- 相關(guān)推薦
無(wú)線(xiàn)遠程監控控系統的核心技術(shù)研究
摘要：無(wú)線(xiàn)遠程監控系統是在原有嵌入式產(chǎn)品的基礎上，結合當前蓬勃發(fā)展的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)而形成的新型監測控制系統。本文比較系統地討論無(wú)線(xiàn)遠程監控系統設計開(kāi)始采用的一些核心技術(shù)，包括硬件電路的設計，芯片選擇、嵌入式操作系統的選擇，實(shí)時(shí)軟件的設計，無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)的組建，控制中心應用軟件的設計等。無(wú)線(xiàn)遠程監控系統是在傳統監測監控系統的基礎上，結合當前無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和信息處理技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的新型測控系統。
一般而言，現有的無(wú)線(xiàn)遠程監控系統，大都符合“控制中心—監測站”的構建模式�？刂浦行氖钦麄�(gè)系統運作的核心，負責收集各監測站上傳的監測信息，發(fā)送各種操作命令以控制監測站的行業(yè)。監測站被布放于遠離控制中心的各監測點(diǎn)處，負責完成信息的采集和響應控制中心發(fā)出的控制命令�？刂浦行目捎闷胀ㄎC、工作站或工控機實(shí)現，軟件開(kāi)發(fā)可靠基于現有的Windows或Unix操作系統。監測站的設計實(shí)現可根據不同的應用目的和應用環(huán)境，采用特定的技術(shù)形式，比如單片機、DSP或者Intel X86系列的微處理器等。無(wú)線(xiàn)遠程監控系統的組網(wǎng)方式也很靈活，可利用現有的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)，如GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò )，CDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )等，也可單獨搭建專(zhuān)門(mén)的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)。下面系統地討論無(wú)線(xiàn)遠程監控系統設計開(kāi)發(fā)時(shí)涉及到的一些核心技術(shù)，主要包括三個(gè)方面：監測站的設計開(kāi)發(fā)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的組建和控制中心的軟件設計。
1 監測站的設計實(shí)現
監測站的設計與實(shí)現是整個(gè)無(wú)線(xiàn)遠程監控系統研制開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，監測站對信息數據處理的能力和精度將影響整個(gè)系統的最終性能。在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，監測站的設計是工作量最大、所需時(shí)間最長(cháng)的一部分。監測站處于工作現場(chǎng)，只完成數據的采集、處理和控制，任務(wù)相對單一、固定，無(wú)須用詙大的臺式機來(lái)完成；考慮到節能和布放方便，監測站多為嵌入式系統。根據整個(gè)無(wú)線(xiàn)遠程監控系統所要實(shí)現的功能，和對數據處理與對傳感器控制能力的要求，監測站設計的復雜程度和采用的具體技術(shù)是不一樣的。
1.1 基于單片機的設計實(shí)現方式
采用單片機是大多數嵌入式系統設計時(shí)的首選方案。由于在片上集成有豐富的外設，具有良好的控制能力，單片機天生就是為嵌放式系統度身定做的，在嵌入式市場(chǎng)上占據了最大的份額。
基于單片機的設計方案一般適用于對數據處理要求不高，運算量不大的遠程監控系統。根據需要，單片機可以選用較為低端的4位機或8位機，如8051等，也可選用功能較強的專(zhuān)用芯片，如MSP430FE42X系列。單片機主要用于監測站端的系統控制。片外存儲器一般為RAM、EEPROM和Flash等存儲器；I/O設備一般為鍵盤(pán)、LCD等供設計調試用的人機交互接口；傳感器一般為話(huà)筒、攝像頭、揚聲器和伺服馬達一類(lèi)的設備。無(wú)線(xiàn)通信接口實(shí)現相對較為復雜。編解碼器是可取舍的，對于低速率數據一般沒(méi)有必要。根據系統的處理任務(wù)和信息的類(lèi)別，編解碼器可選用不同的芯生， 如CMX639（用于音頻）或LD9320等，也可用編程邏輯器件實(shí)現。監測站軟件可直接通過(guò)C或匯編語(yǔ)言實(shí)現，也可在實(shí)時(shí)操作系統上開(kāi)發(fā)應用軟件。對于低檔的4位或8位單片機，控制能力較低，系統簡(jiǎn)單，一般采用直接編寫(xiě)控制程序的方法。對于功能較強大，各設備間交互復雜的系統而言，大多數是利用操作系統來(lái)進(jìn)行任務(wù)管理、設備交互，應用軟件只是完成上層的數據處理等工作。
