随着我国城市现代化建设的飞速发展，城市配电系统的不断改造更新，信息化、网络化和智能化的快速发展，要求箱变不仅要安全稳定运行，同时还要具有“四遥”(遥测、遥信、遥调、遥控)的智能化功能；达到故障区段快速准确定位、故障及时切除、负荷转带、网络重构等功能，从而保证快速恢复供电。　　但是，远程电力监控控制一般安装在负荷密集的工矿企业、港口、机场、城市公共建筑、高速公路、地下设施和居民住宅小区等场所；要对智能箱式变电站进行远程监控、系统组网，由于其布线施工比较苦难，一般的现场总线组网方式就很难实现。　　本文介绍的就是一种基于GPRS网络在智能箱式变电站监控系统的应用实例，该系统成功解决了对箱式变电站进行监控监控中存在的布线困难问题，实现了远程监测系统的通讯问题，比有线通讯方式有着无可比拟的优越性。目前该系统在改造箱式变电站系统监控中得以成功的应用，系统运行稳定可靠，达到了预期的效果和设计要求。并通过远程数据采集卡进行数据采集，准确的采集想要的数据，方面远程监控系统的效果。

一、基于GPRS箱变远程监控系统内部设计　　基于GPRS远程监控系统 采用三层网络结构，如图2所示，即现场层、通讯层、管理层。现场层主要由智能仪表组成主要完成箱变内部电量与非电量的数据采集；通讯层主要由智能通讯服务器、GPRS MODEM组成，主要实现现场数据的集中采集和通讯管理；管理层不设监控中心，主要由移动数据终端（用户手机、email邮箱等）组成，主要用于接收箱变内部运行数据；系统借助于移动的GPRS网络实现数据的远程采集和管理。

图2　系统内部网络结构图　　箱变内部智能元器件由进线多功能网络电力仪表、漏电报警装置、温湿度控制装置、馈线测量仪表、开关量I/O模块、风机故障检测装置、智能通讯服务器、无线GPRS MODEM 等智能器件组成。　　进线回路实现对低压进线侧的全电参量的测量：如检测进线回路的电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、四象限电能等电参量；同时还可以实现对进线回路遥信量的检测，如：进线刀闸，断路器位置，断路器故障等；通过自身的继电器输出模块，完成远程合分断路器的功能。　　馈线回路通过多回路监控单元实现对多条馈线回路点参量的集中采集，主要采集箱变内部馈线回路的电流参量和开关位置信息；直观的了解箱变内部各个馈线的运行负荷状态和开关位置。　　漏电报警装置通过安装在各个回路的零序电流互感器分别采集各回路的漏电流，同时对超出安全警戒的漏电信息发出报警；提高各馈线回路用电安全指数。　　温湿度控制器主要检测箱变内部的温湿度和变压器铁心温度；通过箱变内部的风机和加热器，调节箱变内部的温湿度指数；为箱变内部元器件提供稳定的工作环境；从而提高内部元器件的使用寿命和安全运行指数。　　风机故障检测装置完成对风机制冷风机运行状态进行检测判断，提高整个系统安全运行环境的指数。　　智能通讯服务器为一台嵌入式计算机，其具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统（内嵌uCLinux操作系统）及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。支持用户编程操作，通过用户设计应用程序，实现对箱变内部数据采集、运算处理、任务管理、发送信息存储和与无线GPRS MODEM 的通讯等功能。　　无线GPRS MODEM 主要实现智能服务器与无限公网的数据传输；GPRS是GSM的一种新数据业务，它在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X.25 分组数据接入服务。GPRS (General Packet Radio Service)中文含义为通用分组无线服务，它是利用“包交换”（Packet-Switch）的概念所发展出的一套无线传输方式。所谓的包交换就是将Date 封装成许多独立的封包，再将这些封包一个一个传送出去，形式上有点类似寄包裹，采用包交换的好处是只有在有资料需要传送时才会占用频宽，而且可以以传输的资料量计价，这对用户来说是比较合理的计费方式，因为象Internet 这类的数据传输大多数的时间频宽是闲置的。此外，在GSM phase 2+的标准里，GPRS 可以提供4种不同的编码方式，这些编码方式也分别提供不同的错误保护能力。GPRS技术的应用提高了系统的通讯组网灵活性、稳定性。     GPRS RTU 远端数据采集 模块支持8路模拟量信号输入，8路数字量输入; 3路继电器输出，RS232/485串口，支持Modbus RTU协议，适用于各类工业现场。模拟通道模式: 0-20mA/4-20mA/0-5V；A/D分辨率: 10Bit；A/D转换速率: 1MHz；通信接口: RS232/RS485串口；通信协议: Modbus RTU; 配套测控中心，支持各类组态软件。

