基于GPRS的数据采集模块的设计

图3 2． 1
监控单元软件结构框图
模块各任务关系 II 操作系统移 将 μC / OS根据模块任务要求 ，
保护 AD 数据的时间完整性 ， 避免 任务独享数据 ， AD 转换 任 务 在 其 他 任 务 读 数 值 过 程 中 更 新 数 据 。任务资源共享关系原理如图 5 所示 。
编写了相应驱动和 植到 STM32F103VB 控制器上 ， 应用程序 。 USART 及 数据采 集 模 块 包 括 AD 转 换 器 、 24C04 等设备， 笔者对应设计了相关的驱动程序 ， 包括设备初始化设置 、 读、 写、 控制程序和相关消 息、 缓冲区的初始化 ， 为任务调用提供软件接口 。 μC / OSⅡ 可管理 64 个任务， 并从中保留 4 个最高 优先级和 4 个最低优先级的任务供自己使用 ， 因 此用户可使用的任务有 56 个。 任务的优先级越 高反映优先级的值越小
配置任务流程如图 6 所示 。模块首先向超级 终端输出根菜单 ， 之后等待接收配置菜单号 ， 根据 菜单号更新菜单显示 ， 如果该菜单回调函数不为 ， 空 则进行相 应 配 置 操 作 ， 参 数 最 终 写 入 24CO4 “R” “r” ， 保存 。输入 或 返回上一级菜单 。 当配置 完毕 ， 选择重启项 ， 模块重新启动 ， 新配置信息从 24C04 读到 RAM ， 模块按照新配置运行 。
割的切通时间 ， 从而得出优化的切割速度 ， 比较 适合现有的水射流切割系统 ， 具有很好的推广应 用价值 。
力传感器的水射流系统准确地得出了水射流切
Optimal Control of Water Jet Cutting System Based on Pressure Sensor
XU Lilong，ZHAO Dean，YU Wen
表1
任务描述及其优先级
优先级 20 30 40 任务描述 工作参数配置 AD 转换任务 DTU 通信任务
任务名称 Task_App_ParaConfig（ ） Task_App_ADC （ ） Task_App_DTU（ ）
2． 2
工作参数配置任务
为方便用户操作 ， 本模块提供了两种工作模 式 ： 输出 AD 采集值和输出标度变换结果 。 笔者
中图分类号
TH862 ． 75
文献标识码
目前， 工业远程数据采集通常有通过有线网 络传送数据和通过无线网络传送数据两种采集系 统。通过电话线等有线网络传输数据时 ， 布线复 施工成本高、 运行维护不方便 ， 且有些工业监 杂、 控点数量多、 分布广、 距离远 ， 有线线路难以达到 。 因此， 笔者设计了基于 GPRS 的无线数据采集模 块， 可以有效地解决这一问题 。
。
笔者设计的数据采集系统使用 DTU 设备加 入 GPRS 网络进行数据传输 。DTU 是一种数据终 提供串行通信接口 ， 通过 GPRS 网络实现 端设备 ， 数据的透明传播 ， 极大地方便了数据的传送 ， 已广 泛应用于电力及油田等领域 。
1． 2
系统结构 该数据采集模块采用 STM32F103VB 做处理 器核心 。STM32F103VB 使用高性能的 ARM Cor-
标准电流信号通过滤波和 IU 转换电路 ， 转换成电 压信号 ， 送入 STM32 的 ADC 当中进行 AD 变换， 转换值可以按照配置要求进行标度变换 ， 结果可 以通过 DTU 发送到控制中心 。为方便使用 ， 外置 24C04 存储芯片存储用户配置信息 ， 配置信息包 通信波特率及工作模式等 。 括模块地址 、 该模块支持输出 AD 采集值和输出标度变换 结果两种工作模式 。如果模块工作于第 2 种模式 用户还可以通过 PC 超级终端按照菜单提示 下， 对模块的 32 路通道分别进行量程及其对应 AD 极值的设置 ， 使用灵活方便 。 系统结构如图 1 所 示 。其中滤波及 IU 转换电路如图 2 所示 ， 该电路 可以抑制电流波动干扰并通过 250 Ω 精密电阻将 4 ～ 20mA 电流信号转换成 1 ～ 5V 电压信号 ， 简单 。 实用
（ College of Electronic and Information Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013 ，China）
Abstract
Considering the fact that water jetting speed，pressure， sand diameter， friction velocity and nozzle’
s geometric parameters can influence the quality of cutting parts respectively， of which ， only water jetting speed can be controlled freely，a pressure sensorbased optimal control system for waterjetting cutting process was proposed．
