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基于GPRS的锅炉远程监测预警系统

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楼主: wangjiahao88
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:25 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览
    图3.5是4}20mA电流/电压电路及光电祸合隔离电路原理图。图中
SIG CUR INPO+表示变送器输入到锅炉数据采集仪的一路4}20mA模拟量信
号,采用10 S2精密电阻进行I/V变换,将4}20mA的电流信号转换为
40mV}200mV的电压信号,再利用模拟光电祸合器HCNR201将模拟量输入
信号隔离。HCNR201是一种高线性度模拟光电祸合器,主要用来隔离模拟量
信号,具有很高的非线性度:0.01%,传输增益误差在士5%之内,具有
DC}1MHz的带宽,耐压能力为1分钟SOOOV,最大绝缘工作电压为1414V,
输入电压的范围为O}15Vo
    图3.6是DC/DC转换电路原理图。BOSOSLS-1W是一款超小型,高可靠
的DC/DC转换器,输入输出电压都是SV,能产生一组与输入电源隔离的电
源。温度特性好,工作温度范围在一400C }+85 0C ,隔离电压为1000VDC o
BOSOSLS-1W输入的电源和地是从电源模块中取得,输出的电源和地接到图
3.5所示的光电祸合隔离电路的输入端,为输入信号提供隔离电源。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:25 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:25 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:25 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:26 | 只看该作者
    输入信号放大了16倍,输出的电压范围为0.64V}3.2V,即输入到ARM
微处理器中的电压范围在0.64V}3.2V之间,ARM微处理器中A/D输入的参
考电压为3.3V,保证了较高的转换精度。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:27 | 只看该作者
    输入信号放大了16倍,输出的电压范围为0.64V}3.2V,即输入到ARM
微处理器中的电压范围在0.64V}3.2V之间,ARM微处理器中A/D输入的参
考电压为3.3V,保证了较高的转换精度。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:27 | 只看该作者
      (      5 )  GPRS模块电路
    系统设计中选择了具有工业标准接口的、性价比高的SIMCOM公司的
SIM900A模块。SIM900A是SIMCOM公司推出的一款采用SMT封装的紧凑
型GSM/GPRS模块,尺寸仅有24mm*24mm*3mm,工作电压在3.2V}4.8V
工作频段为EGSM 900MHz和DCS 1800MHz,内嵌TCP/IP协议及扩展TCP/IP
AT命令,使用户更容易使用TCP/IP协议。
    SIM900A GPRS模块硬件电路主要包括SIM卡接口电路、串口接口电路、
电源电路及网络工作状态指示电路等。
    1 >  SIM卡接口电路
    SIM900A模块支持外部1.8V/3.OV的SIM卡,SIM卡接口电路是从GPRS
模块内部取电,并且会根据SIM卡的类型自动选择SIM供电输出电压。复
位时,所有引脚输出都是低电平。SIM卡接口引脚的定义和功能如表3.1所
不。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:27 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:28 | 只看该作者
    SIM卡接口电路中使用SEMTECH公司SMFOSC作静电保护。图中IO
口线中串联22 S2电阻实现SIM900A模块与SIM卡之间阻抗的匹配。SIM VCC
上并联100nF电容,以减小纹波,稳定电源输出。SIM_ DATA并联22pF电
容,防止高频干扰。
    2 )   SIM900A模块与ARM微处理器间的通信电路
    SIM900A模块与ARM微处理器间的通信采用串口通信方式,在设计中,
因不需要通过SIM900A模块上网,所以SIM900A模块与ARM微处理器之
间串口通信只需要RXD , TXD和GND三个引脚即可实现。SIM900A模块串
口接口引脚定义和功能如表3.2所示。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:42 | 只看该作者
SIM900A模块与ARM微处理器连接的串口电路如图3.10所示。
SIM900A模块有两种开机方式:使用PWKEY引脚或者使用PWKEY和
PWKEY  OUT两个引脚。本文使用PWKEY开机方式,如图3.10中所示,使
用驱动电路开机,通过把PWKEY信号拉低一段时间然后释放就可实现开机。


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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:44 | 只看该作者
    3)网络状态指示灯电路
    设计中采用SIM900A模块上的第52号引脚GPRS  NETLIGHT信号来驱
动指示网络工作状态的LED灯,电路原理图如图3.11所示。网络灯熄灭表
示SIM900A模块没有工作,网络灯64ms亮/800ms熄灭的闪烁状态表示
SIM900A模块没有找到网络,网络灯64ms亮/3000ms熄灭的闪烁状态表示
SIM900A模块注册到网络,网络灯64ms亮/300ms熄灭的闪烁状态表示
SIM900A模块处于正常通讯状态。



