摘要：由于信號在CAN總線中有效傳輸距離有限，為此對采用CAN總線技術(shù)的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，提出了一種基于嵌入式ARM處理器和GPRS無線通信技術(shù)的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的方案。通過由LPC2148和EM310組成的電梯終端將電梯的運行狀況和故障信息經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)及時發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，然后經(jīng)由監(jiān)控中心上位機軟件的操作，實現(xiàn)了電梯的遠(yuǎn)程監(jiān)控。解決了信號傳輸距離的問題。
關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控；GPRS；AT指令；EM310

    目前我國電梯擁有量隨著高層建筑的增多而迅猛增長，為生產(chǎn)與生活提供了極大的便利。而如何保證每臺電梯都能夠可靠運行，及時發(fā)現(xiàn)故障和排除故障，已成為提高物業(yè)管理水平和電梯技術(shù)進步的關(guān)鍵所在。電梯運行質(zhì)量直接由監(jiān)控系統(tǒng)的功能決定，目前國內(nèi)電梯的集中監(jiān)控系統(tǒng)多采用固定傳輸或CAN總線現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，而CAN總線最大傳輸距離為10 km，要在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)電梯的集中監(jiān)控，就需要增加系統(tǒng)硬件設(shè)備。為此本文設(shè)計了一種基于GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程電梯監(jiān)測系統(tǒng)。由于無線GPRS網(wǎng)絡(luò)具有永遠(yuǎn)在線和傳輸速率高等突出特點，此外能在保證數(shù)據(jù)傳輸及時、準(zhǔn)確的前提下，能將系統(tǒng)運行維護費用降低到最低。

1 GPRS簡介
    GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的簡稱，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。GPRS在GSM系統(tǒng)中引入兩個新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN和GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN)并作軟件升級，能夠在終端設(shè)備和掛接在Internet上的服務(wù)器之間建立一條數(shù)據(jù)通信的鏈路。GPRS網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面，用戶數(shù)據(jù)與無線網(wǎng)絡(luò)資源的結(jié)合和基于IP協(xié)議的數(shù)據(jù)透明傳送。與原有的GSM比較，GPRS在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有明顯的優(yōu)勢：1)通過多個GSM時隙的復(fù)用，支持的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾矢撸碚摲逯颠_17 Kbps；2)不同的網(wǎng)絡(luò)用戶共享同一組GPRS信道，但只有當(dāng)某一個用戶需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時才會占用信道資源。這樣，通過多用戶的業(yè)務(wù)復(fù)用，更有效地利用了信道資源，特別適合突發(fā)性、頻繁的小流量數(shù)據(jù)傳輸，很好地適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性特點；3)GPRS計費方式更加靈活，支持按流量計費；4)與無線應(yīng)用協(xié)議(WAP)技術(shù)不同，GPRS能夠隨時為用戶提供透明的IP通道，可直接訪問Internet中的所有站點和資源；5)采用信道復(fù)用技術(shù)，每一個GPRS用戶都能夠?qū)崿F(xiàn)永遠(yuǎn)在線；另外，GPRS還能支持在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r進行語音通話等。

2 系統(tǒng)組成和原理
2．1 系統(tǒng)組成原理
    基于GPRS的電梯監(jiān)控系統(tǒng)翻的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由本地PLC、信息獲取終端、GPRS數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心組成。

    首先由終端設(shè)備的嵌入式微控制器與本地PLC進行數(shù)據(jù)通信，獲得電梯的運行狀態(tài)參數(shù)，把獲得的這些數(shù)據(jù)進行處理，然后通過串口把處理結(jié)果以協(xié)議數(shù)據(jù)幀的格式通過GPRS模塊發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)中。由于GPRS網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)都是基于IP協(xié)議的，且是互相連接的，終端的數(shù)據(jù)處理結(jié)果經(jīng)由GPRS網(wǎng)絡(luò)透明地傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。監(jiān)控中心主機接入Internet，有一個固定IP地址，先由終端登陸GPRS，獲得IP地址，然后將這個IP地址發(fā)給主機監(jiān)控中心。由于終端機的IP地址是GPRS內(nèi)網(wǎng)的IP地址，所以要經(jīng)過GPRS網(wǎng)絡(luò)的NAT服務(wù)器進行網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，才能實現(xiàn)主機和終端機之間的雙向通信。當(dāng)主機監(jiān)控中心接收到終端機發(fā)送過來的IP地址，終端機和監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)就已連接通，監(jiān)控中心的查詢命令或控制命令也就可以通過互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)發(fā)送到GPRS模塊中，再由GPRS模塊傳送到終端設(shè)備，對它們進行操作，從而在嵌入式平臺上實現(xiàn)對電梯的遠(yuǎn)程監(jiān)控。[!--empirenews.page--]
2．2 系統(tǒng)終端硬件設(shè)計
    MCU選用NXP公司的LPC21480。LPC2148是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32／16位ARM7 TDMI-S內(nèi)核的微控制器，它具有高性能和低功耗的特性，帶有豐富的外設(shè)資源，可實現(xiàn)最大為60 MHz的CPU操作頻率。
    GPRS模塊選用華為的EM310。EM310是一款GSM／GPRS雙頻無線模塊，支持EGSM900和GSM1800雙頻；提供數(shù)據(jù)、語音、短信、傳真功能；標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的認(rèn)證，兼容GSMphase2／2+協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：提供語音接口(低功耗)，支持FIR、EFR、HR和AMR的語音編碼；支持免提通話，提供回聲抑制功能；支持標(biāo)準(zhǔn)、擴展AT指令。此外，EM310模塊還內(nèi)置了TCP／IP協(xié)議棧，由AT指令控制并使得應(yīng)用程序可以很容易地接入網(wǎng)絡(luò)。這一方案的優(yōu)點在于它不需要應(yīng)用程序廠商執(zhí)行自己的TCP／IP和PPP棧，這樣最小化了將網(wǎng)絡(luò)連接集成入一個新的或已存在的應(yīng)用程序所需的成本和時間。EM310接口電路如圖2所示。要使EM310穩(wěn)定工作，電源電壓需在3．4～4．7 V之間，且電源的紋波要??；模塊啟動信號在IGT引腳端維持低電平的時間須大于50 ms。

