【文章內容簡介】 。此外，由于公網IP地址有限，許多ISP都采用多個內網用戶通過代理和網關路由器共用一個公網IP上Internet的方法。因此，固定IP很多應用現(xiàn)實情況是無法滿足的。(3)ADSL連接ADSL即非對稱數(shù)字用戶環(huán)路，是運行在原有普通電話線上的一種新的高速寬帶技術:它利用現(xiàn)有的一對電話銅線，為用戶提供上、下行非對稱的傳輸速率(帶寬)。隨著技術的發(fā)展，ADSL逐步成為大多數(shù)用戶一種較方便的寬帶接入技術。它可以通過網絡服務器分配一個公網IP地址。上行終端數(shù)據(jù)和下行命令數(shù)據(jù)的過程都和公網固定IP地址連接方式相同。其區(qū)別就在于公網固定IP地址接入方式的IP地址是固定，而ADSL接入方式的IP地址是變化的，具體來說就是每重新?lián)芴栆淮危嬎銠C中心IP地址就改變一次。優(yōu)點:直接利用現(xiàn)有用戶電話線，節(jié)省投資。安裝簡單，不需要另外申請增長線路，只需要在普通電話線上加裝ADSL Modem，在電腦上裝上網卡即可。不需要專門的服務器，一臺普通的電腦即可勝任。提供上行(從用戶到網絡)為低速的傳輸。下行(從網絡到用戶)為高速傳輸，非常適合突發(fā)性強、一次數(shù)據(jù)量不大的場合。缺點:因為計算機中心的IP地址是改變的，所以計算機中心必須有其它穩(wěn)定可靠的方法實時改變終端的IP地址配置參數(shù)，保障終端能及時地獲取正確的配置。(4)短消息發(fā)送方式短消息(SMS)通訊方式是指通過GSM通信模塊發(fā)送和接收有限長度的文本信息，實現(xiàn)對遠程設備的通信方式。短消息模塊和計算機中心服務器一般通過RS232串口連接，通過書寫上位機驅動軟件控制短消息模塊發(fā)送和接收處理終端的上行數(shù)據(jù)。優(yōu)點:短消息通訊方式可以大大節(jié)約系統(tǒng)建設投資，降低維護成本。缺點:傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，140字左右。實時性較差。只能適用于突發(fā)性較強，而且突發(fā)傳輸數(shù)據(jù)量小，對實時性要求不高的場合?；蛘咦鳛檫h程系統(tǒng)的輔助功能。(5)GPRS連接，然后再將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)庫中心。通過書寫上位機驅動軟件控制通信模塊控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，處理終端的上行數(shù)據(jù)。優(yōu)點:數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延較小，穩(wěn)定性好。缺點:需要移動運營商的支持綜上所述，本文選擇現(xiàn)在比較流行的GPRS網絡連接。充分發(fā)揮GPRS網絡的覆蓋面廣、無線性能。系統(tǒng)初始化時，數(shù)據(jù)中心服務器上網成功后，產生一個公網IP地址，立刻通過短消息模塊把終端的IP地址配置和其它關鍵的必備參數(shù)信息發(fā)送到下位機。下位機獲得當前計算機中心正確的配置參數(shù)后，存儲到非易失性存儲器中，直到下一次配置參數(shù)的更新。在需要通訊的時候終端可以隨時隨地發(fā)起GPRS連接傳輸數(shù)據(jù)。當然，計算機中心也可以隨時隨地通過短消息模塊喚醒終端發(fā)起GPRS連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的召測、調出終端數(shù)據(jù)或配置信息、修改終端其它各種參數(shù)(發(fā)送數(shù)據(jù)時間間隔等)。這也是GPRS方式的另外一個很大的特色，宏觀上實現(xiàn)了通訊連接發(fā)起端雙向性。近幾年，由于通訊技術的迅猛發(fā)展，可以應用于遠程系統(tǒng)的各種GPRS模塊層出不窮，比如西門子的TC系列和MC系列、Wave公司的Q2406B、明基的M22等。