基于ARM7的分布式远程测控系统设计

远程测控广泛应用于设备数量大、分布广的场合，随着计算机和网络技术的发展，利用局域网可以很好解决集中管理分散控制的问题。但当测控对象分布大于几十公 里，采用局域网组网费用高、周期长，是不可行的。利用现有电话网、调制解调器和计算机组成的测控系统，对通信速率和实时性要求不高的场合，基本可以实现远 程测控管理功能，且成本低廉、投入使用准备周期短。

2、系统结构

本系统是为监控无人职守电信机房环境设计的。系统上位机采用一台微机作为主控室监控主机，下位机为多台分布于各机房的测控终端。

分布于各个机房的下位机实时监控机房环境参数，采集存储，定时上传数据；当点对点连接时可以实时查询当前状态。为了方便对下位机的管理，下位机需要具有在 线控制功能，通过监控中心PC上位机软件，修改控制下位机所有参数。多台下位测控平台通过PSTN和上位机进行数据传输，设备之间的数据交互、故障报警， 都需要可靠的数据传输，因此下位机硬件的可靠性、数据通信链路层的可靠性至关重要，数据的帧结构、Modem控制接口的软硬件都需要仔细设计。为了及时有 效的对监控参数的报警，每种监测参数需要设置三种严重程度不同的告警门限值，当某项实时监测参数超过告警门限值时，下位机自动向监控中心报警，同时可按优 先次序拨出三组不同电话号码，通知相关人员。通信的数据帧中采用密码机制，只有密码正确，下位机才响应上位机的控制，保证了系统的安全性。

3、系统硬件设计

下位机硬件原理框图如图2。采用飞利浦公司基于ARM7TDMI内核32位微处理器LPC2132，内部集成了16K SRAM，并带有128k字节嵌人高速FLASH存储器。丰富的片上外围设备、非常小的封装和极低的功耗，无需外接程序存储器和数据存储器，使其非常适合 小型化的嵌人式领域。系统每次采集的数据量较小，采集一次就向上位机上传一次是不合适的，为此采用掉电非易失的EEPROM 24C256存储采集数据。模拟信号采集通过l0bit串行AID TLC 1543，它的11个通道可以用来采集机房设备的供电电压、电流、机房温度等参数。开关量信号直接从单片机的GPIO (General purpose I/0)读人，控制信号则通过SPI串行口输出到74HC595转为并行控制信号输出。按键音经过DTMF解码器MT8870得到键值，用于报警电话确认。

外置式Modem通过RS-232C口与处理器连接。LPC2132有两个串口，有16字节收发FIFO。其中Uart2增加了一个调制解调器 (Modem)接口，具有RTS，CTS，DSR，DCD，DTR，RI标准RS-232C接口的握手信号。Modem和单片机实现双向通信至少需要三条 信一线：TXD,RXD和SGND。这样连接由于没有握手信号，只能保证单个字节传输的可靠，对于大量数据的传输可能导致数据丢失，虽然可以采用软件处 理，但会占用CPU的时间，降低CPU使用效率。所以采用Uart2经过8路电平变换芯片MAX3238与Modem连接，这样就具有完整的RS- 232C的控制联络信号线，保证了大数据量传输时的可靠性。

4、数据帧编码方法

数据帧编码的原则是尽量减小数据传输过程中的误码率，兼顾传输效率、加密等其他方面。本系统的数据帧结构如图3。

图3 数据帧结构

数据帧的第1,2个字节(包头)和最后一个字节(包尾)采用特定的起始码和结束码，如AAH，55H，B5H等，可以有效的抑制各种杂乱信息。数据接收方 可以把接受到的数据放到一个FIFO缓冲器中，当接收到有效的包头才开始一个数据帧的接收，否则，认为是干扰或是误码丢弃不处理。数据帧开始接收后，根据 数据长度，能正确接收结束码，才当作一个有效的数据帧，否则，丢弃重新开始等待起始码。起始码后面是一位或多位的密码，可以根据实际的需要而定，增加数据 传输的保密性。

数据的传输常会出现连续置为0的字节，这种零电平在传输过程中，非常容易受到干扰变成其他数据。因此数据采用余3编码方式。对数据帧的每个字节都采用奇偶效验，并计算所有的数据字节累加和、异或和，放在数据帧中供接受方效验。

5、Modem的控制和AT指令集

目前市场常见的Modem都支持AT指令集，即所有的命令行都是由前缀“AT”构成，它是Attention的缩写，其基本格式为：AT命令[参数]命令 [参数]……结束符。结束符是一个单字符，其值存在寄存器S3中，默认为回车符。在一个命令行中可以包含多个命令，但不要超过Modem的命令缓冲器所能 容纳的字符数，一般为40个字符。Modem会自动从AT两个字符中检测出波特率、字长、奇偶效验，故Modem无需设置这些参数。

Modem的工作状态可以分为命令状态和在线状态。在命令状态下接收并执行AT指令，当建立