    數(shù)據(jù)存儲芯片采用CATALYS公司的串行CMOSE2PROM——AT24C02，先進的CMOS技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。該器件含有256個8位字節(jié)存儲空間，有一個16字節(jié)頁寫緩沖器。AT24C02支持IC，總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議IC，總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器，任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)(發(fā)送或接收)的模式。AT24C02接口電路如圖3所示。[!--empirenews.page--]

3 軟件設(shè)計與實現(xiàn)
3．1 AT指令
    AT指令集是從終端設(shè)備(Terminal Equipmen，TE)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備(Data TerminalEquipment，DTE)向終端適配器(Terminal Adapter，TA)或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(Data Circuit Terminal Equipment，DCE)發(fā)送的。通過TA，TE發(fā)送AT指令來控制移動臺(Mobile Station，MS)的功能，與GSM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進行交互。用戶可以通過AT指令進行呼叫、短信、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制。
    AT指令是一個接口標(biāo)準(zhǔn)，其指令格式都比較固定。指令是以AT或者at為前綴，以回車符<CR>結(jié)尾。指令不區(qū)分大小寫，但其參數(shù)對大小寫敏感。AT指令包括4種類型，見表1。

3．2 EM310連接到監(jiān)控中心AT指令設(shè)計實現(xiàn)
    EM310中內(nèi)嵌了TCP／IP協(xié)議，并且以AT指令的形式給控制模塊(本設(shè)計才用LPC2148)提供接入GPRS網(wǎng)絡(luò)進而接入Internet的API接口。通過EM310連接到監(jiān)控中心一般要經(jīng)過以下幾步(如無特別說明，AT指令返回OK表示成功，返回ERROR表示失敗)：
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3．3 終端軟件設(shè)計
    由ARM微處理器編程實現(xiàn)IP模塊相關(guān)指令及GPRS模塊相關(guān)指令。完成終端的上網(wǎng)、建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能。使用C語言和IAR for ARM編譯環(huán)境進行軟件開發(fā)。程序分為主程序、終端串口通信程序和電梯信號采集／控制程序。主程序完成GPRS模塊初始化與網(wǎng)絡(luò)連接等操作，串口通信程序完成GPRS模塊和監(jiān)控中心計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸，電梯信號采集／控制程序完成電梯運行狀態(tài)和故障信息的收集以及解析監(jiān)控中心命令，操作電梯的運行。結(jié)合終端機的功能需求設(shè)計了幾個功能模塊，分別如下：
    1)參數(shù)配置模塊，實現(xiàn)本地終端的功能配置，系統(tǒng)初始化、設(shè)備號、監(jiān)控中心IP地址和心跳包時間的設(shè)置。
    2)本地控制模塊，接受監(jiān)控中心的指令，通過終端機與本地PLC間通信把電梯運行指令傳遞到PLC以實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作電梯的運行。
    3)GPRS通信傳輸模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)“透明傳輸”功能。終端將待上傳的數(shù)據(jù)暫存在一個1 024 B的緩沖區(qū)中，主循環(huán)程序檢測到上傳數(shù)據(jù)標(biāo)識置位則啟動數(shù)據(jù)上傳模塊。對于接收到的來自監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)，采用主循環(huán)程序中直接發(fā)送AT讀指令的方法來提取數(shù)據(jù)。
    4)GPRS線路維護模塊，在每次心跳包時間到的時候，向監(jiān)控服務(wù)器發(fā)送一固定數(shù)據(jù)幀，然后判斷接收到已定義的握手?jǐn)?shù)據(jù)包，或者若是接收超時的情況，重新登陸GPRS，實現(xiàn)終端和服務(wù)器間網(wǎng)絡(luò)連接斷開后的重新連接。
    下位機軟件流程如圖4所示。

3．4 監(jiān)控中心系統(tǒng)
    監(jiān)控中心服務(wù)器的配置也是本系統(tǒng)中的關(guān)鍵一環(huán)，具有終端查詢、控制、報警和數(shù)據(jù)保存打印等功能，負(fù)責(zé)監(jiān)視多個遠(yuǎn)程終端通過因特網(wǎng)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并定時將重要數(shù)據(jù)保存到中心數(shù)據(jù)庫中。監(jiān)控中心的功能龐大且復(fù)雜。由于系統(tǒng)是基于IP地址和因特網(wǎng)，所以為保護網(wǎng)絡(luò)中通信數(shù)據(jù)的安全性，還需要對通信數(shù)據(jù)進行加密。

4 結(jié)束語
    為實現(xiàn)信號在電梯監(jiān)控系統(tǒng)中的遠(yuǎn)距離傳輸，提出一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計算機控制技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，給出構(gòu)建結(jié)合無線通信網(wǎng)絡(luò)和ARM嵌入式的系統(tǒng)框架的方法，分析系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計及各部分功能設(shè)計。基于GPRS通信技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將會有更廣泛的應(yīng)用前景。