摘要：由于信號(hào)在CAN總線(xiàn)中有效傳輸距離有限，為此對(duì)采用CAN總線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的方案。通過(guò)由LPC2148和EM310組成的電梯終端將電梯的運(yùn)行狀況和故障信息經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)及時(shí)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(jī)軟件的操作，實(shí)現(xiàn)了電梯的遠(yuǎn)程監(jiān)控。解決了信號(hào)傳輸距離的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控；GPRS；AT指令；EM310

    目前我國(guó)電梯擁有量隨著高層建筑的增多而迅猛增長(zhǎng)，為生產(chǎn)與生活提供了極大的便利。而如何保證每臺(tái)電梯都能夠可靠運(yùn)行，及時(shí)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(jìn)步的關(guān)鍵所在。電梯運(yùn)行質(zhì)量直接由監(jiān)控系統(tǒng)的功能決定，目前國(guó)內(nèi)電梯的集中監(jiān)控系統(tǒng)多采用固定傳輸或CAN總線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，而CAN總線(xiàn)最大傳輸距離為10 km，要在更大范圍內(nèi)實(shí)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(jì)了一種基于GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程電梯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。由于無(wú)線(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)具有永遠(yuǎn)在線(xiàn)和傳輸速率高等突出特點(diǎn)，此外能在保證數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)、準(zhǔn)確的前提下，能將系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用降低到最低。

1 GPRS簡(jiǎn)介
    GPRS是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種基于GSM系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無(wú)線(xiàn)IP連接。GPRS在GSM系統(tǒng)中引入兩個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN和GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN)并作軟件升級(jí)，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(shì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，用戶(hù)數(shù)據(jù)與無(wú)線(xiàn)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(shì)：1)通過(guò)多個(gè)GSM時(shí)隙的復(fù)用，支持的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾矢?，理論峰值達(dá)17 Kbps；2)不同的網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)共享同一組GPRS信道，但只有當(dāng)某一個(gè)用戶(hù)需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)才會(huì)占用信道資源。這樣，通過(guò)多用戶(hù)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(diǎn)；3)GPRS計(jì)費(fèi)方式更加靈活，支持按流量計(jì)費(fèi)；4)與無(wú)線(xiàn)應(yīng)用協(xié)議(WAP)技術(shù)不同，GPRS能夠隨時(shí)為用戶(hù)提供透明的IP通道，可直接訪(fǎng)問(wèn)Internet中的所有站點(diǎn)和資源；5)采用信道復(fù)用技術(shù)，每一個(gè)GPRS用戶(hù)都能夠?qū)崿F(xiàn)永遠(yuǎn)在線(xiàn)；另外，GPRS還能支持在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)進(jìn)行語(yǔ)音通話(huà)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信，獲得電梯的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，把獲得的這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過(guò)串口把處理結(jié)果以協(xié)議數(shù)據(jù)幀的格式通過(guò)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(jī)接入Internet，有一個(gè)固定IP地址，先由終端登陸GPRS，獲得IP地址，然后將這個(gè)IP地址發(fā)給主機(jī)監(jiān)控中心。由于終端機(jī)的IP地址是GPRS內(nèi)網(wǎng)的IP地址，所以要經(jīng)過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)的NAT服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，才能實(shí)現(xiàn)主機(jī)和終端機(jī)之間的雙向通信。當(dāng)主機(jī)監(jiān)控中心接收到終端機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的IP地址，終端機(jī)和監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)就已連接通，監(jiān)控中心的查詢(xún)命令或控制命令也就可以通過(guò)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(duì)它們進(jìn)行操作，從而在嵌入式平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的遠(yuǎn)程監(jiān)控。[!--empirenews.page--]
2．2 系統(tǒng)終端硬件設(shè)計(jì)
    MCU選用NXP公司的LPC21480。LPC2148是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)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(shí)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(wú)線(xiàn)模塊，支持EGSM900和GSM1800雙頻；提供數(shù)據(jù)、語(yǔ)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(yǔ)音接口(低功耗)，支持FIR、EFR、HR和AMR的語(yǔ)音編碼；支持免提通話(huà)，提供回聲抑制功能；支持標(biāo)準(zhǔn)、擴(kuò)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(diǎn)在于它不需要應(yīng)用程序廠(chǎng)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(gè)新的或已存在的應(yīng)用程序所需的成本和時(shí)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?。荒K啟動(dòng)信號(hào)在IGT引腳端維持低電平的時(shí)間須大于50 ms。

