沈阳航天新光集团有限公司 韩 冬 倪瑞林



钢水温度数据GPRS模块远程无线传输设计

沈阳航天新光集团有限公司 韩 冬 倪瑞林

【摘要】本文主要介绍了如何使用西门子的MC55模块，将炼钢现场钢水温度数据通过GPRS无线传输给远端上位机，并详细介绍了GPRS无线通讯的程序及其通讯协议设计方法。

【关键词】GPRS；无线传输；域名解析

1 引言

由于炼钢工业现场环境复杂多变，环境比较恶劣，如果经常去现场观察钢水温度测量数据结果，不仅耗费人力，而且存在一定的安全隐患。这里我们采用西门子公司生产的MC55无线传输模块将炼钢现场测量得到的钢水温度结果通过GPRS无线传递到远端的上位机上。MC55模块具有收发短信、自带TCP/IP协议，能够连接GPRS，支持Socket通信等功能，性价比高，具备较高的可靠性。

本文主要介绍了如何使用MC55模块进行钢水温度数据的远程传输并附上详细的软件设计程序。

2 GPRS数据无线传输模块硬件设计

2.1 GPRS无线传输模块MC55介绍

MC55模块一共有50个引脚，如图1所示。按其功能来分类的话，引脚可分为以下四个部分：双串口接口、SIM卡接口、双音频接口、电源充电管理[1]。

图1　引脚分配和外观（MC55顶视图）

MC55性能稳定，AT指令规范；尺寸紧凑（35×32.5 ×2.95mm），重量仅5.5克，是市场上尺寸最小的三频模块，支持GSM 900 MHz，GSM 1800 MHz和GSM 1900MHz；支持语音、短消息、数据和传真；内置TCP/IP协议栈，通过AT指令很容易接入到网络当中。能够很好地满足本课题对GPRS通信的要求。表1显示的是MC55的性能指标。

表1　MC55性能参数表

由于上位机每次开机IP地址都会发生变化，传统的方法是通过短信将上位机的IP地址告诉GPRS模块，发送短信存在通信费用问题，且每次都要发送远端PC机的IP地址给GPRS模块，工作量大，因此我们使用花生壳域名解析软件，每次将数据发送到一个固定域名上来解决这一问题，MC55模块不仅支向某一个IP发送数据，也支持向某一域名发送数据，满足了我们的设计需求[2]。

2.2 LCD显示电路

工业现场需要实时的将测量结果显示出来，为此，主控制板上配备了一个192列、64行的全屏幕点阵显示器。它主要基于动态驱动原理设计，由行驱动器和列驱动器两部分构成的，显示器采用COB的软封装方式，通过导电橡胶和压框连接LCD，使其连接更加可靠，寿命更长。

主要功能特性[3]：

（1）工作电压的波动范围为+3V～+5V±10%，本身带有用于驱动LCD需要的负电压；

（2）全屏图形点阵液晶板，点阵数为192（列）×64（行），可显示12（行）×4（行）个汉字（16×16点阵），液晶内部含有数据锁存器，可完成字符和图形的显示；

（3）含有8位并行数据总线用于输入输出，液晶的CPU接口处占用5条控制总线；

（4）简单的操作指令，显示开关设置，地址指针设置，显示起始行设置和数据读/写等指令。

液晶的主要内部硬件结构有：

（1）I/O缓冲器（DB0～DB7）

数据的输入端采用的是并行数据输入方式，每一个I/ O引脚实现数据的读取都是通过双向三态数据缓冲器来实现的。在片选信号有效的条件下I/O缓冲器开放，此时通过单片机可以实现数据的读写操作控制。当片选信号是无效状态时，I/O缓冲器处于高阻态，信号无法进行传输。

（2）显示开/关触发器

显示屏具有显示控制开关，当开/关触发器为‘1’时，可以启动液晶显示。为‘0’时可以关闭显示，主要是通过对数据显示锁存器的开关开控制数据流的输出电压控制。从而实现显示状态的控制。

（3）RAM数据显示区

RAM中的数据直接对应屏幕上的每个点，当RAM中有数据时，屏幕上对应的RAM区会直接显示RAM中的数据。该液晶屏幕共有192*64个数据点，每一个点都对应一个二进制数据，当二进制为‘1’时液晶上显示该点，当为‘0’时，不显示该点。

图2所示为液晶显示的硬件原理图。

图2　LCD原理图

该图形显示液晶模块的访问方式主要有两种：一种为直接访问方式，另一种为间接控制方式。直接方式是利用处理器的读写线相与的方式来实现使能端的控制，而间接方式直接使用一根I/O线就可以实现控制数据传输的使能。因此本设计采用节省资源的间接控制的方式。

