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[導(dǎo)讀]本文以油田抽油機為實際應(yīng)用背景,介紹基于GPRS技術(shù)的開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)遠程控制的架構(gòu)和具體實現(xiàn)。

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),其最大優(yōu)勢在于它的數(shù)據(jù)傳輸速度大大提高,目前已達到了115Kbps,其次GPRS是按GSM標準定義的封包交換協(xié)議,可快速接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。它在移動終端和網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)了"永遠在線"的連接,網(wǎng)絡(luò)容量只有在實際進行傳輸時在被占用,基于這些優(yōu)勢,GPRS技術(shù)適合進行數(shù)據(jù)傳輸,同時由于其可靠性,可以進行遠程控制的設(shè)計,本文以油田抽油機為實際應(yīng)用背景,介紹基于GPRS技術(shù)的開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)遠程控制的架構(gòu)和具體實現(xiàn)。

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)是通過上位機操作系統(tǒng),例如無線網(wǎng)絡(luò)遠程控制應(yīng)用于油田抽油機的開關(guān)磁阻電機,控制開關(guān)磁阻電機的啟動、停止、復(fù)位以及轉(zhuǎn)速設(shè)定等參數(shù),并對電機的運行狀態(tài)進行采集、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操作系統(tǒng)進行分析,判斷電機工作情況和下一步的控制情況,實現(xiàn)遠程控制的目的。

本系統(tǒng)整體工作結(jié)構(gòu)原理圖如圖1。

上位機操作系統(tǒng)

上位機操作系統(tǒng)是人機對話的平臺,本文采用VB語言編寫的可視化界面,編寫了一個TCP/IP超級終端,實現(xiàn)了TCP/IP服務(wù)器端的功能,這是Socket的一個簡單應(yīng)用。由于每次GPRS撥號,系統(tǒng)端獲得的IP地址都一樣,而PC端的IP地址都不一樣,而PC端的IP地址應(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)等待客戶端的連接,如果有客戶端連接,接收到的數(shù)據(jù)會保存在緩沖器中,然后服務(wù)器端會判斷是否是系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù),如果正確則顯示該客戶端發(fā)來的數(shù)據(jù),同時服務(wù)器端會重新啟動一個線程等待新的客戶連接。

系統(tǒng)硬件設(shè)計

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

本設(shè)計需要采集開關(guān)磁阻電機的運行狀態(tài),包括電流信號,電壓信號等,需要進行ADC變換,TLC0834是八位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器,具有輸入可配置的多通道多路器和串行輸入方式,采用串行輸入結(jié)構(gòu),其供電電壓為5V,輸入與輸出與TTL,CMOS電平兼容,為了節(jié)省I/O資源,采用LPC2134的一個I/O口連接到TLC0834的DO端和DI端,DI端只在多路器尋址時被檢測,而此時DO端仍為高阻狀態(tài),經(jīng)過一個時鐘周期后,DO端才開始在時鐘上升沿時讀出數(shù)據(jù)。

GPRS遠程控制系統(tǒng)

GPRS遠程控制系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心部分,傳輸控制信息以及采集運行狀態(tài),是負責(zé)上位機控制系統(tǒng)和底層電機的聯(lián)系紐帶,核心部分由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/輸出端標準串口的8個引腳分為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,無效驗位,波特率在300bps-115000bps之間,為了和開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)正常地進行通信,這里選擇1200bps作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈?,硬件握手信號用RTS/CTS,模塊串口支持標準的AT命令集。

模塊的24-29管腳為SIM卡引腳,其中CCVPP引腳與用于檢測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檢測SIM卡,因此,CCVPP腳會定時出現(xiàn)一個跳變,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

本設(shè)計采用國際化標準組織所定義的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型,OSI/RM參考模型包括七個協(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)計互聯(lián)參考模型結(jié)構(gòu)圖及所涉及的協(xié)議。

圖中包括上位機、INTERNET、GPRS網(wǎng)絡(luò)、GPRS遠程控制板、開關(guān)磁阻電機調(diào)試系統(tǒng)以及開關(guān)磁阻電機幾大部分的信息通信,其中GPRS遠程控制板和GPRS網(wǎng)絡(luò)間的通訊通過PPP(點對點協(xié)議)實現(xiàn),GPRS網(wǎng)絡(luò)和INTERNET的通信通過GPRS網(wǎng)關(guān)節(jié)點實現(xiàn),INTERNET和上位機的通信通過TCP/IP協(xié)議,并通過可視化界面實現(xiàn)。

PPP的設(shè)計與實現(xiàn)

本設(shè)計環(huán)節(jié)需要支持GPRS功能的GSM模塊,使移動終端通過串口和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)質(zhì)量,發(fā)出進行申請GPRS服務(wù)的撥號命令,GPRS模塊的PPP協(xié)議服務(wù)器端程序進行協(xié)商投信,收到撥號命令后,GPRS模塊會進行網(wǎng)絡(luò)的附著,網(wǎng)絡(luò)分配無線鏈路資源,這時GPRS模塊中的PPP協(xié)議服務(wù)器端進入NETWORK狀態(tài),得到網(wǎng)絡(luò)分配的IP地址并通過IPCP協(xié)議分配給移動終端,這樣,移動終端就在串口和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IP地址,可以和數(shù)據(jù)中心通信了,PPT實現(xiàn)流程見圖5。

TCP/IP小型協(xié)議棧uIP的設(shè)計和實現(xiàn)

uIP是一個極其小型的TCP/IP協(xié)議棧,可以適用于低至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代碼庫為系統(tǒng)提供確定的函數(shù),uIP提供三個函數(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回應(yīng)函數(shù)給uIP。當網(wǎng)絡(luò)或定時事件發(fā)生時,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最重要的協(xié)議,本設(shè)計采用VB語言實現(xiàn)了TCP/IP服務(wù)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空間,用于在TCP/IP的基礎(chǔ)上進行網(wǎng)絡(luò)通信。當使用socket進行網(wǎng)絡(luò)通信時,其中一個必須創(chuàng)建Socket服務(wù)器偵聽以進行通信,創(chuàng)建服務(wù)器,首先創(chuàng)建一個服務(wù)端口號,并開始偵聽是否有客戶請求連接,部分VB程序如下:

Private Sub Form_Load()
Sockserver.LocalPort=3000'服務(wù)器端口號
Sockserve.Listen '開始偵聽
End Sub
Private sub for_unload(cancel as integer)
sockServer.Close
end sub
private sub sockserver_close()
sockserver.close
end sub
private sub sockserver_connectionRequest(By ValREQID As long)
sockserver.close
sockserver.Accept REQID'表示客戶請求連接的ID號
end sub
private sub sockserver_Data Arr(ByVal bytestotal As long)
'當向服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)到達后,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,利用GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程控制的最大好處在于它的可靠性,可在惡劣環(huán)境下使用,可通過上網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)終端來實現(xiàn)遠程控制和電機運行狀態(tài)的接收,同時可實現(xiàn)多點到多點的雙向控制,成本低廉,尤其是象油田抽油機的惡劣的工作環(huán)境,更能節(jié)省很大的人力及物力,效率很高。

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