二、基于GPRS箱变远程监控系统功能分析　　系统功能根据箱变实际运行的智能要求和对整体运行成本的节约化进行设计；系统主要由运行故障报警和实时数据采集 两大任务模块，如图3所示。

运行故障报警主要为箱变内部高压开关状态实时监控和变位报警；报警内容如图4所示，包括：故障报警产生日期时间，站号，回路名称，报警内容等信息；报警范围为高低压主断路器实时监测，故障报警，变位报警；馈线断路器状态实时监测及开关变位报警；各馈线回路的漏电报警；箱变内部温度异常报警；风机故障报警；及运行电压的缺相和不平衡报警等报警信息组成。该报警信息主要通过智能元器件对箱变数据进行实时采集、运算、通讯上传至由智能通讯服务器，再由通讯服务器进行运算、分析判断；最后利用GPRS modem把有效的报警信息通过GSM网络发送至指定用户手机；使用户及时响应故障报警，缩短故障恢复时间。同时考虑到GSM网络繁忙和用户手机是否在线等因素，支持报警信息多用户，多次间隔发送。保证信息及时传输至用户，增强系统运行的安全指数。

实时数据监测，主要完成对箱变内部的实时数据进行监测。邮件内容如图5，包括：子站ID号码，邮件发送日期时间，高低侧遥测：三相电压，三相电流，环境温度，变压器温度；低压进线侧遥测：三相相电压，三相线电压，三相电流，有功功率，无功功率，功率因数，频率，吸收有功电度，无功电度，负荷率，不平衡率；以及馈线回路的三相电流，漏电流等信息。通讯服务器负责数据采集、处理和邮件数据发送；由于邮件发送是采用定时发送机制，为了保证报警数据的实时性，因此对实时数据的采集也是定时完成的，即在需要发送邮件之前由通讯服务器负责数据的采集，处理，存储；然后编辑邮件进行定时邮件发送，最终完成实时数据的远程发送。

三、基于GPRS箱变远程监控系统特性　　经济性；由于监控站点相对分散，大大减少了线缆铺设的施工难度；只要有GPRS网络覆盖的场所即可完成对箱变子站的监控；不设监控主站，系统的实时数据采用定时发送；报警信息实时短消息发送，大大减少了利用GPRS网络产生的数据流量费用；减少系统运行的成本，降低系统的运行费用。　　稳定性与可靠性；本系统是基于嵌入式计算机系统完成的，数据采集、报警发送、邮件发送都是有通讯服务器即嵌入式计算机完成；嵌入式计算机内嵌uCLinux操作系统，具有很强的稳定性与可靠性；避免系统因软件和硬件造成的系统故障，提高了系统运行的免维护性。　　独立性；可以不依赖有固有的监控主站独立运行；每个子站都是一个独立运行的监控单元，单个子站的故障不会影响其它站点的正常使用；减少了因为监控主站单点故障造成的整个系统瘫痪的弊端。　　实时性；系统所有的功能都是有嵌入式计算机负责完成，嵌入式计算机采用了具有实时性很高的uCLinux操作系统，同时借助于覆盖范围广，覆盖信号强，传输速度快的GPRS网络，极大提高了系统数据采集、运算处理和报警发送的实时性；极大的提高了报警系统实时性，缩短故障报警的响应时间。易用性；系统通过内部配置文件完成对移动数据接收终端的配置，方便用户对移动数据接收终端信息的变更；主要完成完成的变更信息为：短信报警发送次数、发送时间间隔、接收SIM号码、发送邮箱地址、接收邮箱地址、发送邮件间隔、站地址等信息的变更；用户把变更后的配置文件通过FTP上传工具上传至通讯服务器即可完成对监控站点信息的变更；方便用户对监控站点信息修改和维护。

