)絡(luò)直接將Ethernet通信服務(wù)器集成到皮帶機(jī)綜合保護(hù)控制裝置中，使以太網(wǎng)直接延伸至生產(chǎn)控制底層，實(shí)現(xiàn)真正的“一網(wǎng)到底”，與上層管理網(wǎng)協(xié)議兼容，進(jìn)一步簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)成本。從實(shí)踐來(lái)看，目前運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化改造，主要采用現(xiàn)場(chǎng)總線與Ethernet融合組網(wǎng)的方式，既滿足現(xiàn)場(chǎng)兼容性，又方便與上層管理網(wǎng)無(wú)縫連接。
2.2實(shí)現(xiàn)方式
目前，運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化的具體實(shí)現(xiàn)方式也呈現(xiàn)出多樣化，各個(gè)生產(chǎn)廠商根據(jù)最新的技術(shù)發(fā)展，不斷推出新的解決方案。如一種典型的皮帶機(jī)網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)控制系統(tǒng)解決方案，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)采用CAN總線，將多臺(tái)監(jiān)控主機(jī)連接起來(lái)，在方便接入Ethernet的位置，配置聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)入Ethernet由光纖傳輸至遠(yuǎn)端，地面配置監(jiān)控上位機(jī)，配套專門(mén)的可視化監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息顯示，地面遠(yuǎn)程控制，該解決方案將數(shù)據(jù)傳輸、語(yǔ)音通話、視頻監(jiān)控融為一體?？傮w來(lái)說(shuō)，目前主要的解決方案可歸納如下：
1）選用高性能微處理器設(shè)計(jì)監(jiān)控主機(jī)，擴(kuò)展多路模擬量、數(shù)字量通道，以完成皮帶多種保護(hù)功能，設(shè)計(jì)專門(mén)的語(yǔ)音電路、顯示電路、通信接口電路，使主機(jī)具備打點(diǎn)、通話、報(bào)警、顯示及聯(lián)網(wǎng)功能，支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要有CAN、RS232/485、Ethernet等。
2）選用知名品牌的PLC模塊，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活搭建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)計(jì)算監(jiān)控皮帶的數(shù)據(jù)規(guī)模，合理選擇CPU模塊、I/O模塊、聯(lián)網(wǎng)模塊、接口模塊。根據(jù)運(yùn)輸巷的分布，可設(shè)計(jì)成一主站多分站結(jié)構(gòu)；也可以設(shè)計(jì)成多個(gè)對(duì)等監(jiān)控站結(jié)構(gòu)，還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，設(shè)置就地按鈕盒。
2.3方案對(duì)比
1）系統(tǒng)性能。早期的基于單片機(jī)的皮帶機(jī)綜合保護(hù)裝置，穩(wěn)定性不如PLC系統(tǒng)好，各個(gè)廠家開(kāi)發(fā)的保護(hù)裝置質(zhì)量差別也比較大。近幾年，微處理器的性能大幅度提高，基于高性能微處理器的皮帶保護(hù)控制主機(jī)，都表現(xiàn)出良好的性能，由于微處理器支持的資源增加，將通信接口、語(yǔ)音、操作按鈕、數(shù)據(jù)采集等功能集于一身的產(chǎn)品也得到應(yīng)用，穩(wěn)定、可靠，皮帶監(jiān)控裝置在現(xiàn)場(chǎng)放置，也利于現(xiàn)場(chǎng)就地操控。PLC系統(tǒng)能否真正發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，依賴于開(kāi)發(fā)人員的經(jīng)驗(yàn)。
2）開(kāi)發(fā)周期。PLC模塊基本為定型產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)工作量重點(diǎn)是模塊選型及軟件設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)周期短；而基于微處理器開(kāi)發(fā)皮帶監(jiān)控裝置，涉及硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、抗干擾設(shè)計(jì)、本安及防爆考慮等，開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)。在遠(yuǎn)程監(jiān)控需求刺激下，上位機(jī)監(jiān)控功能逐漸成為必選設(shè)計(jì)任務(wù)，PLC作為標(biāo)準(zhǔn)的模塊，已將常用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議及接口標(biāo)準(zhǔn)集成在開(kāi)發(fā)環(huán)境中，很容易實(shí)現(xiàn)與Wincc、Intouch、Ifix、MCGS等組態(tài)軟件的通信，而基于微處理器的監(jiān)控裝置，一般都采用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的上位機(jī)讀取。從這個(gè)方面看，PLC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期比皮帶監(jiān)控裝置要短。但若采用一個(gè)技術(shù)成熟的皮帶監(jiān)控裝置構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)，其開(kāi)發(fā)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于PLC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。
3）靈活性。皮帶監(jiān)控裝置通過(guò)擴(kuò)展可以掛接語(yǔ)音通話、視頻監(jiān)控等子系統(tǒng)，而且可根據(jù)皮帶運(yùn)輸巷實(shí)際設(shè)備情況，自由確定安裝位置，修改監(jiān)控程序，靈活性較好；PLC系統(tǒng)在上層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中，較為靈活，而現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，則不如皮帶監(jiān)控裝置靈活。
