sn196-av3基于gprs網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)油田抽油機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

作者：柴智淵，殷天明，梁曉鋒，肖敬義

gprs技術(shù)是在現(xiàn)有的gsm系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，其###大優(yōu)勢(shì)在于它的數(shù)據(jù)傳輸速度提高，目前已達(dá)到了115kbps。其次gprs是按gsm標(biāo)準(zhǔn)定義的封包交換協(xié)議，可快速接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。它在移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)了“永遠(yuǎn)在線”的連接，網(wǎng)絡(luò)容量只有在實(shí)際進(jìn)行傳輸時(shí)才被占用�；�于這些優(yōu)勢(shì)，gprs技術(shù)適合進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)由于其性，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的設(shè)計(jì)。本文以油田抽油機(jī)為實(shí)際應(yīng)用背景，介紹基于gprs技術(shù)的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制的架構(gòu)和具體實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)是通過上位機(jī)操作系統(tǒng)，利用無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制應(yīng)用于油田抽油機(jī)的開關(guān)磁阻電機(jī)，控制開關(guān)磁阻電機(jī)的啟動(dòng)、停止、復(fù)位以及轉(zhuǎn)速設(shè)定等參數(shù)，并對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行采集，如電流參數(shù)、溫度參數(shù)、轉(zhuǎn)速信息、故障信息等，并將其返回到上位機(jī)操作系統(tǒng)進(jìn)行分析，判斷電機(jī)工作情況和下一步的控制情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目的。

本系統(tǒng)整體工作結(jié)構(gòu)原理圖見圖1。

圖1 gprs遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

上位機(jī)操作系統(tǒng)

上位機(jī)操作系統(tǒng)是人機(jī)對(duì)話的平臺(tái)。本文采用vb語言編寫的可視化界面，編寫了一個(gè)tcp/ip終端，實(shí)現(xiàn)了tcp/-器端的功能，這是socket的一個(gè)簡(jiǎn)單應(yīng)用。由于每次gprs撥號(hào)，系統(tǒng)端獲的的-都不一樣，而pc端的-應(yīng)該是固定的，因此選擇pc端作為服務(wù)器端。服務(wù)器端創(chuàng)建后開始偵聽來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，循環(huán)等待的連接，如果有連接，接收到的數(shù)據(jù)會(huì)保存在緩沖器中，然后服務(wù)器端會(huì)判斷是否是系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)，如果正確則顯示該發(fā)來的數(shù)據(jù)，同時(shí)服務(wù)器端會(huì)重新啟動(dòng)一個(gè)線程等待新的客戶連接。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

如圖2所示，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為系統(tǒng)電源、復(fù)位電路、信號(hào)采集、控制給定以及其他控制部分。這里著重介紹信號(hào)采集、gprs遠(yuǎn)程控制等部分。

圖2 gprs遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

本設(shè)計(jì)需要采集開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，包括電流信號(hào)、電壓信號(hào)等，需要進(jìn)行adc變換。

gprs遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

gprs遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是系統(tǒng)的部分，傳輸控制信息以及采集運(yùn)行狀態(tài)，是負(fù)責(zé)上位機(jī)控制系統(tǒng)和底層電機(jī)的聯(lián)系紐帶。部分由arm7處理器lpc2134和gprs無線通信模塊mc35i構(gòu)成。lpc2134與gprs通信模塊mc35i的通信是通過串口通信來實(shí)現(xiàn)的，如圖3所示，通信模塊mc35i的16～23引腳數(shù)據(jù)輸入/輸出端標(biāo)準(zhǔn)串口的8個(gè)引腳分別為dsr0、ring0、rxd0、txd0、cts0、rts0、dtr0和dcd0。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗(yàn)位，波特率在300bps～115000bps之間。為了和開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)正常地進(jìn)行通信，這里選擇1200bps作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈�，硬件握手信�?hào)用rts/cts，模塊串口支持標(biāo)準(zhǔn)的at命令集。

圖3 gprs模塊mc35i引腳結(jié)構(gòu)圖

模塊的24“29管腳為sim卡引腳，其中ccvpp引腳用于檢測(cè)sim卡插槽中sim卡是否插入正常，ccclk用于模塊在該周期下定時(shí)檢測(cè)sim卡，因此，ccvpp腳會(huì)定時(shí)出現(xiàn)一個(gè)跳變；ccvcc引腳是mc35i模塊為sim卡提供的供電電源。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用國際化標(biāo)準(zhǔn)組織所定義的開放系統(tǒng)互連模型，osi/rm參考模型包括七個(gè)協(xié)議層來定義數(shù)據(jù)通訊的協(xié)議功能。圖4所示為本設(shè)計(jì)互聯(lián)參考模型結(jié)構(gòu)圖及所涉及的協(xié)議。