    數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片采用CATALYS公司的串行CMOSE2PROM——AT24C02，先進(jìn)的CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。該器件含有256個(gè)8位字節(jié)存儲(chǔ)空間，有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖器。AT24C02支持IC，總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳送協(xié)議IC，總線(xiàn)協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線(xiàn)的器件作為發(fā)送器，任何從總線(xiàn)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(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)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(jì)與實(shí)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(guò)TA，TE發(fā)送AT指令來(lái)控制移動(dòng)臺(tái)(Mobile Station，MS)的功能，與GSM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互。用戶(hù)可以通過(guò)AT指令進(jìn)行呼叫、短信、電話(huà)本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制。
    AT指令是一個(gè)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(chē)符<CR>結(jié)尾。指令不區(qū)分大小寫(xiě)，但其參數(shù)對(duì)大小寫(xiě)敏感。AT指令包括4種類(lèi)型，見(jiàn)表1。

3．2 EM310連接到監(jiān)控中心AT指令設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)才用LPC2148)提供接入GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而接入Internet的API接口。通過(guò)EM310連接到監(jiān)控中心一般要經(jīng)過(guò)以下幾步(如無(wú)特別說(shuō)明，AT指令返回OK表示成功，返回ERROR表示失敗)：
[!--empirenews.page--]
3．3 終端軟件設(shè)計(jì)
    由ARM微處理器編程實(shí)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(yǔ)言和IAR for ARM編譯環(huán)境進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。程序分為主程序、終端串口通信程序和電梯信號(hào)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(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，電梯信號(hào)采集／控制程序完成電梯運(yùn)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(yùn)行。結(jié)合終端機(jī)的功能需求設(shè)計(jì)了幾個(gè)功能模塊，分別如下：
    1)參數(shù)配置模塊，實(shí)現(xiàn)本地終端的功能配置，系統(tǒng)初始化、設(shè)備號(hào)、監(jiān)控中心IP地址和心跳包時(shí)間的設(shè)置。
    2)本地控制模塊，接受監(jiān)控中心的指令，通過(guò)終端機(jī)與本地PLC間通信把電梯運(yùn)行指令傳遞到PLC以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作電梯的運(yùn)行。
    3)GPRS通信傳輸模塊，實(shí)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(gè)1 024 B的緩沖區(qū)中，主循環(huán)程序檢測(cè)到上傳數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)置位則啟動(dòng)數(shù)據(jù)上傳模塊。對(duì)于接收到的來(lái)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(lái)提取數(shù)據(jù)。
    4)GPRS線(xiàn)路維護(hù)模塊，在每次心跳包時(shí)間到的時(shí)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(shí)的情況，重新登陸GPRS，實(shí)現(xiàn)終端和服務(wù)器間網(wǎng)絡(luò)連接斷開(kāi)后的重新連接。
    下位機(jī)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(xún)、控制、報(bào)警和數(shù)據(jù)保存打印等功能，負(fù)責(zé)監(jiān)視多個(gè)遠(yuǎn)程終端通過(guò)因特網(wǎng)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并定時(shí)將重要數(shù)據(jù)保存到中心數(shù)據(jù)庫(kù)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(hù)網(wǎng)絡(luò)中通信數(shù)據(jù)的安全性，還需要對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

4 結(jié)束語(yǔ)
    為實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，給出構(gòu)建結(jié)合無(wú)線(xiàn)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(jì)及各部分功能設(shè)計(jì)?；?strong>GPRS通信技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)有更廣泛的應(yīng)用前景。