无线远程监控系统的核心技术研究

1.4 基于MPU的设计实现方式

设计嵌入式产品的另一可选方案是采用基于微处理器的设计方式。与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点；同时，在该领域技术成熟、产品类型多、选择空间大，满足各种性能需求的处理器比较容易获得。随着采用RISC体系的高性能MPU（比如采用ARM构架的处理器芯片等）的出现，MPU在嵌入式领域中的地位经久不衰；但是，由于在设计监测站时，电路板上必须包括ROM、RAM、Flash、总线接口和各种外设等器件，系统的可靠性将有所下降，技术保密性差，实现难度也较大。

1.5 实时操作系统选择和嵌入式实时软件开发

目前已有的实时操作系统（RTOS）种类繁多，软件结构各异，可适用于复杂程度不同的各种环境，包括循环查询系统、前后台系统、实时多任务系统和多处理机系统等。具体实例有VxWorks、pSOS、QNX、Palm OS、Windows CE、lynx OS和嵌入式Linux等。选择适合监测站乃至整个无线远程监控系统的RTOS的重要性是不言而喻的，它可能关系到整个系统研制的成败。选择过程杂而又需要耐心：要了解各RTOS的特点和适用范围，比较其间的区别，才能找到最为合适的一种。选择比较时，需要考虑的因素主要有：

①RTOS能否支持在项目中使用的语言和微处理器；
②RTOS能否与ICE、编译器、汇编器、连接器及源代码调制器共同工作；
③RTOS是否支持设计中要用到的服务，如消息队列、定时和信号量等；
④RTOS能否达到应用产品的性能需求，比如实时性需求；
⑤能否获得产品开发时必要的组件，比如协议栈、能信服务、实时数据库、Web服务等；⑥RTOS是否能为公开出售的硬件提供设备驱动程序；
⑦使用RTOS是否免费；
⑧能否获得目标代码；
⑨获得的技术支持有多少；
⑩对于需要授权的RTOS，授权方式是怎样的。

嵌入式实时软件的开发与传统软件的开发有许多相似之处，继承了许多传统软件的开发习惯；但由于嵌入式实时软件的功能和运行环境特殊，决定其与传统软件的开发有所区别。嵌入式实时软件的开发使用交叉开发方式。所谓交叉开发是指，程序代码的实现、编译和连接的环境与对其进行调试和运行的环境不同。前者基于普通微机平台，后者则基于嵌入式系统的硬件平台。调试过程多是在有通信连接的宿主机与目标机的配合下进行的，开发完成后需要进行固化和固化测试。另外，开发过程还需要相应的开发工具，包括交叉编译器、交叉调试器和一些仿真软件。嵌入式应用系统以任务为基本执行单元，用多个并发的任务代替通用软件的多个模块，并定义了应用软件任务间的接口。由于整个无线远程监控系统的实时性能受RTOS和应用软件的影响，所以，在软件的需求分析阶段就充分考虑其实时性要求。再加之嵌入式应用软件对稳定性、可靠性、抗干扰等性能的要求都比较严格，所以嵌入式实时软件的开发难度较大。

2 无线通信的设计实现

无线通信的设计相对于监测站而言较简单，有许多现有的产品和通信系统可以利用，重点只是在于从多种实现方式中作出最优的选择。

常用的实现方式有：利用现有的通信网络（GSM/GPRS、CDMA移动网等）和相应的无线通信产品；通过无线收发设备，如无线Modem，无线网桥等专门的无线局域网；利用收发集成芯片在监测站端实现电路板级与监控中心的无线通信。

2.1 利用现有网络实现监测站与监控中心的无线通信

现有的通信网络较多，按业务建网是3G以前通信网络的特点，无线网络也不例外。设计无线远程监控系统可以借用的无线网络主要有：全球数字移动电话系统（GSM）、通用分组无线业务（GPRS）、采用码分多址（CDMA）技术的移动网、蜂窝式数字分组数据（CDPD）系统。

GSM（Globem System for Mobile）是全球最主要的2G标准，能够在低服务成本、低终端成本条件下提供较高的通信质量。就其业务而言，GSM是一个能够提供多种业务的移动 ISDN（Integrated Services Digital Network，综合业务数字网络）。

GPRS（General Packet Packet Radio Service）在现有的GSM网络基础上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体。它以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，提高了现有的GSM网的数据业务传输速率，最高可达170kb/s。GPRS把分组交换技术引入现有GSM系统，使得移动通信和数据网络合二为一，具有“极速传送”、“永远在线”、“价格实惠”等特点。

CDMA（Code Division Multiple Access）网络采用扩展频谱技术，使用多种分集接收方式，使其具有容量大、通信质量好、保密性高和抗干扰能力强等特点。

CDPD（Cellular Digital Data）无线移动数据通信基于数字分组数据通信技术，以蜂窝移动通信为组网形式，是数据朎与移动通信的结合物。这种通信方式基于TCP/IP，系统结构为开放式，提供同层网络无缝连接和多协议网络服务。CDPD网络具有速度快、数据安全性高等特点，可与公用有线数据网络互联互通，非常适合传输实时、突发性和在线数据。

对使监控中心与监测站间的无线通信能利用现有的网络，对于特定的无线网需用相应的接入设备。这类设备市面上有现成的产品可供选择。接入GSM网络的通信模块有西门子的SIEMENS TC35i，接入GPRS可用西门子的MC35GPRS模块，接入CDMA网络的有华立H110 CDMA模块和AnyDATA公司的CDMA Modem（DTS-800/1800），遵循CDPD方式的无线调制解调器（Modem）有OmniSky和NovatelMinstrel。

利用现有的网络组建无线远程监控系统，网络连接如图1所示。其中无线接入模块产品一般都提供有RS232作为外通信接口，有些天线是内置的。利用现有的网络覆盖面广和可漫游等特点，使监测站和控制中心的位置不受距离的限制；但由于利用公网，安全性会有所降低。


图1 利用现有的无线网络组件无线远程监控系统