基于CDMA_GPRS_RADIO技术的无线环境监控终端设计.pdf

化工自动化及仪表()～
,2006,333:3943
计算机技术ControlandInstrumentsinChemicalIndustry

基于CDMA/GPRS/RADIO技术的
无线环境监控终端设计

佘青山,苏宏业,董利达

(浙江大学先进控制研究所工业控制技术国家重点实验室,杭州310027)

摘要:针对传统环境监测系统不能实现跨通信平台、无线远程数据传输和控制,本文设计了以AVRAT2
mega128为核心部件,采用μC/OS2Ⅱ嵌入式实时操作系统的无线环境监控终端。该终端与环境监控中心通过
CDMA/GPRS/RADIO无线通信平台进行数据双向传输,突破了传统环境监控系统受地域范围的限制,实现了对
环境的远程化、网络化、无人化监控。现场应用结果表明所设计的无线环境监控终端运行稳定,性能可靠。
关键词:无线监控;环境监测;实时操作系统;CDMA;GPRS
中图分类号:TP277文献标识码:B文章编号:100023932(2006)0320039205

1引言2无线环境监控系统组成
目前国内大部分地区的环境监控设备采用固定无线环境监控系统包括无线环境测控终端、无
电话等有线通讯方式,有的甚至无任何远距离通信线通信平台和中心站服务器。图1为系统拓扑结构
功能,采用人工方式进行监理,不能远距离传输数示意图,无线通信平台可以为CDMA、GPRS或者数
据、不能反向控制,传输速率低下。文献[1,2]所提字数传电台。
方案由于受到供电电源的限制而只适合短距离传输
测量数据。基于GSM网络的无线系统能够远距离
传输数据[3],但是GSM网络不支持多址接入,而且
按登录网络后的在线时间计费,运营成本较高。
GPRS是在原有GSM网络基础上引入了无线分
组接入技术,具有快捷登录网络、按数据流量计费、
实时在线、高速传输数据等优点[4]。CDMA采用了
扩频、多址接入、蜂窝组网和频率复用等多种技术,
图1无线环境监控系统拓扑结构示意图
具有抗干扰性好、保密安全、接通率高和发射功耗小
等优点。采用CDMA或GPRS作为嵌入式系统中的无线环境监控系统采用无线方式完成数据双向
无线传输层,可以消除费用高、速率低的瓶颈问题,传输功能,中心站服务器通过无线OPC接入实时数
但是两者都依赖于通信网络覆盖的地域范围。虽然据库或其它支持OPC的软件系统,无线OPC具有组
数字数传电台使用时需要申请频点、架设室外天线态功能。无线传输可采用主从应答和主动传输两种
或者铁塔,定期的网络维护,以及监控点数量增多导工作模式,其中数字数传电台只适合采用主从应答
致的系统成本升高,但是数字数传电台不受地域范工作模式。当采用主从应答工作模式时,中心站通
围的限制,能适应室内或室外的恶劣工作环境,有效过无线网络按照约定的协议规范下达指令,等待无
弥补了CDMA/GPRS网络不能覆盖、通讯不便或较线测控终端接收到指令后,解析指令,执行相应操
差的应用场合。作,并向中心站产生应答信号。当采用主动传输工
本文设计的基于CDMA/GPRS/RADIO技术的作模式时,无线测控终端和中心站等节点相互之间
无线环境监控终端系统综合了以上三种无线通信平可以直接发送信息,各自对接收到的信息进行解析,
台的优点,提出了一种跨通信平台的、全方位的解决

方案,可以根据用户不同的需求以及现场环境的多收稿日期:2006201210
样性自由选择无线通信平台,不需要另外铺设网络,基金项目:国家自然科学创新群体基金资助项目(60421002);国
不受地域限制,通信高效可靠,费用低廉。家自然科学基金资助项目(60503027)
·40·化工自动化及仪表第33卷

并执行相应的操作和回应,不需要两者之间的应答多路切换电路、A/D转换电路等组成。开关量信号
等待。经过光耦隔离后接到单片机上,可采用8255芯片进
3无线环境测控终端硬件设计行接口数量扩展。模拟量信号通过A/D转换芯片
无线环境测控终端与现场一次仪表及设备相连和地址锁存器接到单片机上,并采用地址译码器进
接,能够随时根据中心站的下行指令完成对现场仪行接口数量扩展。单片机通过地址选择和分时复用
表和设备的控制,能够自动完成数据采集和信息处原则分别对各路模拟量进行采集、转换,结果存入内
理,能够长期保存现场历史数据和支持远/近程历史部的RAM中。
数据查询等功能,能够自动处理通讯堵塞、外部干扰(4)Flash存储模块:以Samsung公司的闪速存
等异常状况。储器K9K4G08U0M芯片[6]为核心,用于存储历史数
无线环境测控终端包括CPU模块、电源模块、据,以方便监察人员现场提取所需的历史数据。
数据采集模块、Flash存储模块,以及通讯接口模块K9K4G08U0M采用NAND技术,工作电压为2.7～
等,其原理框图如图2所示。