4）成本。設(shè)計(jì)一套PLC皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化系統(tǒng)動(dòng)輒上百萬(wàn)元，甚至上千萬(wàn)元，開(kāi)發(fā)成本巨大；而基于微處理器的皮帶監(jiān)控裝置，表現(xiàn)出明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
3皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化改造展望
近幾年，無(wú)線通信技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用力度越來(lái)越大，從運(yùn)輸系統(tǒng)的特點(diǎn)來(lái)看，最適合應(yīng)用的應(yīng)該是覆蓋全線的無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，這樣，所有的監(jiān)控信息自適應(yīng)地傳輸至監(jiān)控分站，監(jiān)控分站再通過(guò)礦以太環(huán)網(wǎng)傳輸至地面管理中心。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的相關(guān)成果應(yīng)用到運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化中，必將掀起一場(chǎng)新的革命。從井下生產(chǎn)實(shí)際來(lái)看，無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)非常方便，無(wú)論對(duì)于正常運(yùn)行監(jiān)控信息的傳輸，還是對(duì)緊急情況下的調(diào)度、控制，甚至是事故救援，都將產(chǎn)生積極地影響。
無(wú)線運(yùn)輸系統(tǒng)監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想將沿線各種監(jiān)控用傳感器改造為無(wú)線傳感器，直接與無(wú)線基站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，再由無(wú)線基站傳輸至以太網(wǎng)。這樣的無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可覆蓋皮帶運(yùn)輸巷、斜巷人車、井下（井上）人車、猴車等長(zhǎng)距離運(yùn)輸系統(tǒng)，成熟的無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)甚至可以延伸至采掘面，適應(yīng)采掘工作機(jī)動(dòng)性的需要。目前，無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，語(yǔ)音通話，報(bào)警提示，命令下發(fā)等功能。
4總結(jié)
皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)具有設(shè)備多、類型雜、布置分散、全線距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，在自動(dòng)化改造過(guò)程中，呈現(xiàn)出多種解決方案，在聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)方式、性能、成本、靈活性等方面各有差異。實(shí)現(xiàn)煤礦自動(dòng)化，減少了檢修時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。相信皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化將呈現(xiàn)更加便捷高效的未來(lái)。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代電子信息；效能監(jiān)察；措施
【中圖分類號(hào)】TD-918 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）04-0160-01
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代電子信息技術(shù)應(yīng)該在人們生活的各個(gè)方面得到了普及與應(yīng)用，而作為企業(yè)管理的重要主題之一，企業(yè)的有效管理是企業(yè)發(fā)展的重要前提，運(yùn)用現(xiàn)代電子信息技術(shù)效能監(jiān)察，有利于全面提升企業(yè)的內(nèi)部管理水平，促進(jìn)企業(yè)的穩(wěn)定監(jiān)控的發(fā)展。
一、現(xiàn)代電子信息和效能監(jiān)察相關(guān)概念
作為電子工程的核心構(gòu)架，現(xiàn)代電子信息技術(shù)在計(jì)算機(jī)與各個(gè)行業(yè)的聯(lián)系中保持良好的應(yīng)用發(fā)展勢(shì)頭，其已經(jīng)成為了企業(yè)發(fā)展的重要條件。企業(yè)將現(xiàn)代電子信息作為管理的有效工具，在相關(guān)方面進(jìn)行資金投入用來(lái)改變企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)行環(huán)境，在重要的應(yīng)用領(lǐng)域強(qiáng)化企業(yè)的發(fā)展；而監(jiān)察部門(mén)可以利用電子信息對(duì)監(jiān)察范圍中的企業(yè)進(jìn)行管理，提高監(jiān)察效率。利用電子信息，企業(yè)管理還能避免出現(xiàn)對(duì)工作不負(fù)責(zé)任或者違反法規(guī)的行為或現(xiàn)象，提高監(jiān)察管理的科學(xué)性以及可靠性，強(qiáng)化企業(yè)的個(gè)人職責(zé)，有效提高企業(yè)內(nèi)部人員的工作積極性，避免企業(yè)產(chǎn)生不必要的損失。
二、提高現(xiàn)代電子信息監(jiān)察效能的措施
1.健全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提升效能監(jiān)察力度
現(xiàn)代化企業(yè)多十分重視企業(yè)信息化建設(shè)，企業(yè)在提升效能監(jiān)察過(guò)程中應(yīng)用電子信息技術(shù)須完善健全電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代電子信息效能監(jiān)察的突破與創(chuàng)新。例如完善VPN技術(shù)，能有效提高效能監(jiān)察的有序性和高效性，VPN技術(shù)即用密碼、隧道協(xié)議以及身份驗(yàn)證等建立而成的專用虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這一網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得人們可以利用整個(gè)英特網(wǎng)，還包括局域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互相通信，而無(wú)須鋪設(shè)物理線路，在相關(guān)動(dòng)態(tài)作用的條件下進(jìn)行開(kāi)展管理工作。企業(yè)利用VPN技術(shù)能透過(guò)VPN的通信隧道，將效能監(jiān)察的相關(guān)信息向企業(yè)的外部、內(nèi)部客戶端傳遞，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效能監(jiān)察的快速提高。
