ARM应用实例.docx

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ARM应用实例

ARM应用实例之路灯监控通信终端设计

　　系统简介

对于城市路灯管理部门来说，防盗、节能等一直是一件非常头疼事情，需要投入大量人力、物力和财力，因为路灯数量众多，地理位置分散，给工作人员带来极大困难。

GPRS即通用分组无线业务[1]，英文全称为GeneralPacketRadioService，这种无线业务是在现有GSM网络上开通一种新型分组数据传输业务。

GPRS采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定信道资源。

GPRS特别适用于间断、突发性或频繁、少量数据传输，也适用于偶尔大数据量传输，具有实时在线、按量计费、快捷登录、高速传输、自如切换等优点。

因此,利用GPRS组建无线通信系统是一种造价低,易于维护和推广,无制约,可靠性高,稳定性好,具有一定先进性,标准性且易于扩充系统。

可以说,将GPRS应用于路灯监控系统数据传输是目前最理想选择。

　　本系统设计一种基于ARM7处理器以及利用GPRS技术路灯监控通信系统终端,实现远程无线各路现场数据传输。

结合上位机软件，将各路数据实时传递到集中监控中心，以实现对路灯运行情况统一监控和分布式管理。

系统结构模型图如图1所示。

　　图1  GPRS路灯监控通信系统模型图

　　1 主要芯片简介

　　1.1 LPC2106芯片[2]

　　LPC2106处理器是菲利普公司ARM7TDMI-S处理器，该芯片带有一个支持实时仿真和跟踪ARM7TDMI-SCPU，并嵌入了128KB高速Flash存储器。

具有ISP和IAP功能，128位储存器接口和特别允许在最高时钟周期执行32位代码加速体系，在代码长度起关键作用程序中，可选16位Thumb模式在最少代价下能够减少了超过30%代码，CPU操作频率可达60MHz；LPC2106体积很小，它有两个低功耗模式：

空闲和掉电，使系统保证在低功耗使用，非常省电，在路灯监控系统中，它是非常理想选择。

它内部RAM达到64K大小，提供I2C串行和SPI串行接口等接口，使得LPC2106在GPRS系统中能够进行各种扩充；它两个定时器，分别具有4路捕获/比较通道，适合路灯控制多路数据处理，看门狗定时器确保了系统安全，双电源技术保证了系统可靠性。

　　1.2 P87LPC760芯片[3]

　　P87LPC760是14脚封装单片机，适合于许多要求高集成度低成本场合，可以满足多方面性能要求。

它是菲利普公司小型封装系列中一员，P87LPC760提供高速和低速晶振和RC振荡方式，可编程选择具有较宽操作电压范围，可编程I/O口线输出模式选择，可选择施密特触发输入LED驱动，输出有内部看门狗定时器,P87LPC760采用加速80C51处理器结构，指令执行速度是标准80C51MCU两倍特性。

在路灯监控通信终端中作为从处理器。

　　2 路灯监控通信终端硬件方案

　　2.1 GPRS通信终端硬件结构

　　GPRS路灯监控系统终端安装在路灯各个数据采集点，通过RS232口和RS485口与GPRS透明数据传输终端连接，数据经过协议封装后发送到中国移动GPRS数据网络，通过GPRS数据网络将数据传送至路灯监控中心，实现路灯终端和路灯监控中心系统实时在线连接。

GPRS通信终端硬件结构采用主从CPU设计方法，这样提高系统可靠性和运行速度，主处理器采用菲利普公司ARM7TDMI-S处理器LPC2106，主要负责协议封装，与GPRS通信实现；从处理器采用菲利普公司P87LPC760，主要负责对ARM7芯片和GPRS模块控制。

GPRS监控通信终端实现结构图如图2所示。

　　图2 GPRS监控通信终端结构图

　　2.2 监控通信硬件实现

　　在路灯监控通信终端中，主处理器是基于AMR7核心LPC2106处理器，它是整个系统硬件核心，连接结构图如图3所示，主要功能是实现GPRS下通信协议封装及数据传输，同时采用适用于GPRSAT指令，使用TCP／IP协议将数据打成IP包，经GPRS接口接入无线GPRS网络，并应用Winsock控件来实现接收数据及数据交换。

　　2.3 监控通信控制实现

　　从处理器使用P87LPC760，主要功能是对LPC2106处理器与GPRS模块数据传输通信控制；

2.4 监控通信接口实现

　　由于监控通信终端是3.3V系统，而且核心处理器LPC2106UART1带有完全调制解调器接口，使用TTL电平，所以使用8路RS232转换芯片SP3238进行RS232电平转换及串口通信，SP3238芯片是+3.0V和+5.5VRS232转换器。

具有低功耗、高数据速率、增强型ESD保护等特性。

MAX3485是RS485电平转换，这些口线可保留给用户作为其它功能使用。

　　2.5 GPRS模块实现

　　中兴ZTE815主要是用来实现GPRS模块，使用SIM卡进行实现。

SIM卡1和4脚接电源，2脚接地，3脚是复位，与ZTE81541脚相连；5脚是时钟，与ZTE81545脚相连；6脚是通信读写I/O引脚，与ZTE81543脚相连。