四、 结束语　　目前在智能箱式变电站智能化监控系统的通信中，主要采用数传电台、GSM短消息、光纤接入等方式。数传电台的优势是除了每年的频点费以外，平时运行无需额外费用，缺点是受地形、气候的影响较大，造成系统的可靠性、实时性较差，无法主动上报；GSM短消息方式可以实现主动上报，缺点是按条收费，运行费用高，而且在节假日短消息中心服务器繁忙时延时相当长；光纤通信稳定可靠，但是施工成本投入太大、扩展性差、光纤及设备等的维护方面很不方便；而GPRS通信则避免了以上问题，组网灵活，数据传输速度快，提高数据采集的灵活性和稳定性。　　实践证明，该系统不仅可以用于远程电力监控，在远程抄表 电能管理方面也有很好的应用前景。

电力抄表人员从前是挨家挨户的上门查电表，费时费力还会影响用户的正常生活，现在，预付费电卡的出现，省去了上门抄表的麻烦，但是同时带来了电力部门数据统计和实时监测用电量的难题，GPRS无线数传模块在智能电力远程抄表系统中的应用，有效的改变了电力监测与分布式管理的痛点。

GPRS无线数传模块在智能电力远程抄表系统中起到无线数传的功能，可为电力系统提供简单高效的通信网络。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建智能电力远程抄表系统，实现电表数据的无线传输，帮助电力部门获取用电情况，降低了成本，方便快捷。

GPRS无线数传模块充分利用GPRS网络的“永远在线、接入速度快、采用数据流量计费”；能够实现点对点、中心对多点、外围设备之间等多种组网方式。

对于电力部门来说，变电站数量众多，且分布很广，给电力工作人员的管理变电站带来了极大的不便利，利用GPRS无线数传模块对重要的电力节点进行实时监控，实时上传数据并加以分析，远程监控变电站的设备，减少人力物力的投入，是帮助电力远程监管的有效选择。GPRS无线数传模块IOT-G2S-01广泛适用于信息互传、远程数据采集等各行业各业的应用，前景无限。

产品名称：RS485串口GPRS无线数传模块

产品编号：IOT-G2S-01

1.产品功能：

GPRS无线数传模块IOT-G2S-01是和远智能研制的用于将串口数据转换为 IP 数据或将 IP 数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备，是物联网中必备的数据传输单元。

GPRS无线数传模块采用高性能的工业级32位通信处理器和工业级无线模块设计而成，提供一路RS485接口，支持MODBUS等多种通讯规约，支持数据透明传输,广泛应用于智能电网、电力系统自动化、智能交通、智能家居、工业自动化、智能建筑、消防监测、环境监测等领域。

2.产品参数：

3.产品规格

4.产品典型应用

GPRS DTU 充分利用GPRS网络的“永远在线、接入速度快、采用数据流量计费”；能够实现点对点、中心对多点、外围设备之间等多种组网方式。广泛适用于信息互传、远程数据采集等各行业各业的应用。典型应用如下：

（1）无线远程抄表应用

采用GPRS运营商公共网络，建立可靠、安全、高效的数据传输通道。特点：减少布线、后期升级与维护成本低，便于管理，扩展潜力巨大。

（2）工业领域设备监控应用

用户现场设备可通过RS485和GPRS-DTU相连，数据传入DTU，进入DTU后的数据被封装成适合于网络通信的数据包后，被发送至GPRS网络进入Internet上传输，最后被指定IP地址的用户数据中心读取。

