摘要： GPRS通用无线分组业务是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端、广域的无线IP连接，具有传输速率快、运营费用低、可靠性高、开发方便等明显的优点本文介绍了一种基于GPRS的开关磁阻电机远程控制调速系统以及进行数据采集的系统，包括其系统硬件及软件设计
关键词：GPRS；开关磁阻电机控制器；远程控制

GPRS技术是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务，其最大优势在于它的数据传输速度大大提高，目前已达到了115Kbps其次GPRS是按GSM标准定义的封包交换协议，可快速接入数据网络它在移动终端和网络之间实现了“永远在线”的连接，网络容量只有在实际进行传输时才被占用基于这些优势，GPRS技术适合进行数据传输，同时由于其可靠性，可以进行远程控制的设计本文以油田抽油机为实际应用背景，介绍基于GPRS技术的开关磁阻电机调速系统远程控制的架构和具体实现

系统整体结构

本系统是通过上位机操作系统，利用无线网络远程控制应用于油田抽油机的开关磁阻电机，控制开关磁阻电机的启动、停止、复位以及转速设定等参数，并对电机的运行状态进行采集，如电流参数、温度参数、转速信息、故障信息等，并将其返回到上位机操作系统进行分析，判断电机工作情况和下一步的控制情况，实现远程控制的目的

本系统整体工作结构原理图见图1

图1 GPRS远程控制系统整体结构图
　　
上位机操作系统

上位机操作系统是人机对话的平台本文采用VB语言编写的可视化界面，编写了一个TCP/IP超级终端，实现了TCP/IP服务器端的功能，这是Socket的一个简单应用由于每次GPRS拨号，系统端获的的IP地址都不一样，而PC端的IP地址应该是固定的，因此选择PC端作为服务器端服务器端创建后开始侦听来自网络的数据，循环等待客户端的连接，如果有客户端连接，接收到的数据会保存在缓冲器中，然后服务器端会判断是否是系统发来的数据，如果正确则显示该客户端发来的数据，同时服务器端会重新启动一个线程等待新的客户连接

系统硬件设计

如图2所示，远程控制系统内部结构可分为系统电源、复位电路、信号采集、控制给定以及其他控制部分这里着重介绍信号采集、GPRS远程控制等部分

图2 GPRS远程控制系统内部结构图

本设计需要采集开关磁阻电机的运行状态，包括电流信号、电压信号等，需要进行ADC变换
TLC0834是八位逐次逼近模数转换器，具有输入可配置的多通道多路器和串行输入方式，采用串行输入结构，其供电电压为5V，输入与输出与TTL，CMOS电平兼容为了节省I/O资源，采用LPC2134的一个I/O口连接到TLC0834的DO端和DI端，DI端只在多路器寻址时被检测，而此时DO端仍为高阻状态，经过一个时钟周期后，DO端才开始在时钟上升沿时读出数据

GPRS远程控制系统

GPRS远程控制系统是系统的核心部分，传输控制信息以及采集运行状态，是负责上位机控制系统和底层电机的联系纽带核心部分由ARM7处理器LPC2134和GPRS无线通信模块MC35i构成LPC2134与GPRS通信模块MC35i的通信是通过串口通信来实现的，如图3所示，通信模块MC35i的16～23引脚数据输入/输出端标准串口的8个引脚分别为DSR0、RING0、RXD0、TXD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps～115000bps之间为了和开关磁阻电机调速系统正常地进行通信，这里选择1200bps作为数据传输的波特率，硬件握手信号用RTS/CTS，模块串口支持标准的AT命令集

图3 GPRS模块MC35i引脚结构图

模块的24~29管脚为SIM卡引脚，其中CCVPP引脚用于检测SIM卡插槽中SIM卡是否插入正常，CCCLK用于模块在该周期下定时检测SIM卡，因此，CCVPP脚会定时出现一个跳变；CCVCC引脚是MC35i模块为SIM卡提供的供电电源
    
系统软件设计

本设计采用国际化标准组织所定义的开放系统互连模型，OSI/RM参考模型包括七个协议层来定义数据通讯的协议功能图4所示为本设计互联参考模型结构图及所涉及的协议

图4 系统互联参考模型结构图

图中包括上位机、INTERNET、GPRS网络、GPRS远程控制板、开关磁阻电机调速系统以及开关磁阻电机几大部分的信息通信，其中GPRS远程控制板和GPRS网络间的通讯通过PPP(点对点协议)实现，GPRS网络和INTERNET的通信通过GPRS网关节点实现，INTERNET和上位机的通信通过TCP/IP协议，并通过可视化界面实现

PPP的设计与实现

本设计环节需要支持GPRS功能的GSM模块，使移动终端通过串口和GPRS模块相连，然后通过AT命令先设置好模块，定义PDP上下文和网络服务质量；发出进行申请GPRS服务的拨号命令， GPRS模块的PPP协议服务器端程序进行协商通信收到拨号命令后，GPRS模块会进行网络的附着，网络分配无线链路资源，这时GPRS模块中的PPP协议服务器端进入NETWORK状态，得到网络分配的IP地址并通过IPCP协议分配给移动终端，这样，移动终端就在串口和GPRS之间用PPP协议建立了一条透明的传输通道，并取得了自己的IP地址，可以和数据中心通信了PPT实现流程见图5　

图5 PPP实现流程框图　
　　　　　　
TCP/IP小型协议栈uIP的设计和实现

uIP是一个极其小型的TCP/IP协议栈，可以适用于低至8位或16位微处理器的嵌入式系统它可以被看作是一个代码库为系统提供确定的函数uIP提供三个函数到系统底层uip_init()、uip_input()和uip_periodic()应用程序必须提供一个回应函数给uIP当网络或定时事件发生时，调用回应函数

VB语言编写的可视化界面

TCP/IP协议是Internet最重要的协议，本设计采用VB语言实现了TCP/IP服务器端的功能Socket接口是TCP/IP网络的API，网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O，Socket也是一种文件描述符VB提供了WinSock控件，用于在TCP/IP的基础上进行网络通信当使用Socket进行网络通信时，其中一个必须创建Socket服务器侦听以进行通信，创建服务器，首先创建一个服务端口号，并开始侦听是否有客户请求连接部分VB程序如下：
Private Sub Form_Load()
SockServer.LocalPort = 3000                    ‘服务器端口号
SockServer.Listen    ‘开始侦听
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                    ‘表示客户请求连接的ID号
End Sub
Private Sub SockServer_Data Arr (ByVal bytesTotal As Long)
‘当向服务器发送的数据到达后,产生DataArr事件,在事件中接收数据
Dim a As String
SockServer. GetData a
Text1.Text = a
End Sub
……

结语

综合以上设计，利用GPRS网络实现远程控制的最大好处在于它的可靠性，可在恶劣环境下使用，可通过上网的网络终端来实现远程控制和电机运行状态的接收，同时可实现多点到多点的双向控制，成本低廉，尤其是像油田抽油机的恶劣的工作环境，更能节省很大的人力及物力，效率很高
　　
参考文献：
1.TLC0834C,8位串行控制模数转换器，武汉力源电子股份有限公司
2.蓝晓舅 童小念.PPP协议在GPRS无线网络中的嵌入式实现，中南民族大学学报(自然科学版)，第24卷第4期，2005年l2月