多網(wǎng)融合的環(huán)境狀況遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2.2.1 GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)接口
STC12C5A60S2_2通過GPRS模塊連接GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)和Internet。GPRS模塊主要采用明基公司的M23G設(shè)計(jì)，其內(nèi)部集成PPP和TCP／IP協(xié)議棧；支持網(wǎng)絡(luò)類型GPRS Class 8，GPRS Class B；共支持三個(gè)頻段：EGSM 900MHz、DCS1800MHz和PCS1900 MHz，具有短消息服務(wù)、語音通話、數(shù)據(jù)傳真等功能[3]。設(shè)計(jì)的GPRS模塊工作穩(wěn)定可靠，性價(jià)比高。
M23G的工作電壓是3.3~4.5 V，設(shè)計(jì)電源的時(shí)候取3.8 V的電壓，模塊在工作中最大的瞬間電流能夠達(dá)到2 A，考慮到大電流的需要，采用開關(guān)型可調(diào)高性能微波電路專用穩(wěn)壓芯片LM2941構(gòu)造GPRS電源。
STC12C5A60S2_2與M23G模塊采用串行方式通信,波特率為9 600 b/s。M23G的DSR引腳與單片機(jī)的P2.4口相連，DSR為高表示模塊處在數(shù)據(jù)模式，為低表示處在命令模式。M23G的DTR引腳與單片機(jī)的P1.1口相連，可通過控制此引腳電平的高低時(shí)間來進(jìn)行M23G的數(shù)據(jù)態(tài)和命令態(tài)的切換。
2.2.2 PSTN網(wǎng)絡(luò)接口
STC12C5A60S2_2經(jīng)由eModem撥號(hào)，通過PSTN網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)。天石科技公司的串行總線eModem是5V TTL電平，可直接與單片機(jī)進(jìn)行串行通信。該eModem具有14.4 kb/s～56 kb/s的傳輸速率, 支持V.32bis、V.34和V.90標(biāo)準(zhǔn), 支持標(biāo)準(zhǔn)AT命令集撥號(hào)/自動(dòng)應(yīng)答功能, 具有普通Modem 的大部分技術(shù)參數(shù)及功能, 可方便地嵌入到微控制器設(shè)計(jì)中[4]。因?yàn)閭鬏數(shù)臄?shù)據(jù)量不大，eModem的流控功能可以不使用。STC12C5A60S2_2可通過P1.4引腳控制eModem進(jìn)行復(fù)位。
3 軟件設(shè)計(jì)
無線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)中使用的單片機(jī)均為STC12C5A60S2，其固件用C51語言編寫，在Keil uVision3中編譯生成。監(jiān)控中心的軟件用LabVIEW設(shè)計(jì)，服務(wù)器網(wǎng)頁用ASP語言編寫。
3.1 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)
Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的無線節(jié)點(diǎn)除了要采集傳感器數(shù)據(jù)，進(jìn)行人機(jī)交互外,還要查找路由，替其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。維護(hù)網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作，采用傳統(tǒng)的單一線程結(jié)構(gòu)不能很好地滿足要求。因此，從程序開發(fā)、維護(hù)方便的角度出發(fā)，將嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)Small RTOS51移植于無線節(jié)點(diǎn)中的STC12C5A60S2單片機(jī)。
Small RTOS51具有公開源代碼、可移植、可固化、占先式、中斷管理和RAM需求小的特點(diǎn)[5]。如圖4所示，讓Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的AODVjr協(xié)議棧及其上層運(yùn)行于Small RTOS51之上。網(wǎng)絡(luò)層采用AODVjr路由算法，它可能要同時(shí)處理查找路由、維護(hù)路由、收發(fā)數(shù)據(jù)等工作， Small RTOS51能夠即時(shí)處理上述幾種任務(wù)，同時(shí)給應(yīng)用層程序提供多任務(wù)接口。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/157096.htm
3.2 GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)
單片機(jī)主要通過AT命令控制GPRS模塊，以實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)的連接、PDP激活、以太網(wǎng)接入和數(shù)據(jù)傳輸。GPRS模塊常用的AT如表1所示。
3.3 PSTN網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)關(guān)連接的eModem工作在自動(dòng)應(yīng)答的主叫模式下,單片機(jī)主要通過表2的AT命令對(duì)eModem進(jìn)行設(shè)定和通信控制。通信主要有三個(gè)步驟：(1)初始化：設(shè)定結(jié)果碼格式，回顯命令及應(yīng)答方式；(2)呼叫或應(yīng)答：進(jìn)入實(shí)際的數(shù)據(jù)/命令通信過程；(3)斷開連接：掛機(jī)。
3.4 計(jì)算機(jī)端軟件
服務(wù)器采用微軟的IIS(Internet Information Service)技術(shù)，利用ASP語言編寫動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁代碼，網(wǎng)關(guān)發(fā)送來的數(shù)據(jù)由服務(wù)器接收后，保存在后臺(tái)ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)中，操作者可登錄服務(wù)器查詢遠(yuǎn)程WSN的狀況。
遠(yuǎn)端監(jiān)控中心通過普通Modem連接PSTN網(wǎng)絡(luò)，其計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)軟件采用美國(guó)國(guó)家儀器NI(National Instruments)公司推出的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)LabVIEW實(shí)現(xiàn)。它可以為用戶提供簡(jiǎn)明、直觀、易用的圖形編程方式，能夠?qū)⒎爆崗?fù)雜的語言編程簡(jiǎn)化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線條將各種功能連接起來，十分省時(shí)簡(jiǎn)便。
利用LabVIEW也可以很方便地作圖，把Modem接收到的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀顯示，圖5是用LabVIEW設(shè)計(jì)的軟件界面。
融合Ad hoc網(wǎng)絡(luò)、GPRS/GSM和PSTN的遠(yuǎn)程分布式系統(tǒng)可以充分發(fā)揮各種有線與無線、短距離與長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，對(duì)環(huán)境狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)硬件成本低廉，對(duì)供電和通信網(wǎng)絡(luò)的需求少，通信費(fèi)用低，適用性廣，人機(jī)交互界面友好，管理操作簡(jiǎn)單。適當(dāng)改換傳感器，系統(tǒng)即可在工農(nóng)業(yè)監(jiān)控、環(huán)境檢測(cè)、安防、智能家電、醫(yī)學(xué)等實(shí)際應(yīng)用中廣泛推廣，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)
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[5] 陳明計(jì),周立功.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Small RTOS51原理及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.
評(píng)論