基于LPC2210的远程数据采集终端设计

赵立新

摘  要： 针对目前远程数据采集系统普遍存在的数据传输效率较低问题，提出了一种基于嵌入式技术和GPRS的远程数据采集终端设计。实现了以LPC2210微处理器为基础的硬件设计，以及使用uCOS-II软件实时操作系统的设计。该系统可以在实验室环境中发挥良好的功能，实现在GPRS服务平台上的实时数据取得、处理、无线传输、远程监视等各种功能。最后对提出的基于LPC2210的远程数据采集终端进行了验证，结果表明该系统能够实现高效的远程数据采集和传输。

关键词： LPC2210; 自动监测; 数据传输协议; 远程数据采集; 远程监视

中图分类号： TP 274，TP 311.52          文献标志码： A          文章编号： 1671-2153（2019）01-0090-03

0  引 言

远程无线数据采集系统是基于GPRS技术实现远程数据通信，在远程突发性数据实时传输中有不可比拟的优势。传统的数据传输需要将实时检测数据发送至管理中心的后方服务器上进行处理，耗时且费力[1]。要解决这一问题，就需要使用现代远程监控技术。例如，文献[2]基于嵌入式Linux平台对无线远程数据采集系统软件进行了设计，用于获取各种现场测量数据。文献[3]设计了一种基于ARMLPC1788的多路电量采集与处理系统，以LPC2210微型处理器为基础，实现电压信号的数据采集、串口发送、存储和A/D转换。

但在实际应用程序中，往往伴随着大量数据远程获取和传输[4-5]。本文提出了一种基于LPC2210的远程数据采集终端设计，目的是为了解决目前远程数据采集系统普遍存在的数据传输效率较低问题，通过GSM网络提供的GPRS服务，在管道网络中进行无线传输，并发送数据远程监控中心。

1  系统设计

1.1  系统硬件设计

数据采集系统总体结构由LPC2210模块、实时时钟模块、数据采集模块、E2PROM存储模块和GPRS通信模块组成（见图1）。由监测中心和多个数据收集终端组成的数据收集终端都可以收集各项工程应用参数，实现实时数据采集，并及时将这些数据将通过无线网络连接到远程监控中心。有监控中心对这些数据进行计算、保存等处理，并可以对错误数据发出紧急报警信号[6]。图1中，主要模块是LPC2210微型处理器、内存模块和系统1 h电路、电源电路和系统的排放。LPC2220单片机是基于32位arm7tmi - s CPU，具有实时仿真和嵌入式跟踪支持，它有不同的32位定时器，8通道10位ADC，PWM通道和多达9个外部中断引脚，特别适用于工业控制。

此外，监测中心可以传输控制参数或管理指令。根据总线配置，LPC2220最多可以提供76 GPIO。它具有广泛的串行通信接口，也较适合通信网关、协议转换器和嵌入式软调制解调器以及许多其他通用应用程序。LPC2210的微控制器可以使用外部晶体或外部时钟源[7]，ARM7系列微处理器具有普及率高、性价比高、功能丰富、应用范围广等优点。此前51系列微控制器占据了工业数据采集领域，而在高要求的情况下，可以由ARM7系列代替。但是目前最流行的arm7tmi-s单片机并没有MMU功能。禁止将Linux，WinCE，Vxworks等复杂嵌入式实时操作系统迁移到arm7tmi-s，限制了数据采集和显示能力。但数据采集平台的主要功能是实时采集不同的信号，并将数据传输给监控计算机，因此影响有限。

主模块LPC2210的复位电路见图2。系统使用了11.0592兆瓦的交流发电机，以支持微控制器LPC2210。控制器的输入/输出接口为3.3 V。

1.2  系统软件设计

由于数据收集终端的主要模块是嵌入的提供实时操作系统的微处理器LPC2210，数据采集系统的软件以Uc/OS-II操作系统为基础。Uc/OS-II内核精简，性能稳定，能实现实时系统需求，稳定可靠。数据收集终端必须能够实时收集数据，显示数据和并实现数据传输，以及对异常数据发出报警信号。

作为该系统的多项任务，必须特别注意分配任务，每一阶段的任务都必须得到保证。在主动通信模式中的每个通信设备是自供电的，并产生自己的振荡磁场作为可以调制数据的媒介。通信设备先后打开和关闭它们磁场以半双工方式传输和传输接收。在被动通信模式中，两者之间通信设备不会产生自己的磁性领域甚至可能不是自供电的。有源设备产生磁场时不会将其关闭接收数据，就如同在主动通信模式下工作。

1.3  数据采集设计

无线采集终端具有网关功能和流量计算功能，负责将数据存储至全局数据区，能够采集8路开入、2路4～20 mA输入，同时接收遥控数据，动作输出继电器。

1.3.1流量计算功能

无线采集终端可以用于涡轮、涡街、电磁等类型流量计通过4～20 mA变送输入的流量计算，具有2路4～20 mA信号输入。其中，体积流量公式为

1.3.2  网关功能

无线采集终端具有网关功能，通过配置工具，可以实现对DLT645，Modbus和威胜智能电表协议这三种协议数据采集功能的详细配置。数据采集流程如图3所示。

2  系统测试

为了对本文提出的系统进行验证，采集节点地址采用8位编码，在某工程现场每隔几十米均匀设置一个数据采集节点，一个系统就可以容纳256個采集节点，使用一个控制中心进行控制。同时每个采集节点又包括8个测点，由模拟开关选通。

按照上面所设置的帧格式，不计其他时间消耗，系统工作在9600bps，整个系统可以对工程现场的2048个点进行采集。一个单点采集帧所需的传输时间为

实验表明，系统在1 s内，能实现对一个采集节点的8个测点应变数据的采集和传送。在2.5 s内能实现对3个采集节点的24个测点应变数据的采集和传送。实验证明了本文系统能够实现高效的远程数据采集和传输。

3  结束语

GPRS为现有数据采集系统提供一种便捷的无线数据传输方式，易实现网络化管理。本文针对目前远程数据采集系统普遍存在的数据传输效率较低问题，提出了一种基于嵌入式技术和GPRS的远程数据采集终端设计。该系统以LPC2210微型处理器为基础，通过GSM网络提供的GPRS服务，在管道网络中进行无线传输，并发送数据远程监控中心。本文提出的系统还有待于进一步完善。

参考文献：

[1] RAHULKRISHNA P K， ESHWARI R，HARSHA N J S，et al. Design and development of remote load monitoring suitable for non-residential loads through wireless data transmission[C]// Distributed Computing，Vlsi，Electrical Circuits and Robotics. IEEE，2017：35-40.

[2] 尹嘉鹏. 无线远程数据采集系统软件设计与实现[D]. 大连理工大学，2013：13-15

[3] 齐亚萍，李亚，雷升杰. 基于ARM的远程数据采集系统设计[J]. 自动化与仪表，2015，30（3）：57-60.

[4] 赵震奇. FreeRTOS 在数据采集传输系统中的设计与应用[J]. 宁波职业技术学院学报，2013，17（6）：84-88.

[5] 曾金，帖军，韩峥嵘. 远程智能化环境数据采集系统[J]. 计算机系统应用，2017，26（4）：87-90.

[6] RAWSTORN J C，GANT N，WARREN I，et al. Measurement and data transmission validity of a multi？蛳biosensor system for real？蛳time remote exercise monitoring among cardiac patients.[J]. Jmir Rehabilitation & Assistive Technologies，2015，2（1）：e2.

[7] 曾实现，薛蕊，陳江波. 基于物联网RFID技术的导引系统设计与研究[J]. 现代电子技术，2017，40（19）：22-24.