圖4 系統(tǒng)互聯(lián)參考模型結(jié)構(gòu)圖

圖中包括上位機(jī)、internet、gprs網(wǎng)絡(luò)、gprs遠(yuǎn)程控制板、開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以及開關(guān)磁阻電機(jī)幾大部分的信息通信，其中g(shù)prs遠(yuǎn)程控制板和gprs網(wǎng)絡(luò)間的通訊通過ppp（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）實(shí)現(xiàn)，gprs網(wǎng)絡(luò)和internet的通信通過gprs節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，internet和上位機(jī)的通信通過tcp/ip協(xié)議，并通過可視化界面實(shí)現(xiàn)。

ppp的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要支持gprs功能的gsm模塊，使移動(dòng)終端通過串口和gprs模塊相連，然后通過at命令先設(shè)置好模塊，定義pdp上下文和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；發(fā)出進(jìn)行申請(qǐng)gprs服務(wù)的撥號(hào)命令， gprs模塊的ppp協(xié)議服務(wù)器端程序進(jìn)行協(xié)商通信。收到撥號(hào)命令后，gprs模塊會(huì)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的附著，網(wǎng)絡(luò)分配無線鏈路資源，這時(shí)gprs模塊中的ppp協(xié)議服務(wù)器端進(jìn)入network狀態(tài)，得到網(wǎng)絡(luò)分配的-并通過i協(xié)議分配給移動(dòng)終端，這樣，移動(dòng)終端就在串口和gprs之間用ppp協(xié)議建立了一條透明的傳輸通道，并取得了自己的-，可以和數(shù)據(jù)中心通信了。ppt實(shí)現(xiàn)流程見圖5。

圖5 ppp實(shí)現(xiàn)流程框圖

tcp/ip小型協(xié)議棧uip的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

uip是一個(gè)極其小型的tcp/ip協(xié)議棧，可以適用于低###8位或16位微處理器的嵌入式系統(tǒng)。它可以被看作是一個(gè)代碼庫為系統(tǒng)提供確定的函數(shù)。uip提供三個(gè)函數(shù)到系統(tǒng)底層uip_init（）、uip_input（）和uip_periodic（）。應(yīng)用程序必須提供一個(gè)回應(yīng)函數(shù)給uip。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)或定-件發(fā)生時(shí)，調(diào)用回應(yīng)函數(shù)。

vb語言編寫的可視化界面

tcp/ip協(xié)議是internet###重要的協(xié)議，本設(shè)計(jì)采用vb語言實(shí)現(xiàn)了tcp/-器端的功能。socket接口是tcp/ip網(wǎng)絡(luò)的api，網(wǎng)絡(luò)的socket數(shù)據(jù)傳輸是一種特殊的i/o，socket也是一種文件描述符。vb提供了winsock控件，用于在tcp/ip的基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。當(dāng)使用socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，其中一個(gè)必須創(chuàng)建socket服務(wù)器偵聽以進(jìn)行通信，創(chuàng)建服務(wù)器，首先創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)端口號(hào)，并開始偵聽是否有客戶請(qǐng)求連接。部分vb程序如下：

private sub form_load（）
sockserver.localport = 3000 ‘服務(wù)器端口號(hào)
sockserver.listen ‘開始偵聽
end sub
private sub form_unload（cancel as integer）
sockserver.close
end sub
private sub sockserver_close（）
sockserver.close
end sub
private sub sockserver_connectionrequest（byval reqid as long）
sockserver.close
sockserver.accept reqid ‘表示客戶請(qǐng)求連接的id號(hào)
end sub
private sub sockserver_data arr （byval bytestotal as long）
‘當(dāng)向服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)到達(dá)后，產(chǎn)生dataarr事件，在事件中接收數(shù)據(jù)
dim a as string
sockserver. getdata a
text1.text = a
end sub
……

結(jié)語

綜合以上設(shè)計(jì)，利用gprs網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的###大好處在于它的性，可在-環(huán)境下使用，可通過上網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)終端來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的接收，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)到多點(diǎn)的雙向控制，成本低廉，尤其是像油田抽油機(jī)的-的工作環(huán)境，更能節(jié)省很大的人力及物力，效率。