控制电路部分主要包括控制电路板和GPRS模块，控制电路板部分实现了钢水温度数据的实时显示和实时传输，将测得的钢水温度值显示在与测温探头相连的液晶屏上。由于现场环境复杂且经常去现场观察数据具有一定的危险性，通过GPRS无线传输 ，可以将现场的数据传到远端监控室的上位机上进行监控，通过监控室上位机界面，可以存储采集到的钢水温度数据。

图3　控制电路板硬件实物图

3 GPRS远程通讯程序设计

MC55模块内部嵌入了TCP/IP协议栈 ，可以用作TCP的客户端和服务器端。支持IP地址和域名访问，每次传输的数据包最大传输字节为1500字节。通过向MC55模块写入相应的AT指令，可以将GPRS模块连接到GPRS网络，通过与远端上位机所设定的侦听端口进行通讯，实现数据的远程传输[4]。

3.1 GPRS连接过程GPRS连接过程主要用到以下AT指令：a）建立GPRS基本连接配置

at^sics=0,conType,GPRS0; //连接的类型选择at^sics=0,user,cm; //用户名设置

at^sics=0,passwd,gprs; //GPRS网络访问密码设置

at^sics=0,apn,cmnet; //访问节点设置

b）TCP服务配置

at^siss=1,srvType,socket; //连接GPRS主站

at^siss=1,conId,0;

at^siss=1,address,"socktcp://slamdoor.eicp. net";//域名可以通过花生壳软件申请获得

c）打开TCP/IP，使用GPRS

AT^SISO=1; //打开GPRS功能

AT^SISW=1,30; //发送数据字节数，可根据需要具体设定

OK; //应答信号

收到应答信号后，发送现场数据，返回OK为发送成功。

为了使GPRS模块通信更加稳定，下位机处理器每次接收到返回的信息后都要进行校验。如果返回的是正确的信息，处理器继续发送指令；如果返回的是错误的信息则返回错误状态。GPRS信息发送流程如图4所示：

图4　GPRS信息发送流程图

3.2 GPRS数据传输协议

GPRS数据封装形式为：现场钢水温度+环境温度+结束符号；每组数据信息用空格隔开，每组封装数据以‘$’结束。

数据部分需要注意的是，数据位中每位均为ASCI码，如数据1020.8表示‘1’‘0’‘2’‘0’‘.’‘8’，一共占用六个字节。类别不同的数据中间用空格分开。

为了得到准确的数据。处理器将接收的数据求和后得到的结果放入和校验和字节中。然后发送给上位机，上位机也进行数据的和校验，通过比对校验和的值确定传来数据是否准确。如果收到错误的数据，就将该数据放弃。结束符占用一个字节，用符号‘$’来表示，表示数据传输终止。

图5　上位机接收数据界面

控制电路通过软件将要发送的数据封装打包后，首先通过串口向MC55发送“at^sisw=1,n”AT指令来设定发送字节的长度。将打包的数据通过串口发送到MC55，最后MC55将收到的数据包由GPRS网络上传至Internet网络后通过上位机接收。上位机接收数据界面如图4.4所示。

上位机接收GPRS远程数据的主界面一共由四个部分组成，上位机IP和端口号的设置、客户端信息的显示、数据接收显示和数据的存储与计数。GPRS无线通讯时，打开上位机管理软件，设置好上位机的IP和端口号，设置为侦听模式，下位机通过与上位机绑定的花生壳域名进行连接。当下位机通过GPRS模块发送数据时，相应的数据会显示在软件的数据显示区，通过查看数据日志可以实现数据的存储。

4 结语

本文通过一个钢水温度数据GPRS无线传输的实例，介绍了如何将炼钢现场的钢水温度数据无线传输给远端上位机，并通过实际软件程序介绍了西门子MC55模块的使用方法，从整体上介绍了一个GPRS无线传输控制器的软硬件设计方法。

参考文献

[1]郭晓丹.道路运输安全监控终端的设计与实现[D]. 沈阳:东北大学,2011.

[2]代君兰.钢水连续测温信号处理器的研究与设计[D].沈阳:东北大学,2012.

[3]祝诗平,李鸿征,朱杰斌.传感器与检测技术[M].北京:北京大学出版社,2006.

[4]Baojie J.,Shaolong J.,Chunhui Z.GPRS-based data real-time transmission system of water-quality monitoring[C]. 2011 International Conference of Communications and Contr ol(ICECC),Ningbo,2011,2072-2075.

韩冬（1987—），辽宁开原人，硕士研究生，毕业于东北大学控制工程专业，专业方向为硬件电路设计，现就职于沈阳航天新光集团有限公司。

作者简介：