引言

在監測監控及數據采集系統（SCADA）系統中，采集數據的實時性和準確性對系統有很大的影響，合適的通信網絡可以有效提高SCADA系統的效益，本文設計的GPRS無線終端在SCADA系統中的應用解決了上述問題，除滿足數據實時性和準確性外，還具有建設成本低.結構簡單.傳輸容量大.可遠程控制等優勢.

1 、終端簡介

1.1、終端結構

無線終端由EM310GSM模塊和STM32F103單片機構成，以STM32F103單片機為核心，STM32F103單片機有豐富的通信接口，用于連接EM310和現場儀表；還有豐富的I/O資源，可以擴展較大容量的RAM,一方面存儲指令集，用于解讀指令并作出相應的動作；另一方面用于暫時存儲監測點采集到的數據.終端利用GPRS技術與控制中心進行通信，GPRS的通訊網絡具有建設成本低.聯網快速.傳輸容量大.傳輸高速等優點.如圖1為該無線終端和監測點儀表的結構圖.

1.2、終端在SCADA系統中的應用

在SCADA系統中無線終端的主要任務是通過GPRS網絡

和Intemet網絡實現監測點與控制中心之間的數據收發，其結構如圖2所示.

1.2、硬件設計

終端主要實現的功能有：數據收發.指令解讀和控制監測點儀表.滿足以上功能，電路主要分成幾個部分：EM310模塊電路.外擴RAM電路.儀表串口電路.

（1）EM310 模塊在SCADA系統對無線模塊傳輸數據的速度和容量有一定 的要求，另外，在某些系統對終端的工作溫度要求較高.EM310 與西門子MC55相比具有髙低溫范圍大，可以應用到一些溫度 要求比較高的場合；與GTM900B相比，體積較小，功能較強， EM310內置協議找，一次可以發2K字節，能夠滿足大多SCA- DA系統的要求；有MUX功能，能實現大數據量的傳輸.

EM310模塊的作角是從STM32單片機的串口上接收數據 并發送和接收無線數據通過串口傳輸給STM32單片機，在連接 GPRS網絡時需要SIM卡的驗證，同時通過LPG引腳顯示當前 的狀態.因此，EM310模塊電路主要包括串口部分.SIM卡連接 部分和LPG指示燈連接部分，另外還有啟動和復位部分.

如圖 3 所示 SIM_CLK.SIM_VCC.SIMJO.SIM_RST 分別 為SIM卡的時鐘.電源.數據以及復位線；LPG用于連接網絡狀 態指示燈；RST為復位管腳，低電平有效，此管腳在靠近50PINB2B連接器處并聯100nF的電容到GND,用于靜電釋放防護； TERM-ON為開關機管腳，將TERM-ON管腳拉低50ms,即可 開機，再將TERMJ3N管腳拉低50ms,即可關機.VDD-IO為 I/O 口電源管腳，VDD-IO人電壓U與/DTR./RTS./TXD外加 串聯電阻R的關系計算公式：R=3.5 * U-11.3K.

（2）外擴RAM

外擴RAM用于存儲指令集和暫時存儲儀表檢測數據.當終端收到數據包時，單片機會根據收到的數據包，在RAM中找到與該數據包相應程序段，并運行該程序段，即做出控制中心要求的動作，如讀取儀表的參數.設置儀表參數.讀取監測數據等.

RAM的讀寫速度很大程度上決定了終端收到數據包后的響應速度，因此終端選用高速靜態RAM IS61LV25616,采用ISSI的高性能CMOS技術，利用高度可靠的工藝和創新的電路設計技術，具有高性能和低功耗的特點.

IS61LV25616有待機模式，該模式在CMOS輸入電平下的功率耗散減少，在終端沒有收到指令也無需發送數據時RAM可以處于待機模式；該芯片還可以通過使能接口的連接很好地實現內存的擴展；數據訪問包括高字節訪問和低字節訪問兩種.

（3）儀表串口

儀表串口用于監測點儀表與單片機之間的連接，儀表串口電路選擇RS232轉TTL電平的形式，如圖4,DB9的1.4.6短接，RS232電平通過收發器SP3223EA進行數據的收發.在SP3223EA中C1+和C1一之間接極性電容作為電壓倍增器的泵電容，C2+和C2一之間接極性電容作為反向電荷泵電容，TXfN為TTL/CMOS驅動器輸入，TxOUT為RS一232驅動器輸出，RxlN為RS一232接收器輸入，RxOUT為TTL/CMOS接收器輸出.

SP3223EA通過倍增和反向實現TTL電平到RS232電平的轉換.

2、軟件設計與調試

軟件設計需要通過串口通信實現EM310的初始化.參數的設置.數據的發送和接收.

2.1、程序流程圖

單片機與EM310連接的串口是串口1,與儀表串口是串口2,在主程序中首先定義一些全局變量，然后進行初始化，包括系統及外設時鐘的初始化.外設及通用lP端口的初始化.串口初始化.定時器初始化，最后進入循環一直檢測是否有收到數據或者儀表串口是否需要發送數據.若收到數據則進入接收數據的子程序，若需要發送數據則進入發送數據的子程序.程序流程圖如圖5所示.

2.2、調試過程與結果

這里采用了串口調試工具模擬監測點儀表，可以給GPRS無線數據終端傳數據，再由EM310發送到控制中心，也可以從EM310讀取其收到的數據；用TestGPRS軟件模擬控制中心軟件.可以顯示從串口調試工具發送來的數據，也可以通過網絡向串口調試工具發送數據.

（1）EM310初始化

EM310的初始化包括信號檢測.SIM卡檢測.模式選擇.注冊網關.用戶名和密碼.在信號強度足夠.SlM卡正確連接的情況下就可以進行注冊了，首先進行模式選擇，確定是否讓模塊對輸入輸出數據進行壓縮轉換；然后注冊網關.用戶名和密碼；最后等待分配lP.初始化順序為：①檢測信號強度；②檢測SIM卡是否正確連接；③選擇模式；④注冊網關；⑤注冊用戶名和密碼.

（2）設置命令及收發測試

設置命令主要是協議類型.IP和端口號的設置，IP和端口號必須與數據中心的lP.端口號一致，之后才能通過AT命令進行數據的收發.設置和收發數據的方法如下：

發送：AT%IPOPEN=“TCP”“210.32.34.65″，8001

返回：CONNECT

發送：AT%IPSEND=”31323334354142″發送數據 12345AB

返回：%IPSEND:1,15

OK

利用TestGPRS軟件向8001端口發送AB1234,然后在串 口測試工具里會顯示：%IPDATA:1,1,6

發送：AT%IPDR

返回：%IPDR: 1,1,6, “414231323334″

OK

3、結束語

本方案可以應用于一般的SCADA系統，具有結構簡單，擴展性強.建設成本低.傳輸速度快.連接快速的特點，能夠有效解決偏僻監測點通信網絡構建成本高.難度大的問題，調試結果證明方案的可行性.STM32單片機豐富的I/O資源和通信接口資源等，可以滿足各種SCADA系統終端的需求，便于用戶二次開發.