其中有些產品，由PC機完成對終端的設置，再通過串口和其他儀器設備相連，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控任務，這些產品的不足是不能在線動態(tài)改變終端的參數(shù)設置。另外，當前處于3G過渡階段，基于網絡的產品主要適用小流量數(shù)據(jù)傳輸。由于其中的核心控制系統(tǒng)大多數(shù)是采用8位單片機處理，處理數(shù)據(jù)的能力比較低，如果還要開發(fā)通訊協(xié)議，那么理論上單片機的數(shù)據(jù)傳輸速率只能達到GPRS傳輸數(shù)據(jù)理論峰值的四分之一左右，完全跟不上迅速發(fā)展的大流量數(shù)據(jù)的傳輸和控制，尤其隨著3G網絡的建設，其中大多數(shù)產品將不適合各種應用的需要。以下就幾個典型GPRS模塊進行比較。(1)西門子MC35MC35是西門子移動通訊出品的第一款GPRS模塊，MC35向上兼容全部TC35功能，集成了高速GPRS技術?？蓪PRS技術廣泛集成于移動電腦、PDA,智能電話以及其它設備之中。具備持久的在線連接、快速數(shù)據(jù)接入、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c。MC35提供了標準AT命令界面和一個RS232全雙工接口用于與外部應用系統(tǒng)連接。傳統(tǒng)的串行驅動程序就能驅動這個鏈接，系統(tǒng)將其當成串行外設進行訪問，用AT指令對模塊進行控制。它采用緊湊型設計，為用戶提供簡單、內嵌式的無線GPRS連接。MC35的GPRS永久在線功能提供了最快的數(shù)傳速率，體積小巧，功耗低，能提供數(shù)據(jù)、語音、短信、傳真功能，可廣泛用于遙感測量記錄傳輸、遠程信息處理、電話。MC35作為理想解決方案的高速數(shù)據(jù)傳輸能廣泛應用于終端機和掃描器、安全系統(tǒng)、遠程遙測和信息處理系統(tǒng)、遠程數(shù)據(jù)傳輸、遠程自動抄表、自動化售貨機、GPRS Modem等。優(yōu)點:體積小，穩(wěn)定性好，使用廣泛，可用資料多。缺點:不集成TCP/IP協(xié)議棧(2) Wave公司Q2406BWave GSM調制解調器是Wave公司研制的通信產品，是一種可以進行話音、短消息、數(shù)據(jù)及傳真?zhèn)魉凸δ艿腜hase2+GSM調制解調器。它擁有雙頻功能、支持WAP, GPRS通信技術使其可以在多層面上使用。它體積小，功耗低，可工作的溫度條件高于GSM標準，工作溫度為20到50℃。優(yōu)點:集成TCP/IP協(xié)議，使用廣泛，可用資料多。缺點:價格較貴，性能穩(wěn)定性一般。(3) BENQ公司M22M22是臺灣BENQ公司生產的GPRS/GSM模塊，是具有三頻功能，可以進行語音、短消息、傳真及數(shù)據(jù)傳送功能的調制器。它支持GPRS Class 4, 44管腳母頭接口，硬件輸出SIM, RS232, GPIO等。優(yōu)點:集成即協(xié)議，價格便宜，接口管腳較少，焊接簡單。缺點:抗干擾性較差。由于礦井開采環(huán)境的特殊性，對設備的穩(wěn)定性有很高的要求，本文最終選擇使用了西門子的MC35模塊。該模塊提供標準的RS232電平串行接口和終端控制器通訊，由微控器控制其啟動、上網、停止、休眠、激活和數(shù)據(jù)的傳送。 傳輸模塊的電路設計西門子MC35無線模塊是一個壓縮的GSM/GPRS模塊，它可以在GPRS網絡中進行傳輸數(shù)據(jù)、語音、SMS(短信服務)和傳真等作業(yè)。MC35廣泛應用于大氣環(huán)境監(jiān)測、雨量水流監(jiān)測、手持設備擴展、付費無線電話、遠程信息處理、遠程數(shù)據(jù)傳輸、遠程自動抄表、自動化售貨機、車輛調度管理、車載定位系統(tǒng)中。表31所示為MC35的工作特性。表 31 MC35工作特性產品型號西門子MC35特性支持EGSM900/GSM1800雙頻，支持GPRS Class 8/Class B，支持phase2/2+輸出功率2W（900M）1W（1800M）輸入電壓控制AT指令直接控制物理接口40pin連接，包括電源、3V SIM卡、RS232接口、語音、控制等管腳體積16g數(shù)據(jù)速率 與MC35配套的接口電路設計如圖35和圖36所示。