（3）油田场所远程数据传输应用

如何实时采集分散现场生产数据并及时传递给油田管理中心，准确与及时排除油井事故隐患，是油田数字化管理的关注点。现场设备与与GPRS DTU 相连，GPRS DTU 上电自动连接GPRS网络，将设备数据传输至Internet。远程监控中心（用户数据中心）接入Internet,通过固定IP地址访问，来查询并掌握设备运行状况，并做出及时调整。

（4）能源管理系统应用

能源管理系统，实现能源数据采集上传与管理，是大中型企业ERP、MES系统的重要组成部分，在企业信息化管理中具有重要的作用。在数据采集过程中，部分仪表、传感器的位置分散且环境复杂，铺设线缆困难，GPRS-DTU可满足特殊场合需求。

据媒体报道，LORD Sensing-MicroStrain公司最近宣布将新增两款无线传感器，可帮助车企实现远程数据采集，其数据源自于各类传感器。

据LORD Sensing产品经理Chris Arnold透露：“打造一款无线温度数据采集系统是一项非常困难的工作，而且极为耗时。TC-Link-200-OEM和SG-Link-200-OEM传感器使用户能够快速地将无线数据整合到产品中，无需担心信号条件及无线电设计。”

上述两款车型经试验认证，可被用作电动车燃料电池状态的监控方案，TC-Link-200-OEM使用户从热电偶(thermocouples)、电阻式温度计(resistance thermometer)及热敏电阻(thermistors)等各类温度传感器中采集数据，实现远程数据采集。

该项技术研发旨在使TC-Link-200-OEM与常见的温度传感器(温度探头，temperature probes)搭配使用，后者包括：热电偶冷端温度补偿(cold junction compensation for thermocouples)及所有温度测量的线性化处理(linearization)。该节点可支持高清、低噪数据采集，其采集速率高达128 Hz。新款传感器尺寸极小、轻量化，旨在实现产品的轻松内置。新款TC-Link-200-OEM传感器的许多功能与其他LORD无线传感器相同。

SG-Link-200-OEM旨在与应变仪(strain gauges)相搭配，该产品旨在监控开采设备。该款传感器可允许用户从应力计、压力传感器(pressure transducers)及加速度计(accelerometers)等各类传感器中远程采集相关数据。

该节点包括车载分流器校准(on-board shunt calibration)，可轻松校准应力计，并支持从差动输入(one differential)和单端输入信道采集高清、低噪数据，采集速率高达1 kHz。数字输入可实现与霍尔效应传感器(hall effect sensor)的兼容性，用于上报RPM和总脉冲数，确保传感器适用于许多扭矩感测应用。

两款无线OEM传感器方案均设计紧凑、功耗低，非常适用于电池供电的应用(battery powered applications)。

（文章来源：盖世汽车网）

各种需要网络远程控制的DI、DO、AI系统提供了简便的设计解决方案，其统一化的Modbus TCP协议为集成到后台系统提供了很好的兼容性。

使用时要进行远程服务器IP、网关、客户端IP进行设定。

方案 stm32f407+W5100

stm32f407简介

特性：

1、内核：带有 FPU 的 ARM 32 位 Cortex-M4CPU、主频高达 168MHz。

2、存储器，高达1 MB Flash，高达 192+4 KB的SRAM

3、LCD 并行接口，兼容 8080/6800 模式

4、3 个 12 位、 2.4 MSPS ADC：多达 24 通道，三重交叉模式下的性能高达 7.2 MSPS5、2 个 12 位 D/A 转换器6、多达 15 个通信接口

多达 3 个 I2C 接口 (SMBus/PMBus)高达 4 个 USART/4 个 UART（ 10.5 Mbit/s、ISO7816接口、 LIN、 IrDA、 调制解调器控制）高达 3 个 SPI （ 42 Mbits/s）， 2 个具有复用的全双工 I2S， 通过内部音频 PLL 或外部时钟达到 音频级精度2 个 CAN （ 2.0B 主动）以及 SDIO 接口

