??? 摘? 要： 介紹了基于GPRS的通信方式，采用嵌入式ARM9微處理器S3C2410X作為主控制器，通過短信息方式實現對遠程端數據的采集和監測的遠程數據采集系統。在系統的遠程端和用戶端，分別使用μC/OS-II和Linux為操作系統。用戶端通過GPRS網絡發出檢測信息，遠程端將檢測到的數據送回到指定用戶端，以此作為管理和監控人員統計和處理的數據。系統具有技術先進、簡單經濟、準確實用的特點，在實際應用中具有一定的參考價值。?
????關鍵詞： 數據采集； 嵌入式系統； 通用分組無線業務（GPRS）； 操作系統
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??? 本系統的設計融合了當今兩大熱點技術：嵌入式技術和通用分組無線業務GPRS(General Packet Radio Service)技術。嵌入式系統具有功耗低、體積小等優點。系統的通信方式采用基于通用分組無線業務（GPRS）技術。GPRS 是為無線數據傳輸服務量身定造的，該技術提供端到端的、廣域的無線IP 連接，具有隨時查詢、連接時間短、實時性強、設備成本低、維護費用小、收費合理、價格便宜、適合不定期、長時間的數據傳輸等諸多優點。因此，基于GPRS的嵌入式遠程數據采集系統具有很強的優勢，在目前的電力系統、天然氣等資源的監測中具有很好的應用前景。?
1 遠程數據采集系統的總體結構?
??? 基于GPRS的嵌入式遠程電量數據采集系統設計結構圖如圖1所示。?
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??? 基于ARM9的S3C2410X是Samsung公司推出的16/32位RISC微處理器S3C2410X，它為手持設備和一般類型應用提供了低價格、低功耗、高性能的解決方案。S3C2410X采用ARM920T內核和AMBA總線，并增添了豐富的外圍資源，其中包括本系統使用的8通道的10位ADC。GPRS模塊采用Wavecom Q2403A，它是雙頻GSM/GPRS MODEM模塊，在短消息服務方面，支持點對點的MT&MO、短消息區域廣播、回復呼叫信息、電話簿、記費等。 ?
??? 本設計中，把遠程采集到的電量分為正常值和異常值兩種。用戶在用戶端的宿主機上按下編輯短信功能鍵，開始編輯短信，系統會自動將編輯好的短信息傳送到用戶端的GPRS模塊，遠程端通過現有的GPRS網絡將信息傳輸到遠程端的GPRS模塊，模塊接收到用戶的查詢信息之后，將信息內容交給遠程端的S3C2410X進行判斷，判斷用戶選擇的功能。當程序確認用戶要查詢電量值時，程序調用A/D轉換模塊函數，啟動A/D轉換模塊，去讀取電量值，并將電量值轉換成數字信號，送給遠程端的S3C2410X，這樣系統已經按照用戶的需求檢測了電量值。然后，系統將進入信息發送的階段，遠程端的S3C2410X將準備好的二進制電壓值及相關信息送入遠程端的GPRS模塊，再以短信的形式傳回給用戶端。用戶通過在用戶端的宿主機上鍵入接收短信功能鍵后，在屏幕上看到接收到的短信內容。如果此時的電量值在系統規定的安全電量值內，查詢過程到此結束；如果此時電量值超出系統規定電量值，則系統會自動啟動電機。電機啟動意味著可以帶動其他裝置，做出相應的控制調整。?
2 系統軟件設計?
2.1 遠程端的程序設計?
??? 遠程端使用的是μC/OS-II操作系統。μC/OS-II 是面向中小型的嵌入式操作系統，具有執行效率高、占用空間小、實時性能優良和可擴展性強等特點。應用程序運行之前，要給設備加載驅動程序，這樣應用程序才能在系統中正常運行。遠程端的程序流程圖如圖2所示。?
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程序開始運行后首先進行各個模塊的初始化，包括嵌入式系統開發板的初始化、GPRS模塊的初始化、電機模塊的初始化和ADC的初始化；其后，程序會設置好短信息的類型，并進入等待接收短信息狀態。當有短信接收到后，程序將取出信息中的內容，進行判斷信息所選擇的功能。遠程端的程序功能有3種：“G”代表查詢A/D轉換值，“S”代表停止電機，其他信息程序會自動返回操作錯誤提示信息。?
??? 如果信息的內容是“G”，則程序會啟動A/D轉換，將寄存器ADCCON的ENABLE_START位置“1”，之后循環查詢寄存器ADCCON的ECFLG位等待轉換的完成。一旦此位被置“1”，說明轉換已經結束，程序會判斷轉換值是否大于3（此值根據系統需要任意設定），如果大于等于3，則起動電機，回復帶有電壓值的短信息；如果小于3，直接回復短信息。短信回復后，程序會繼續回到等待短信的狀態，循環往復。?
