基于GSM的工业过程控制的实现

    1.引言

　　随着社会信息化技术的发展及普及，工业过程控制的自动化水平越来越高，各种对工业现场的数据采集越来越普遍，但是在对现有的一些工业现场进行改造的时候发现其对工业现场数据的采集存在一些困难，比如数据采集控制中心离工业现场距离太远，或者根本就不在一个地区，有可能分布在几个不同的城市或者地区，也许由于是老厂区，如果在老厂区在进行走线有可能影响生产或者不可以穿墙凿洞或者是深埋地下的情况下，都必须使用别的方法对数据进行采集，其中无线是应用比较普遍的方法，因为无线技术不需要进行二次布线，数据采集点可以灵活设置，可以多点采集。在无线数据采集中又有多种形式，比如无线输出技术，zigbee技术，蓝牙技术、红外技术等等，在本文中我们介绍的是基于GSM网络的数据采集技术，由于现在GSM网络的覆盖已经遍布全国，借助GSM网络，在国内甚至全球只要有手机信号的地方都可以对特定的工业现场数据进行采集和监控。在本文中，以工业现场中的温湿度采集作为采集目标，将温湿度信息通过GSM模块发送到控制终端，然后根据温湿度信息对工业现场的各个开关量进行控制使工业现场的温湿度维持在一个稳定的范围内。

　　2.系统分析与需求

　　（1）需求分析

　　首先系统需要将工业现场的温湿度信息收集起来，然后再控制GSM模块发送信息，当控制终端接收到信息并处理完成之后还需要接受控制终端的控制信息，并对控制终端的控制信息做出相应的响应。

　　（2）系统设计

　　根据上述设计思想，首先需要一个智能控制芯片，本文选用比较普遍使用的51单片机系统，当工业过程控制的复杂程度提高的时候，可以响应的使用arm系列控制芯片或者DSP之类的芯片并且结合嵌入式操作系统完成整个过程的控制。当数据采集完成之后还要通过GSM模块发送到数据终端，所以整个采集系统需要由三部分组成：温湿度传感器、智能控制芯片、与控制终端的通信模块——GSM模块。

　　3.元器件说明

　　温度采集传感器：

　　由于采用51单片机作为控制核心，51单片机由于其本身的限制，如果采用模拟传感器的话势必会增加更多的外围电路，而且由于工业现场的各种干扰严重，所以采用了一款数字式的温度传感器DS18B20作为温度采集探头。DS18B20采用单总线结构，只要一根数据线就可以实现数据采集，而且可以实现在一根总线上实现多点测量，即在一个总线上挂载多个温度传感器。而且在距离较近的情况下还可以实现用数据线供电从而减少线缆使用，简化接线，供电电压范围广，兼容3.3V和5.5V供电，而且可以定义温度报警信息。同时该传感器的温度测量范围也很广，从-55度到正的125度，正常的工业现场的温度采集已经足够，其温度的精度范围从0.5度到0.065可调。同样的，采用DHT11作为湿度采集探头。也是单总线的数字式传感器，非常适合作为低成本的数字式湿度采集系统中的传感器使用。

　　系统中在GSM通信方面，采用Q2406B作为通信模块实现控制终端与现场的51单片机进行通信。Q2406B是一款性能非常优越的GSM模块，其内部自带AT指令系统，使其很容易的和外部通过串行接口实现通讯，完成信息交互和控制模块的信息接收发送任务。

　　4.硬件原理图

　　4.1电气连接图

　　51单片机通过数据总线将现场环境的数据采集到MCU中暂存，然后通过GSM模块将数据发送出去，如图1所示。

    4.2电路原理图该电路的电路图如图2所示。

　　如图2所示：主控芯片通过P1.0、P1.1、P1.2P1.3连接四路单总线传感器，该传感器可以使温度传感器也可以是湿度传感器，当传感器连接好之后，在硬件编程的时候由于两种器件的逻辑时序不同，所以要分别编写不同的代码来驱动。在本例中定义如表1所示。

　　5.软件编程

　　5.1软件流程图

　　软件编程是在硬件电路的基础上对各个硬件管脚进行驱动，从而实现其特定的功能，软件流程图如图3所示。

　　如图3所示：系统上电之后首先对51单片机自身进行初始化配置，然后进入系统主循环，首先判断是否到达定时时间，如果没到则判断是否有上位机数据终端发送的数据采集命令，如果这两个条件都不满足则程序继续查询时间是否道道定时时间。当定时时间到达之后，首先通过采集端口将传感器的数据采集到单片机内部，然后对采集回来的数据根据通讯协议将数据进行格式组合，组合完成之后通过串口将GSM模块初始化一下，确定GSM模块通讯正常之后将数据写入GSM模块，然后启动发送命令，将信息发送出去。若果控制终端发出命令要求采集模块采集数据的话，采集模块会马上启动采集数据并通过GSM模块上传回控制终端。

　　5.2温度采集流程

　　温度采集流程图如图4所示。

　　每次在采集温度信息之前，都需要首先对传感器进行初始化，初始化完成之后等待传感器初始化完成并且在总线上产生应答信号，因为每个端口只挂接一个传感器，所以跳过写序列号步骤，直接发送温度转化命令，然后开始接受温度转化值，接收完成之后退出温度读取程序

　　5.3GSM模块发送流程（见图5）

　　在此过程中，主要是单片机和GSM模块通讯，当数据从温湿度传感器采集回数据之后，还是原始的数据，还需要根据通讯协议将采集回的数据进行排序编码，变为控制终端可以识别的代码序列，然后将编好的数据放入发送寄存器，然后等待GSM模块准备好，等待准备好之后将数据发送给GSM模块，然后等待GSM模块将数据发送出去之后返回一个应答信号，单片机可以确认发送成功。

　　6.结束语

　　本文主要介绍了单片机在无法实现有线数据传输的情况下通过无线传输的方式将工业现场的各种实时信息传送出去并且接收控制终端发给采集模块的命令并执行相应的动作。