嵌入式系統(tǒng)常常要求低功耗，而電源的處理又是嵌入式系統(tǒng)設計穩(wěn)定可靠的關鍵之一。在本系統(tǒng)中，GPRS/。實際應用中，對GPRS/。美國國家半導體公司的電源穩(wěn)壓芯片LM2576將+、峰值能提供3A的穩(wěn)定電壓。實際應用中，如果終端登陸的過程很艱難，常常剛剛上線的瞬間就斷線，諸如此類問題幾乎都是由于電源不穩(wěn)定或輸出功率不足造成的。圖35 電源設計接口電路中的串行通信部分由MAX3238EAI實現(xiàn)。MAX3238EAI收發(fā)器，與MAX232類似，用于串行通信，有5個輸出，3個輸入，更適合多個串行通信的需求。接口電路中紅色LED指示MC35是否正常工作。上電后每2s閃爍一次，當處于查找網絡或注冊時或無SIM卡及無可用的網絡時，約is閃爍一次。正常注冊后，約每2s閃爍一次。在調試的時候從LED可以看出無線通信模塊現(xiàn)在所處的狀態(tài)。MC35模塊提供40線的ZIF接口方式。圖36 GPRS模塊接口電路4 系統(tǒng)終端的軟件設計本章主要介紹系統(tǒng)終端的軟件設計。在軟件設計過程中采取結構化和模塊化的設計方法，將系統(tǒng)功能分為不同的功能模塊，每個模塊完成一個相對獨立的特定子功能，并且和其它模塊之間的關系很簡單。系統(tǒng)終端分為3個模塊，分別是人機交互模塊、重量測量模塊和GPRS模塊。 系統(tǒng)終端的軟件結構系統(tǒng)終端的軟件設計主要分為人機交互部分、數(shù)據(jù)采集部分和通訊部分。人機交互部分為參數(shù)設定模塊。數(shù)據(jù)采集部分通過定時器定時采集重量值。在主循環(huán)中，有3個中斷詢問，有中斷時進入相關的中斷子程序，使該任務進入運行狀態(tài)，分別為參數(shù)設定模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和GPRS模塊。 系統(tǒng)終端的軟件任務劃分 系統(tǒng)中每個任務均有以下三部分組成:應用程序、任務堆棧和任務控制塊。其中只有應用程序被燒入ROM，而任務本身則被置于RAM中，待系統(tǒng)運行時再予建立。任務堆棧用以存儲CPU的寄存器內容。當某一任務由運行狀態(tài)變?yōu)槠渌鼱顟B(tài)時，CPU寄存器內容壓入相應任務堆棧，反之則將相應任務堆棧內容置入CPU寄存器。作為系統(tǒng)中定義的一個數(shù)據(jù)結構，任務控制塊的內容包括任務堆棧的地址、任務當前狀態(tài)、任務優(yōu)先權等。操作系統(tǒng)通過查詢任務控制塊內容實現(xiàn)對任務的管理。嵌入式實時系統(tǒng)中，任務的合理劃分和優(yōu)先級的合理設置，對實時系統(tǒng)至關重要。任務劃分得準確合理，不但會簡化軟件設計的復雜性，而且也可以增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和健壯性。任務優(yōu)先級設置的合理準確，不但會保證任務調度的正確性，還可為己經設計好的系統(tǒng)提供更好的實時性保障。進行任務劃分時，首先要分析數(shù)據(jù)流程圖中數(shù)據(jù)的轉換。確定哪些數(shù)據(jù)轉換可以并行執(zhí)行，哪些必須順序執(zhí)行。下個轉換可以是一個任務，或者幾個轉換組成一個任務。決定應用系統(tǒng)任務劃分的最主要的因素是系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能之間的異步關系。具體可以從下述兩個方面來考慮: (1) I/O功能。相關的I/O操作可以組成一個任務。I/O事件的驅動方式可以是有中斷驅動，也可以是由程序周期查詢。由于輪詢方式要占用大量的CPU時間，故對于資源非常有限的嵌入式應用系統(tǒng)，一般采用中斷方式驅動I/O事件。 (2)系統(tǒng)的內部功能。比如說任務可以劃分為周期進行的任務、同步和異步任務、應用控制任務、用戶接口任務等?？梢詫⑼粫r間內完成的功能或者由相同事件激活的任務合并為一個任務。