7、高级连接功能

具有片上PHY的USB 2.0全速器件/主机/OTG控制器

具有专用 DMA、片上全速 PHY 和 ULPI 的USB 2.0 高速 / 全速器件 / 主机 /OTG 控制器

具有专用 DMA 的 10/100 以太网 MAC：支持IEEE 1588v2 硬件， MII/RMII

W5100单片网络接口芯片简介

W5100是一款多功能的单片网络接口芯片，W5100 内部集成了全硬件的、且经过多年市场验证的 TCP/IP 协议栈、以太网介质传输层（MAC）和物理层（PHY）。全硬件TCP/IP协议栈支持 TCP，UDP，IPv4，ICMP，ARP，IGMP 和 PPPoE，这些协议已经在很多领域经过了多年的验证。W5100主要应用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。使用W5100不需要考虑以太网的控制，只需要进行简单的端口编程。W5100提供 3种接口：直接并行总线、间接并行总线和 SPI总线。W5100与 MCU接口非常简单，就像访问外部存储器一样。

特性

1、内部还集成有 16KB 存储器用于数据传输，

2、内部集成有 10/100Mbps 以太网控制器

3、直接并行总线接口、间接并行总线接口和SPI总线接口；

4、支持硬件TCP/IP协议： TCP, UDP, ICMP, IGMP, IPv4, ARP, PPPoE, Ethernet；

5、内部16K字节存储器作TX/RX缓存；

6、内嵌10BaseT/100BaseTX以太网物理层，支持自动应答（全双工/半双工模式）；

7、支持自动极性变换（MDI/MDIX）；

8、LQFP80无铅封装，符合环保要求；

9、工作温度：-45 ~ 80℃ 工业级。

原理图

（暂无）

主控STM32F407通过直接并行总线接口与网络控制器W5100进行数据交换。通过得到的数据进行MODBUS_TCP解析再对相应的继电器进行控制或输入进行读取。理论上可达全部性能传输速度能达到100Mbps。

优点

1高性能的 10/100Mbps 以太网传输

2性能稳定结构简单

3 硬件的 TCP/IP 协议栈、以太网介质传输层（MAC）和物理层（PHY）。全硬件TCP/IP协议栈支持 TCP，UDP，IPv4，ICMP，ARP，IGMP 和 PPPoE，这些协议已经在很多领域经过了多年的验证

4开发周期短，只要进行STM32F407上时行简单编程，不用理会TCP\IP协议

5性能稳定

6物料稳定可替代性强

缺点

1成本高

2硬件协议不能修改

3通用性不强

深圳市诚控电子有限公司，是一家专业从事数据采集产品研发生产销售于一体的高科技公司，公司前身为深圳华格科技，资金雄厚，技术力量强大，应于自动化时代发展的潮流，诚控电子秉着坚持做国内品质可靠，质量稳定，成本低廉的采集模块而生。并可提供欧姆龙PLC/欧姆龙温控器以及温度/压力/流量传感器配套销售，为国内外客户提供一站式的技术服务。