1.2 基于DSP的設計實(shí)現方式
眾所周知，DSP的數字處理方面能力較強，技術(shù)已經(jīng)很成熟，能處理各種運算的通用、專(zhuān)用芯片也很多。以DSP為核心設計開(kāi)發(fā)的監測站，可以完成高速率數據處理，保證系統實(shí)時(shí)性方面的要求。
這類(lèi)設計方案一般適用于數據處理運算量比較大，實(shí)時(shí)性要求高而對控制能力要求相對較低的監控系統。與以單片機為基礎的監控系統不同的是，DSP除了作控制器以外，還可兼作數據計算、編/解碼之用。對于較復雜的編/解碼以及壓縮解壓運算（比如對圖像視頻數據的處理等）是否仍由DSP完成，須綜合考慮。若DSP在系統控制和實(shí)現傳輸協(xié)議方面負擔太重，則這部分運算需要由專(zhuān)門(mén)的處理芯片完成；若系統控制和傳輸協(xié)議較簡(jiǎn)單，或根本沒(méi)有到上層協(xié)議棧，則這部分復雜的運算可由DSP完成。
1.3 基于MCU DSP的設計實(shí)現方式
顯然，這種設計方式吸取了單片機和DSP各自的優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C的特點(diǎn)決定其擅長(cháng)于控制，DSP的內部結構保證較強的數據處理能力。兩者的組合可實(shí)現一些相當復雜的系統功能，但由于系統中采用了兩個(gè)處理器，其間的信息交互是設計這類(lèi)監測站時(shí)須著(zhù)重考慮的問(wèn)題。只有單片機和DSP之間較好地協(xié)同工作，才能充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)；否則，由于兩者間的協(xié)調而耗費了大量資源，整體性能未必高于采用單一處理器的系統。實(shí)現單片機和DSP間通信協(xié)調的常用方法是采用雙口RAM。
目前，有些DSP或單片機廠(chǎng)家為了擴大芯片的適用范圍，在原有基礎上進(jìn)行擴展，相互間容入了對方的特點(diǎn)，使同一芯片在數據處理和控制方面同時(shí)具有較好的性能。比如Microchip公司推出的dsPIC，使客戶(hù)能方便地將單片機的功能轉移到DSP上，目前推出的產(chǎn)品有dsPIC30FXXX系列。由于DSP和MCU兩個(gè)功能模塊在同一芯片內實(shí)現，提高了系統的可靠性、降低了監測站的設計難度并節省印制板空間。這類(lèi)芯片得到廣大用戶(hù)的青睞。
1.4 基于MPU的設計實(shí)現方式
設計嵌入式產(chǎn)品的另一可選方案是采用基于微處理器的設計方式。與工業(yè)控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，在該領(lǐng)域技術(shù)成熟、產(chǎn)品類(lèi)型多、選擇空間大，滿(mǎn)足各種性能需求的處理器比較容易獲得。隨著(zhù)采用RISC體系的高性能MPU（比如采用ARM構架的處理器芯片等）的出現，MPU在嵌入式領(lǐng)域中的地位經(jīng)久不衰；但是，由于在設計監測站時(shí)，電路板上必須包括ROM、RAM、Flash、總線(xiàn)接口和各種外設等器件，系統的可靠性將有所下降，技術(shù)保密性差，實(shí)現難度也較大。
1.5 實(shí)時(shí)操作系統選擇和嵌入式實(shí)時(shí)軟件開(kāi)發(fā)
目前已有的實(shí)時(shí)操作系統（RTOS）種類(lèi)繁多，軟件結構各異，可適用于復雜程度不同的各種環(huán)境，包括循環(huán)查詢(xún)系統、前后臺系統、實(shí)時(shí)多任務(wù)系統和多處理機系統等。具體實(shí)例有VxWorks、pSOS、QNX、Palm OS、Windows CE、lynx OS
【無(wú)線(xiàn)遠程監控控系統的核心技術(shù)研究】相關(guān)文章：
遠程終端監控系統03-08
基于GPRS遠程電機監控系統的設計03-07
基于WebAccess的水情水質(zhì)遠程監控系統03-07
基于GPRS的夜景照明遠程監控系統03-07
遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統的研制03-07
基于GPS&GPRS的遠程監控系統設計03-07
基于SOPC的遠程視頻圖像監控系統的設計03-07