带以太网接口的GSM无线数据传输系统设计与实现

随着计算机控制系统应用的迅速发展，我们随处可见各种控制系统在现代化的生产和生活中的广泛应用，它们都是根据现代化控制理论开发的先进控制软件。要保障这些控制系统能够长时间不间断地稳定运行，就必须对系统工作状态进行实时监视和控制。而对于远距离作业的控制系统来说，也要求必须实现从被控制对象那里获取所需要的监控信息，并在对所获得的信息进行有效地数据分析和处理之后对被控制系统发出控制命令。因此，远距离数据传输系统是当前各种远程监控控制系统中倍受重视的主要组成部分之一。

1 综合监控系统总体架构

目前的远程监控系统虽然经济实用，但是有线数据传输方式很大程度上限制了其使用的场合，很难能满足现在的需求。结合基于工业以太网和GSM无线网络的监控系统的优点，本文提出了一种新的综合监控系统的组成方案，系统结构示意图如图1所示。

图1 综合监控系统结构示意图

随着Internet网络逐步覆盖全国和GSM网络日益成为国内覆盖范围最广、应用最普遍的无线通信网络，本系统方案在此基础上，充分将这两个公用网络结合，既可以利用GSM网络向分布在控制现场的各个子结点发送控制命令，同时接收来自各子结点所采集到的数据；又可以利用以太网接口实现与控制中心的计算机或显示屏的通信。这样在达到对异地设备监视和控制的同时可以将采集到的数据传送到控制中心的多台计算机或设备，从而实现对控制系统和管理系统的联接，有效的解决了信息采集、信息分析、信息处理、信息存储、信息输出的集成化系统的互联问题。

按照综合监控系统结构示意图，远程监控系统大都由控制中心、监测中心结点和远程监测终端3部分组成。

1．1 GSM无线通信控制终端

GSM无线通信终端通用的体系结构如图2所示，它的位置在系统被测对象的控制现场。它的作用是对测试现场进行数据采集，再由控制中心分析处理后根据SMS协议来编码，最后通过GSM网络发送到无线通信的中心结点；从结构图可以看出无线通信终端的组成部分，并由其数据传递流程看出控制终端还负责接收无线通信中心结点的指令，由检测到再控制形成一个闭环回路。

图2 无线通信终端结构图

1．2 GSM无线通信中心结点

GSM无线通信中心结点的通用体系结构如图3所示。它是整个测控系统的关键，它的位置在通信终端和控制中心之间，它是数据和命令传输的中转站，其主要作用是接收来自于通信终端的现场数据，经分析后保存在E2PROM中，同时接收控制中心各主控制计算机的采集数据的命令；并从以太网接口接收主控计算机的指令，传递给通信终端，对相应的监测设备进行控制。

图3  无线通信中结点结构图

1．3 控制中心

控制中心的主要体系结构如图4所示。它在系统的最上面。主控制计算机、显示设备通过以太网交换机连接在一起组成局域网，对通信中心结点所采集到的数据实现共享。它的作用是负责接收现场采集到的数据，并保存到数据库中，经过对数据的分析做出相应的决策，并由通信中心结点向通信终端发送控制指令，同时可以通过大屏幕显示器输出，实时显示被测对象的运行情况。

图4 控制中心结构图

2 基于GSM的无线数据传输系统的方案设计

整个无线数据传输系统的核心是微处理器、GSM模块、以太网模块，辅以相应的输入输出模块即可完成，模块清楚、任务调度简单、数据处理量小、对实时性要求不高，所以本系统选择了微控制器+控制系统软件的架构来完成。

2．1 系统硬件结构设计

系统的硬件详细结构图如图5所示。以下将逐一分析各部分的的特点以及选型。

图5系统硬件结构图

1) 处理器

由于普通的8bit微处理器，速度较低，内存少，只能勉强运行一些不复杂的网络协议，因此从总体上说不适宜作为系统的微处理器。而ARM7处理器是32 bit处理器，运行频率为40 MHz，内存8MB，因此能够充分保证相关网络协议的运行以及μC／OSII等嵌入式操作系统的移植，也为以后软件的升级和维护带来极大的方便。同时考虑到系统需要大量的存储器接口和丰富的IO端口(UART／LCD／ISP)资源，在本系统中将选用以ARM7 CPU为控制器，并具有丰富接口的开发板为实验系统。

2) GSM无线模块

嵌入式系统的GSM通信接口一般采用目前在市场上提供的可供二次开发的标准的GSM模块。这些通信模块都具备GSM无线通信的全部功能，并提供标准的UART串行接口，支持GSM 07．05所定义的AT命令集的指令。因此，MCU能非常方便地通过UART接口与GSM模块连接，并直接使用AT命令就可以方便简洁地实现短信息的收发、查寻和管理。

3) 以太网通信模块

由于本系统需要以太网接口，但在传输过程中的数据量不大，对数据传输