模拟量采集模块应用领域：

1、楼宇自动化

楼顶水箱深度、水箱水温、室内烟雾探测、报警开关

2、智能交通

拿地铁举例：行车信号灯、二氧化碳浓度监测、氧气浓度监测、烟浓度监测、排风扇控制

3、 水处理系统

水位控制监测及报警、水流量监测、水污染指数控制、水温度监测

4、高速公路智能系统

车辆通过探测、通行信号灯控制

5、 能源管理系统

风力发电站举例、风速监测、风车转速监测、电压监测、电流监测

6、环境监测

温度、湿度、风速、空气成分监测

7、工厂自动化

8、远程监控与数据采集

9、智能楼宇控制/智能家居系统

10、安防产品与安防工程

11、工业现场控制

12、仓储与监控

13、医疗、工控产品开发

14、包装和物料转移

15、电子产品制造等

模拟量采集模块概述：

模拟量采集模块采用RS485/RS232通讯串口，将分散的现场数据点的模拟量经AD变换传输到主机或由PLC/PC控制远程主站点。 模拟量采集其实就是指模拟量信号输入，模拟量信号输入是指输入为连续变化的物理量，相对于数字量(简单的来说就是"0""1"和电流电压两种激活输入单元的方式不同而已)输入（digital input）而言。通俗点其实就是精度，位数越高，把这个模拟量化的越细，结果也就越精准。有独特的双看门狗安全设计。深圳诚控电子DAM模块是全新一代基于嵌入式系统的模块式数据采集器，采用标准DIN35导轨安装方式，现场安装简单，使用灵活；应对各种现场应用。模块配置有RS232接口，方便与PC或PLC通信；模块配置有RS485接口，可单独与PC或PLC通信，也可以与多个485模块组网使用。

DAM-80X1模拟量输入型数据采集器，可采集最多4路差分模拟信号（DAM-8041）/最多8路单端模拟信号（DAM-8081）；模块采用高性能24位AD芯片，采集测量精度±0.05%。适用于采集工业现场的各种电压和电流信号。

DAM-8021采用光电技术，有效保障数据采集可靠及安全。

DAM-8021技术指标

◆隔离耐压：DC 2500V

◆ESD保护：±15KV

◆供电范围：DC +8～+36V

◆功耗：小于1W

◆工作温度：-40℃～+80℃

◆安装方式：工业级塑料外壳，标准DIN35导轨安装

模拟量输入

◆输入通道数：最多4路差分输入/最多8路单端

◆输入范围：±20mA，±100mV，±1V，±2.5V，±5V，±10V

◆转换速率：20次/秒（全通道）

◆AD转换分辨率： 24位

◆测量精度：±0.05%（典型值）

◆输入端过压保护，过流保护，并有低通滤波

◆常模抑制(NMR)： 60 dB （1kΩ Source Imbalance @ 50/60 Hz）

◆共模抑制(CMR)： 120 dB（1kΩ Source Imbalance @ 50/60 Hz）

目前，工业物联网传感器数据采集无线传输至监控服务器比较常用的通讯解决方案主要有433MHz、2.4GHz和GPRS等三种，而以NB-IOT为代表低功耗广域网物联网通讯技术也已开始应运而生，随着技术的逐步成熟，将在各领域大量应用。

433MHz、2.4GHz、GPRS和NB-IOT，深圳信立科技这四种无线传输通讯解决方案，它们各有优缺点，根据不同的应用需求，选择相应的方案。

一、2.4G 无线通讯技术

2.4G模块低功耗设计，理想传输距离在1.5公里。通常用于传输距离比较近的数据采集，适用于实验室，车间，仓库，医院冷藏室，图书馆，档案室，博览馆等环境数据监测领域。

二、433M无线通讯技术

433M模块，信号强，传输距离长，理想传输距离在3公里左右。还有穿透、绕射能力强，传输过程衰减较小。深圳信立设计的433M模块，实现采集、传输通讯设备超低功耗运行，保证数据实时传输不中断，电池使用寿命达5年，通常用于传输距离不远的数据采集，适用于粮库粮仓，农业大棚，畜禽水产养殖，工业园区，公园，景区等环境数据监测领域。

三、GPRS 无线通讯技术

GPRS模块，传输距离不受限制，传输数据大、安全稳定。

通常用于远程数据采集传输，适用于供排水、热力管网温度压力流量监测，水库大坝河道水位监测，农业大棚环境监测、重大危险源气体监测等远程监测领域。

四、NB-IOT无线通讯技术

NB-IOT的特点，主要体现在四个方面：其一、广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；其二、具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；其三、更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；其四、更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。

NB-IOT技术，将会是今后工业物联网无线通讯方式的主流趋势，几乎可以应用到任何领域。

无线数据采集模块就是无线小型RTU设备。也可以定义为无线数据采集传输终端设备，是将串口数据或者模拟量及变量采集，通过GPRS 、CDMA、3G、4G无线网络进行传输的设备。为那…通信的WCTU就是个代表，采用工业无线通信模块，支持多路模拟量A/D采集接口和开关量I/O输入输出接口。