??? 遠程端的ADC模塊包括3個函數：初始化ADC函數（void init_ADdevice( )）、獲取A/D轉換值函數（int GetADresult(int channel)）和A/D轉換工作函數（extern char *SetAdc(void)）。初始化ADC函數在系統主函數中調用。A/D轉換工作函數是一個返回字符型指針值的函數，該函數首先定義了一些變量、數組和指針，然后調用獲取A/D轉換值函數獲得轉換后的電量值。此時的電量值為二進制代碼，而要想在短信中傳輸，數據必須是字符串形式，所以接下來程序將原來的二進制電壓值轉換成ASCII形式，并增加了一些輔助信息組成字符串，最終函數將字符串的首地址傳回。?
??? 遠程端短信發送模塊只包括1個短信發送函數，首先函數通過AT+CMGF=1指令設置短信格式，然后用AT+CMGS指令來發送短信。函數的兩個形參指針分別指向收信人電話號碼和短信內容。?
??? 遠程端電機模塊包括電機模塊初始化函數（void init_MotorPort( )）和電機工作函數(void SetPWM(int value))，與ADC的初始化函數相同，電機模塊初始化函數在系統主函數中被調用。電機工作函數唯一的任務就是啟動電機，其中形參(int value)控制電機轉動的速度，如果它為0，即實現了電機的停止功能。?
2.2 用戶端程序設計?
??? 用戶端主要由用戶在PC機的Linux操作系統下控制,它的主要功能就是短信的收發和閱讀。本系統用戶端程序設計流程圖如圖3所示。?
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??? 程序開始后，首先初始化串口，使PC機和嵌入式系統聯系起來,以便用戶可以在PC機上操作；然后打印提示信息,此時用戶可以根據屏幕上的信息進行操作。用戶可選的功能有3種：“1”代表發送短信息，“2”代表閱讀接收到的短信息，“3”代表退出整個工作環境。?
??? 當用戶在鍵盤上鍵入“1”后，系統會進入發短信的模式，用戶只需根據屏幕上的信息輸入電話號碼和短信內容就可成功發送短信到遠程端；當用戶鍵入“2”后，系統會進入讀短信的模式，此時屏幕上會顯示出所收短信的內容；當用戶鍵入“3”后，屏幕上顯示結束語，系統退出工作環境，并關閉串口；如果用戶再鍵入“1”或“2”，則當程序運行完發送短信子程序或讀短信子程序后，系統會自動回到功能選擇提示信息，等待用戶選擇。?
??? 用戶端短信發送模塊程序在Linux操作系統下運行。它與遠程端的短信發送函數的不同之處在于此信息的電話號碼和內容均需要用戶鍵入，所以多了一個采集鍵值的過程。?
??? 用戶端閱讀短信模塊用于用戶閱讀接收到的短信息。AT+CMGL指令用于列出SIM卡中的短信息。其中信息有五種情況：未讀（REC UNREAD）、已讀（REC READ）、待發（STO UNSENT）、已發（STO SENT）和全部（ALL）。本程序中使用了全部（ALL），當用戶選擇此功能時，屏幕上會列出所有接收到的短信息。?
??? 系統調試時，將2張不同的SIM卡裝入遠程端和用戶端的GPRS模塊；安裝遠程端的驅動程序，燒寫μC/OS-II操作系統，配置用戶端PC機上的Linux RedHat 9.0；給用戶端的嵌入式系統開發板燒制bootloader、armLinux內核，并建立文件系統。將遠程端的應用程序，編譯后發送到遠程端的嵌入式開發板上，運行程序。在用戶端，把設計好的應用程序復制到/nfs文件，使用交叉編譯的方法編譯用戶端的應用程序。至此，系統的軟硬件已經配置好，隨時可以使用。經過調試與檢測，系統各項功能均已滿足設計要求，可以正常使用了。?
??? 該系統具有如下特點：(1)自主性強：用戶可根據自己的需求隨時查詢；(2)實時性強：本系統沒有過多造成延時的因素，幾秒內就能將采集好的電量數據傳送回用戶端，使用戶能夠了解到實時的電量值；(3)費用低：因GPRS采用的是“按數據流量計費”的原則；(4)速率快：目前的GPRS技術是基于GSM公用無線網的2.5代無線傳輸手段。理論上最高速率可達170 kb/s。目前國內只開通了4個通道中的1個。因此，當前可用的實際速率為34 Kb/s左右。盡管如此， 這一速率也比當前有線電話網上的電量采集系統的通訊速率高出許多；(5)結構小巧：本系統充分利用了嵌入式系統功耗低、體積小的優點，用戶端經過改造甚至可以成為一種供野外監控人員使用的手持設備。?
參考文獻?
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