1 1． 1
模块硬件总体结构
GPRS 热网通信网络 ① GPRS （ General Packet Radio Service ） 是 通 用
分组无线服务技术的简称 ， 它是 GSM 移动电话用 户可用的一种移动数据业务。 GPRS 的传输速率 可提升至 56Kb / s 甚至 114Kb / s
［1 ］
图6
配置程序流程
如果用户设置了 fScale 则按照式 （ 1 ） 直接进 行标度变换 ， 否则采用式 （ 2 ） 计算 fScale。 式 （ 2 ） 可以把传感器的物理量极值和相应的实际 AD 转 换结果对应 ， 有利于减小传感器因特性改变而产 生的测量误差 。
当模块设置为第二种工作模式时 ， 传感器标 定参数结构体定义如下 ：
texM3 32 位 RISC 内核 ， 工作频率为 72MHz， 内置 （ 128KB 20KB 高速 存 储 器 高 达 的闪存和 的 SRAM ） 及丰富的增强 I / O 端口和外设 （ 包含两个 12 位 16 通道的 ADC、 3 个通用 16 位定时器 、 一个 PWM 定时器以及 3 个 USART 接口等［2］） ， 完全满 。 足系统需求 同时， 本模块可以外接 32 路传感器 ， 传感器
（ 下转第 925 页）
第7 期
徐礼龙等． 基于压力传感器的水刀切割优化控制系统
925
图5
模块子程序流程
有切通时间与对应的最优切割速度数据库 ， 通过 调用此数据库 ， 从而得出需要切割工件的品质所 对应的速度。程序流程如图 6 所示 。
图6
压力采集处理模块
3
结束语
在南京大地水刀公司进行实际试验 ， 基于压
图2 2
滤波及 IU 转换电路
任务关系如图 4 所示 。
系统软件设计
ADC 模块采用 μC / OSII 作为操作系统 ， 开发
相关硬件驱动程序和用户任务 ， 监控单元软件结 构如图 3 所示。
图4
任务关系
数据缓存区 IntADCbuf［］ 存放着 AD 转换数 据， 由 AD 转换任务和 DTU 通信任务共享 ， 为防止 这两个任务对 AD 转换数据缓存区的读 、 写发生 冲突 ， 创建了 AD 转换 信 号 量 SempAD， 同 步 AD 转换任务和 DUT 通信任务 ， 任一时刻只能由一个
远程数据采集模块。传感器模拟信号通过输入通道送入 STM32 的 ADC 端口进行 AD 转换， 转换结 果通过 GPRS 网络传输到监控中心。该数据采集模块可以通过串口在 PC 的超级终端进行标度变 换及其相关参数的配置任务 。 关键词 数据采集 STM32 单片机
+
GPRS A 文章编号 10003932 （ 2012 ） 07091704
为了方便存储 ， 变量 uScale 设置为由 float 转 。 标度变换求物理量有两种方法 ：
物理量 = fScale × uCurrentAD Value fScale = fPhyMax Value － fPhyMinValue uADMax Value － uADMinValue （ 1） （ 2）
第7 期
赵建敏等． 基于 GPRS 的数据采集模块的设计 char u8DepthIndex； / / 菜单深度 char u8ItemIdex； / / 菜单项索引号 ｝；
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设计了工作参数配置任务 ， 用于配置工作模式 、 模 块地址及通信波特率等 。 若工作于第二种模式 ， 则还需配置各路 AD 转换结果的标度变换参数 。 配置菜单结构体定义如下 ：
Typedef struct MenuItemTag ｛ char u8MenuCounts； / / 同级菜单数目 char * pDispString； / / 菜单描述字符串 void （ * pCallBackFcn） （ ） ； / / 回调函数 const MenuItem * pChildMenus； / / 子菜单 const MenuItem * pParentMenu； / / 父菜单
3
结束语
II 实 时 操 作 系 统 ， 基于 μC / OS以 STM32 为
处理器 ， 设 计 了 通 用 AD 采 集 模 块 ， 该模块支持 DTU 协议 ， 并已经成功应用于供热网管的参数检 测， 达到了预期的效果 。
参
考
文
献
［ 1］ 王磊， 冯占军． 基于 GPRS 网络的嵌入式无线数 J］ ． 测控技术， 2007 ， 26 （ 9 ） ： 17 据采集系统设计［ ～ 19． ［ 2］ 彭刚， M3 的 STM32 系 秦志强． 基于 ARM CortexM］ ． 北京： 电子工 列嵌入式微控制器应用实践［ 2011． 业出版社， ［ 3］ 邵贝贝． 嵌入式实时操作系统 μC / OSII［M］ ．第 2 版． 北京： 北京航空航天大学出版社 ， 2002．