　　图3  LPC2106连接结构图

　　3 GPRS通信软件方案

　　软件设计是本监控通信终端核心，其中通信模块设计是整个终端软件设计主要部分，软件设计采用ARM公司ADS集成开发环境，使用C语言进行编程，主要是对LPC2106处理器进行控制，实现协议封装及与GPRS系统通信，从初始化串行通讯模块设计到与带SIM卡GPRS终端通信流程设计，需要兼顾软件各个功能模块，包括参数设置、自动接收数据、请求数据以及信号判断等。

　　3.1 通信命令处理

　　通信数据处理主要是针对需要发送数据和接收到信息进行相关处理。

通过在ARM7模块建立AT指令实现数据收发，并实现对AT指令分析和控制。

本系统用到AT指令是：

建立TCP/socket连接命令"AT+ISTCP：

"；发送数据命令"AT+ISSND%：

"；查询数据命令"AT+ISRCV：

"；查询数据链路命令"AT+ISST：

"；模块退出传输模式命令"AT+IMCM"；查询模块信号值命令"AT+CSQ"；模块返回数据传输模式命令"ATO"；DTU返回控制命令模式命令"AT+I"；关闭SOCKET命令"AT+ISCLS:

"。

　　3.2 系统主要函数介绍

　　通信控制是比较复杂过程，本系统主要函数有：

（1）接收字符串与目标pSrc字符串对比函数unsignedcharRecive_GpCmp（constunsignedchar*pSrc,unsignedcharunNum），用于对接收指令检测；

（2）提取信号强度函数unsignedcharAchieve_IMFSrong（void），信号强度为0~30；（3）对比连接返回值函数unsignedcharAchieve_Socket（void）；（4）建立SOCKET连接函数voidConnect_Socket（unsignedchar*pIp），该函数负责发送IP地址及端口号，等待时间是一分钟，在数据返回值中，I/000表明连接成功，字柄号为000，I/ERROR表明连接超时或不成功；（5）查询信号强度函数voidCheck_IMFSrong（void），等于1为查询信号强度状态，等于0为空闲状态，在查信号强度，最长时间3.2秒，时间间隔为6分钟，并在主循环调用该函数；（6）查询在线状态,秒间隔调用函数voidCheck_Gprs（void），设置在线查询时间间隔为3分钟，两次判断掉线就确认掉线了。

　　3.3数据收发函数实现

　　由于篇幅限制，不能对各函数进行详细描述，下面主要对数据收发函数进行实现。

　　3.3.1接收数据函数实现

　　voidRecive_Data_Socket（void）

　　{

　　      unsignedcharbuf[20],i;

　　      Check_IMFSrong（）;

　　      if（ucGPRSMode&&ucGprsLink）

　　      {

　　        for（i=0;i　　             buf[i]=pGPRSCMD[2][i];

　　             buf[i++]=0x0d;

　　           ucGPRSMode="1";  //接收数据

UART1_SendStr（buf,i）;

　　      }

　　}

　　3.3.2 发送数据函数实现

　　VoidSend_Data_Socket（  ）

　　{

　　      unsignedchari,j,tmp,buf[20];

　　      unsignedshortusYn,usTmp,usLen;

　　      if（Len==0）return; 

　　      for（i=0;i<>

　　      {

　　             buf[i]=pGPRSCMD[1][i];

　　      }    

　　      i--;

　　      buf[i++]=':

'; 

　　      for（j=0;j<3;j++）

　　        buf[i++]=szGprsHandle[j];//数据句柄号

　　        buf[i++]=',';    

　　        usTmp=10000;

　　        usYn="0";

　　        usLen="Len";

　　       for（j=0;j<5;j++）   //发送长度

　　        { 

　　             tmp="usLen/usTmp";

　　             usLen="usLen"%usTmp;

　　             if（usYn）

　　             {

　　                   buf[i++]=tmp+'0';

　　             }

else

　　             {

　　                    if（tmp）

　　                    {

　　                           usYn="1";

　　                           buf[i++]=tmp+'0';

　　                    }

　　             }

　　             usTmp/=10;

　　      }

　　      buf[i++]=':

';

　　      UART1_SendStr（buf,i）; //发送数据头

　　      UART1_SendStr（Data,Len）; //发送数据

　　}

　　4  结语

　　采用基于ARM7核心GPRS网络远程数据通信方法，主从处理器嵌入式设计，思路新颖，程序算法效率高，解决了远程监控终端通信问题。

采用无线模式，数据传输安全性得到了很大提高，并且不需要布线，几乎不受区域限制。

该系统成功投入了实际路灯管理，经济地解决了城市路灯控制管理问题。

如系统进行适当修改，可用于环境监测、水文监测、人防、城市交通控制等领域，具有很好参考价值。