引 言

傳統的數據采集系統，由于通信線路的限制，數據傳輸距離不可能很遠。采用以太網傳輸，大大提高了數據的傳輸距離，但是由于以太網使用的TCP／IP協議較復雜，采用普通的廉價微處理器不能實現。在監測點分布范圍廣，數量多時，使用以太網構造數據采集系統的代價比較昂貴。利用短消息(SMS)進行遠程無線通信，它具有通信成本低，不受通信線路及地區限制，保密性、可靠性高，抗干擾能力強等特點。利用短信息系統進行無線通信還具有雙向數據傳輸功能，性能穩定，為遠程數據傳送和監控設備的通信提供了一個強大的支持平臺。這里介紹的遠程數據采集系統就是基于此開發完成的。

1 遠程數據采集系統結構設計

遠程數據采集系統由監控中心和數據采集終端兩部分組成。監控中心由帶有移動通信裝置TC35模塊的監控計算機和數據庫服務器構成。TC35通信模塊的通信通過RS 232串口與監控計算機連接；數據采集終端由以單片機為核心的數據采集器和TC35模塊和傳感器模塊組成，監控中心和數據采集終端通過無線通信網絡聯成一體，系統結構圖如圖1所示。系統中數據、指令的接收和發送都是通過短信來實現的。

監控中心接收數據采集終端的數據并向終端發送組態和控制信號等，實現整個系統的管理、數據存儲、數據庫管理等功能。上位機監控站可并行地設置多個站點，采用不同的權限管理構成完整的監控體系，它的位置不受地域限制。數據采集終端安裝于采集現場，與現場監控儀表和設備相連接，用以監測現場環境參數以及環保設備的運行狀態，并將現場采集的數據經編碼、壓縮、存儲后，由GSM網絡實時傳送到上位機監控站，同時接收上位機監控站發送的命令控制現場設備。

2 數據采集終端硬件實現

數據采集終端與現場儀表及設備相連接，實現數據采集、處理、發送以及設備控制等功能。它是一個智能化可獨立運行的系統，具有良好的可靠性，能夠自動處理通信堵塞、外部干擾等異常狀況，保證系統穩定不間斷運行，并長期保存現場歷史數據。它主要由單片機電源部分、數據采集處理部分、TC35接口電路、傳感器模塊、輸出控制器等部分組成。其硬件結構框圖如圖2所示。

2．1 電源電路設計

電源部分采用220 V交流電源供電，經電壓轉換、全波整流后接入供電電路，為整個系統供電。電源部分為數據采集處理部分提供3.3 V電壓和隔離的24 V電壓；為無線接口部分提供約3.6 V電壓。

2．2 數據采集處理部分

數據采集處理部分由中央微處理器、鍵盤顯示電路、數據存儲器、實時時鐘等組成。中央微處理器選用AT89C51。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。

鍵盤和顯示電路模塊用來初始設定或者當用戶操作人員在現場時，可以通過此人機界面，將初始狀態和一些命令要求置入單片機，使其完成特定的功能。

實時時鐘為數據的存儲和發送提供精確的絕對時間，亦可通過上位機監控站對終端監控站時間進行設定和校準。數據存儲器采用大容量FLASH存儲器，可對現場采樣數據進行長期存儲。

2．3 TC35i接口電路

TC35i是SIEMENS公司推出的新一代一款雙頻900／1 800 MHz高度集成的無線通信GSM模塊，可以快速、安全、可靠地實現系統方案中的數據、短信息服務和傳真。TC35i無線模塊內部結構如圖3所示，TC35i共有40個引腳，這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數據輸入／輸出、SIM卡、音頻接口和控制。它通過ZIF連接器分別與電源電路、啟動與關機電路、數據通信電路、語音通信電路、SIM卡電路、指示燈電路等連接。

TC35i接口電路的設計主要是40針的電纜與單片機的信號接口。TC35i的1～5腳提供3.3～5.5 V峰值電壓和2 A的直流電源；6～10接地；15腳為點火信號，接到單片機的P1.3腳，可以通過軟件啟動模塊；16～23腳是RS 232串口的功能引腳，其中18腳，19腳分別為發送RXD和接收TXD引腳；24~29腳對應的是SIM卡的引腳；32腳為指示燈引腳，當未插入SIM卡或者40腳的電纜沒有接好或者模塊正在入網時，指示燈處于閃亮狀態，亮600 ms滅600 ms，當模塊登錄網絡時，指示燈亮75 ms滅3 S。

3 數據采集終端軟件的設計

數據采集終端軟件的設計用C語言開發。主要用于實現單片機系統數據通信模塊TC35的初始化、現場數據的定期采集、控制端口的數據輸出、告警短信的發送、指令信息的接收及分析執行等功能。數據采集終端軟件的設計包括主程序、串口中斷服務程序和看門狗程序。軟件設計的關鍵是單片機如何利用AT命令控制TC35模塊發送和接收短消息。

(1)主程序。負責單片機、TC35的初始化，連續循環采集各通道值，再經數值濾波處理后存儲該值。主程序在完成單片機和TC35模塊的初始化后，將立即開放串口中斷，進行中斷掃描，監控是否有數據到來，以便實時接收上位機發來的短信數據，主程序流程如圖4所示。

(2)串口中斷服務程序。負責短信的接收和發送。如果發現有新短信，則根據自定義協議從短信內容中提取來自監測中心的命令數據。如果是查詢監測站點的狀態命令，則將傳感器采集到的數據通過TC35終端以短信息的形式發送到監控中心；如果是設置運行參數命令，則根據命令修改設備中相應的運行參數。

(3)看門狗程序。負責監視中斷服務程序的運行時間，若在規定的時間內未完成任務，則強行退出，程序從入口重新執行，以防止死機現象。

4 監測中心軟件的設計

主站監控軟件采用VC++進行前臺開發，監控中心的軟件采用模塊化方式設計，主要的軟件模塊包括用戶管理模塊、通信控制模塊、數據管理模塊、報警處理模塊。系統完成遠程數據采集的關鍵是短信息的成功接收與發送，因此通信控制模塊是監測中心軟件設計的重點。

監控中心PC機通過RS 232串口和TC35連接，通過發送AT命令與它通信。在Windows環境下完成串口通信，目前主要有以下兩種方法：一種是利用Win-dows API通信函數，另外一種是使用現有的ActiveX控件即MSComm控件來實現。該系統采用前一種方法，因為監控中心要根據監測設備的多少動態地決定需要多少個TC235，也就是要動態決定需要哪幾個串口。如果采用串口通用控件，在系統軟件運行初始，就啟動所有的串口線程，會浪費系統資源。

5 結 語

SMS短信息的遠程數據采集系統將現代通信技術融合到傳統產業中，實現遠程數據的采集技術，為遠程數據采集系統提供一種便捷的無線數據傳輸方式。系統具有不受通信線路及地區限制，可靠性高，抗干擾能力強等特點；系統硬件結構簡單，主要由軟件實現監控過程，便于維護和擴展。該系統對于覆蓋范圍廣，數據量較少，監測點分散的監測監控領域具有一定的參考價值。