某煤礦企業(yè)為提高效能監(jiān)察效能措施成立了礦井以及生產(chǎn)調(diào)度的多級(jí)信息中心，其電子信息調(diào)度中心包含了安全管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控、經(jīng)營(yíng)管理、高度指揮以及安全管理多個(gè)功能，礦井具有出入井考勤、瓦斯監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等功能，建立電子信息調(diào)度中心，該企業(yè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)的全時(shí)段監(jiān)控，提高了效能監(jiān)察水平。
2.拓寬電子信息軟件的應(yīng)用范圍，提高效能監(jiān)察質(zhì)量
提高效能監(jiān)察還須對(duì)新軟加強(qiáng)開(kāi)發(fā)利用。當(dāng)前多數(shù)企業(yè)都在企業(yè)信息化建設(shè)中進(jìn)行了大筆資金投入，部分企業(yè)也建成了辦公自動(dòng)化的OA系統(tǒng)站系統(tǒng)、企業(yè)物資管理系統(tǒng)、企業(yè)財(cái)務(wù)核算系統(tǒng)以及企業(yè)的電子郵局等多種系統(tǒng)，企業(yè)紛紛建立企業(yè)特色的電子信息系統(tǒng)。
論文提到的煤礦企業(yè)在建立信息調(diào)度中心與企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)同時(shí)，還積極進(jìn)行軟件的開(kāi)發(fā)與利用，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)察，對(duì)煤炭資源的運(yùn)銷、生產(chǎn)管理計(jì)劃、煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控、員工電子考勤等環(huán)節(jié)實(shí)行信息化管理。該企業(yè)還與與某大學(xué)進(jìn)行合作，開(kāi)發(fā)出“MES（煤礦智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)）”，建立了煤炭自動(dòng)化產(chǎn)銷發(fā)運(yùn)過(guò)程的煤礦系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等電子信息的管理軟件，該系統(tǒng)軟件的操作性強(qiáng)，信息覆蓋面較廣，具有很強(qiáng)的信息安全度以及信息廣度，從另外一個(gè)層面提高了效能監(jiān)察。一旦發(fā)現(xiàn)了生產(chǎn)管理過(guò)程中出現(xiàn)了問(wèn)題，則能進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整與調(diào)控，相關(guān)監(jiān)察人員通過(guò)這一信息軟件系統(tǒng)能進(jìn)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)以及銷售情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
該企業(yè)開(kāi)發(fā)的安全生產(chǎn)考勤系統(tǒng)，主要配件包括讀卡器、射頻卡、LED顯示屏、系統(tǒng)軟件、礦井考勤分機(jī)、傳輸接口等，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)人員的生產(chǎn)管理、出勤管理以及安全管理。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，效能監(jiān)察人員能對(duì)企業(yè)生產(chǎn)線上的職工的出勤狀況進(jìn)行監(jiān)察，從科學(xué)角度出發(fā)杜絕安全隱患，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的高效、安全生產(chǎn)和管理。
3.提升效能監(jiān)察管理思想，強(qiáng)化效能
作為企業(yè)內(nèi)部管理的重要內(nèi)容，效能監(jiān)察的應(yīng)用需要隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐進(jìn)行及時(shí)更新。企業(yè)的內(nèi)部效能監(jiān)察方面存在相對(duì)薄弱的管理環(huán)節(jié)，為了有效提高效能監(jiān)察的質(zhì)量，讓企業(yè)能夠在激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中適應(yīng)市場(chǎng)需求獲得發(fā)展，企業(yè)需從本身的薄弱環(huán)節(jié)出發(fā)，主動(dòng)改變已有的管理思維，利用先進(jìn)的電子科技技術(shù)實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、合理化的效能監(jiān)察，這就需要企業(yè)建立健全監(jiān)察體系，在實(shí)際的操作和應(yīng)用過(guò)程中，突破已有的工作模式，樹(shù)立現(xiàn)代電子信息思想，將企業(yè)事后問(wèn)題補(bǔ)救的形式轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑胺婪?，利用現(xiàn)代電子信息技術(shù)強(qiáng)化企業(yè)關(guān)口前移、事中參與同步監(jiān)察在效能監(jiān)察過(guò)程中加強(qiáng)管理，讓企業(yè)在高質(zhì)量的效能監(jiān)察管理中為經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
隨著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的加強(qiáng)，各個(gè)企業(yè)加強(qiáng)了信息人才的培養(yǎng)與建設(shè)，紛紛成立了電子信息中心，培訓(xùn)和培養(yǎng)電子信息技術(shù)人員，重點(diǎn)加強(qiáng)企業(yè)保衛(wèi)人員、監(jiān)察人員以及機(jī)關(guān)工作人員的現(xiàn)代電子信息技術(shù)的思想轉(zhuǎn)變以及技能掌握，利用知識(shí)競(jìng)賽、技術(shù)培訓(xùn)以及企業(yè)案例教育等形式，讓企業(yè)員工在提高效能管理思想、熟練掌握現(xiàn)代電子信息技術(shù)的同時(shí)，全面提高效能監(jiān)察質(zhì)量以及管理水平。