合并緊密相關的任務為一個任務，使它們共享資源或者由相同的事件驅動。也可以將控制任務組織成一個狀態(tài)轉換圖結構，以便簡化控制流程的設計?？紤]到應用系統(tǒng)的實時性要求，μC/OSII的實時內核采用了基于優(yōu)先級的搶占式調度(Prioritybase preemptive scheduling)算法。μC/OSII內核有64個優(yōu)先級，編號063，優(yōu)先級0最高，63最低。用戶可以根據(jù)任務的輕重緩急賦予任務不同的優(yōu)先級。具體可以根據(jù)下述方法來設置:● 任務分類。根據(jù)系統(tǒng)要處理的外部事件的輕重緩急程度對劃分好的多個● 任務分類，并確定優(yōu)先等級，公共任務的優(yōu)先級等級較高?！? 每一類任務中任務的優(yōu)先級分配。越先執(zhí)行的任務優(yōu)先級數(shù)越低(數(shù)值越小，優(yōu)先級越高)。 系統(tǒng)終端中，根據(jù)要實現(xiàn)的功能，系統(tǒng)有如下6個任務:按鍵處理、屏幕顯示、短消息模式通訊、GPRS網絡模式通訊、信號采集、數(shù)據(jù)處理。從系統(tǒng)應用軟件設計方面，可以劃分為人機交互模塊、GPRS模塊(上網通訊模塊)、重量測量及模塊。系統(tǒng)軟件結構圖如圖42所示。圖42 系統(tǒng)任務劃分下面對系統(tǒng)終端中的各任務作簡要的介紹。(1)按鍵處理任務 該任務主要完成鍵盤掃描工作。用戶可以通過鍵盤對系統(tǒng)進行相關的參數(shù)的設置及修改等，一旦有按鍵被按下，系統(tǒng)就能夠做出響應并完成相應的功能。 (2) LCD顯示任務 該任務用于刷新LCD顯示的工作。當設置調整相關參數(shù)時用于顯示參數(shù)量以及出現(xiàn)故障時的錯誤指示，當有關的信息發(fā)生改變時，需要調用此任務更新顯示。 (3)短消息模式通訊該任務主要是在網絡不通或在GPRS網絡連接還未建立的時候，向監(jiān)控中心上報終端的基本配置信息。計算機中心可以通過短消息喚醒終端或者修改終端的基本配置信息。當存在異常情況，如無線模塊掉線、稱重傳感器故障等，可以將信息通過加密形式發(fā)送到指定的工程師或工作人員的手機上，讓相關人員在第一時間了解系統(tǒng)終端的非正常狀態(tài)，以便快速做出相應的處理。(4)信號采集任務 該任務采用定時方式對重量信號進行采集，負責A/D轉換通道的選擇，對轉換結果進行讀取。根據(jù)設定，用一無符號整數(shù)進行保存。最后發(fā)信號至數(shù)據(jù)處理任務進行數(shù)據(jù)處理。 (5)數(shù)據(jù)處理任務該任務主要用于將采集來的重量信號進行換算，濾波和軟件抗千擾處理。下文將具體闡述稱重系統(tǒng)終端的軟件設計(6)GPRS模式通訊 該任務主要是實現(xiàn)AT命令撥號，建立終端和計算機中心的GPRS通訊鏈接，發(fā)送出礦重量至GPRS網絡。這部分主要通過AT指令實現(xiàn)。因此，本模塊需要很好地控制RS232發(fā)送、接收并對AT指令的回應進行解析。 參數(shù)設定模塊因為系統(tǒng)所以選用的芯片ZLG7289提供專門的鍵盤中斷信號，當有鍵按下時進入外部中斷1，有中斷產生，即判斷有鍵按下。進入中斷服務程序。程序流程如圖43所示。在軟件流程中加入一定時間延時，可以防止因按鍵抖動而重復進入按鍵中斷。圖43 鍵盤中斷流程 數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集程序段如下。Void Timer0_ Task(void*id){INT8U RePly。for(。){OSMboxPend(Timeroee_Mbox)。 //得到信號量Timer0()。 If time0=Oxaa { OSMboxPost(Templ_ADwe_Mbox)。 OSSemPost(Seml)。 }}通道0信號量采樣的程序段如下:for(。){if((k+十)20) //20次采樣后數(shù)據(jù)處理一次{k=0。 OSSemPost(DataProcessSem)。 }ADCR=(l +0)|ADCRigister。 //選擇通道0while(1)