远程监控系统在工业控制领域具有重要意义。在许多工业场所,特别是对于一些分散、无人值守的场所,需要定期收集数据进行监控。然而,随着仪器数字化和无线通信技术的发展,现场设备的远程监控技术可以方便地实现远程仪器的测量、执行机构的操作和状态监控,非常有利于远程设备的数据复制、数据管理和设备维护,大大降低了用户的维护成本,更有利于制造商的售后服务质量,因此远程监控终端设备的研发具有实际意义。因此,提出了一个基础GPRS(General Packet Radio Service)无线远程监控系统。无线数据业务通用分组(GPRS)它是用户发送和接收高速数据、低速数据和信令的各种业务集合。
1 系统硬件设计
能够满足系统的基本需求,充分考虑系统的扩展能力,远程监控终端自动完成仪器模拟信号、数字量、开关量、采集和故障状态指示,定期收集现场仪器数据和各种状态,并保存记录。终端设备和远程服务器的通信可控,方式多样终端数据库本地/远程实时查询,充分节省通信成本。
如图1所示。
1.1 模拟输入电路
模拟输入电路包括取样电路、低通滤波、电压变换、驱动隔离和限幅保护。取样电路实现传感器4~20 mA电流信号转换为电压信号;电压变换电路调整取样电压以满足微处理器A/D通道输入电压要求;低通滤波消除模拟通道上的工频干扰和高频干扰;驱动隔离实现输入通道的阻抗匹配;限制电路A/D在规定的电压范围内保护通道输入电压A/D转换通道。如图2所示。
1.2 开关量输入电路
开关输入电路由限流电阻、滤波电容、稳压管、光耦和输入缓冲器组成。
1.3 开关量输出电路
开关量输出电路由输出锁、光耦和驱动(开极电极输出)组成,如图4所示。
1.4 终端小系统电路
小型终端系统电路由复位电路、看门狗电路、振荡电路和微控制器组成。看门狗电路可以防止系统运行过程中的程序锁定,当电源电压下降时,看门狗电路会产生硬件复位信号,使系统正常复位。可选择与51兼容的微控制器C8051F02x内部资源丰富的资源丰富,具体特点如下:C8051F0 20/1/2/3装置是完全集成的混合信号系统级MCU芯片有64个数字I/O引脚(C8051F020/2或32个数字I/O引脚(C8051F021/3)。以下列出了一些主要特点:
(1)高速、流水线结构8051兼容CIP-51内核(可达25 MIPS);
(2)系统调试接口(片内)全速、非侵入;
(3)真正12位(C8051F020/1)或10位(C8051F022/3)、100 KSPS的8通道ADC,带PGA模拟多路开关;
(4)真正8位500 KSPS的ADC,带PGA模拟8通道多路开关;
(5)两个12位DAC,可编程数据更新方法;
(6)64 KB可在系统中编程FLASH存储器;
(7)4352(4 096+256)B的片内RAM;
(8)可寻址64 KB外部数据存储器接口的地址空间;
(9)硬件实现SPI,SMBus/I2C和两个UART串行接口;
(10)5个通用16位定时器;
(11)可编程计数器/定时器阵列可编程计数器/定时器阵列;
(12)片中看门狗定时器VDD监视器和温度传感器。
具有片内VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器C8051F020/1/2/3是一个真正独立工作的电影系统。所有模拟和数字外设都可以由用户固件允许/禁止和配置。FLASH该存储器还具有在系统中重新编程的能力,可用于非易失性数据存储,并允许现场更新8051固件。
片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入性(不占用电影中的资源)、全速和系统调试。调试系统支持观察和修改存储器和寄存器,支持断点、观察点、单步和操作和停机命令。正在使用中JTAG所有的模拟和数字外设都可以在调试过程中全功能运行。
每个MCU可在工业温度范围内(-45~+85℃)内用2.7~3.6 V电压工作I/O,和JTAG引脚都容许5 V输入信号电压。