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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:45 | 只看该作者
      (6)存储模块
    锅炉数据采集仪需要对采集的数据进行存储,考虑到存储的数据量较
大,外扩数据存储模块采用SPANSION公司的S25FL128Po S25FL128P是
128Mbit的串行外设接口NOR Flash,采用16-pin SOIC封装,是大容量存储
器,能满足工业锅炉实时运行参数存储的需求。通过SPI接口与ARM微处
理器通信。存储模块电路原理图如图3.12所示。


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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:45 | 只看该作者
      (      7 )  LCD显示模块
    LCD显示模块采用LM6063
作电压为3.3V,视窗尺寸为72.0
通信,设计中选用SPI通信方式
显示。
是一款具有中文字库的图形液晶模块,工
mm
*39.Smm。通讯方式可用8位并行或SPI
能实现汉字、点阵图形、ASCII码的同屏

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:45 | 只看该作者
3.1.2软件设计
    这里先介绍锅炉数据采集仪的软件开发环境以及GPRS模块的AT通信
指令。
    本文采用的ARM开发工具是IAR Embedded Workbench for ARM (IAR
EWARM ) o IAR EWARM是IAR Systems公司专门为ARM微处理器开发的集
成开发环境。它基本上支持所有ARM微处理器,并能很好的支持许多第三
方硬件调试系统。相对于其他ARM开发环境,IAR EWARM有使用方便、
入门简单及代码紧凑高效等特点。
    AT指令是GPRS模块与微处理器程序间的一种通信命令。终端设备通过
AT指令来实现控制移动台(Mobile Station,  MS)的功能,与GSM/GPRS网
络进行数据业务交互。AT指令己成为一种标准,其指令格式比较固定,很多
是以AT为前缀,以回车<CR>为结尾。所有AT指令从语法上可以分为三种
类型:
    第一类是基础类指令,具有“AT<x><n>”或者“AT&<x><n>”格式,
其中“<x>”是命令;u <n>”是一个或者多个参数。
    第二类是S参数类指令,具有“ATS<n>=<m>”的格式,其中“<n>”是
S寄存器的索引;+<m>”是赋予的值。
    第三类是扩展类指令,按照功能又可分为以下几种类型,如表3.3所示。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:46 | 只看该作者
    锅炉数据采集仪软件程序设计主要包括上电初始化、数据采集、远程数
据传输和LCD显示等部分。
      (1)上电初始化程序
    上电初始化程序主要包括管脚配置、时钟配置、通信接口配置以及相关
外围电路模块初始化。初始化配置通过设定内部资源信号及相关管脚的寄存
器来控制信号、定义端口功能。通过配置定时器可以实现0.8s, is和Ss的
定时。在进行配置时,没有用到的STM32管脚必须配置成推挽输出模式,
且要把寄存器输出的对应位拉低,确保没有用到的管脚不会干扰微处理器状
态。具体初始化流程如图3.13所示。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 15:48 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 16:02 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 16:09 | 只看该作者
    锅炉数据采集仪与监测预警平台的数据传输的实现主要包括GPRS模块
的初始化、GPRS网络的登录、链路维护及数据传输。锅炉数据采集仪在启
动时候进行初始化,由ARM微处理器向GPRS模块发送一系列的AT指令,
配置GPRS模块的工作模式、上下文的激活、根据PPP协议请求登录GPRS
网络,经LCP和NCP协商建立通信链路,GPRS网络成功登录就可以与监测
预警平台进行数据传输。链路维护是指锅炉数据采集仪间隔固定时间发送一
条指令来维护链路,检查链路是否断开,若断开,就重新进行GPRS网络登
录。数据传输是指将数据以IP包的形式在锅炉数据采集仪与监测预警平台之
间通信。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 16:09 | 只看该作者
    锅炉数据采集仪远程数据传输的工作过程:锅炉数据采集仪通过PPP拨
号,登录到GPRS网络获取内网IP,锅炉数据采集仪先向监测预警平台目标
主机地址发送包含内网IP地址和锅炉数据采集仪编号信息的一帧IP报文,
申请与监测预警平台建立握手连接,监测预警平台收到握手请求后,向锅炉
数据采集仪发送一个确认IP数据包,表示同意建立通信连接,锅炉数据采集
仪收到监测预警平台的确认后,开始发送采集的工业锅炉运行参数给监测预
警平台。远程数据传输软件部分主要包括两部分:PPP登录子程序及数据传
输子程序。
    PPP登录子程序流程图如图3.15所示。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-5-25 16:10 | 只看该作者

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