万众WZG6001无线变送器采集模块用于采集公司的无线压力变送器WLP-0601A、无线转速变送器WLR-0807A、无线温度变送器WLT-0807A的数据，转换为工业标准的Modbus协议，方便和其他工业产品对接，如PLC或者RTU等。

单个WZG6001无线变送器采集模块最多支持15个无线压力变送器WLP-0601A，5个无线转速变送器WLR-0807A，5个无线温度变送器WLT-0807A，对于485总线来说，是支持多个WZG6001级联的，也就是通过485级联的方式是可以实现用户所要求的任意数量的变送器数据的采集。

使用方法

该模块的功能是将无线压力、无线温度、无线转速、载荷变送器的数据转换成RS485信号，与其他测控终端对接使用。

目前RS485接口用于与测控终端对接，RS232接口用于更改配置。同时也可以通过按键L.R进行配置修改，包括modbus的地址和波特率的配置，433Mhz无线频点和地址的配置。

无线变送器接收模块的通信地址和通信频点需要和要接收的压力、温度等变送器的通信地址和频点设置一致，即可完成配对。

1. 使用环境及特性

l 工作温度应小于70℃，大于-30℃；

l 安装周围不得含有过量的尘埃、酸性、碱性或易燃易爆性气体；

l 工作电压：12-30V DC；

l RS485接口：1路，支持Modbus RTU通信协议；

l 短距离无线通信地址范围：1-9999；

2. 按键及指示灯使用说明：

①：433天线接口（模块侧面） ②：Modbus通信指示灯

③：433通信指示灯 ④：Run运行灯

⑤：电源9-30V（V+~V-） ⑥：RS485通信接口(Modbus从机、485A,485B)

⑦：RS232接口(RX,TX,GND）

为了解决远程数据传输问题，针对地理条件比较复杂的区域如山体滑坡监测区域，研究了通过无线方式传输信息的方法，从而实现远程数据采集与监测功能。以ＡＲＭ处理器为核心，采用多种模块构建山体滑坡远程数据采集与监测系统。介绍了数据采集功能实现方法和驱动程序的设计思想，设计了加速度传感器与ＡＲＭ处理器的连接电路以及传感器采集程序。试验验证表明，系统接收多点数据信息正确，能够及时反映数据采集实时值，并提供报警信息。关键词：ＡＲＭ 远程数据采集监测线程ＧＰＲＳ驱动程序。

山体滑坡是严重的地质灾害之一，它会毁坏工程设施，造成巨大的经济损失。为了防患于未然，需要及时、快速地监测山体的滑动情况，实现滑坡危害的预报。对山体滑坡进行监测的目的在于对滑坡的稳定性做出判断，并对可能发生的滑动做出预测。通过相对位置的变化判断各个监测点的滑动情况，滑坡监测对减灾防灾意义重大。在滑坡变形监测中，ＧＰＲｓ等先进技术将发挥积极作用，实现对监测区域的远程实时监测，并通过对采集数据的分析和处理，实现对山体滑坡的预警。

１ 远程数据采集与监测系统构成

远程数据采集与监测系统由ｊ轴加速度传感器、嵌入式处理器ＡＲＭ、电源模块和ＧＰＲｓ模块等构成。系统监测采集加速度传感器的数据，与键盘设定的上限值进行比较，ＧＰＲｓ模块以短信方式发送监测信息和报警信息。当采集的加速度值超过一定上限时，蜂鸣器发声起到报警功能。远程数据采集与监测系统构成如图1所示。

２数据采集与驱动程序设计

2.1 ＡＤＣ转换功能实现

ARM处理器S3C2410内置1个8通道的10位模数转换器ＡＤＣ。采用ＡＤＣ控制器寄存器系统可以同时外接８位的模拟墩输入．最大转换速率可达５００ｋＳ／ｓ。S3C2410的引脚ＡｌＮ［７］和ＡＩＮ［５］用于连接触摸屏的模拟信号输入。ＡＲＭ处理器S3C2410有ＡＤｃ控制寄存器和ＡＤｃ触摸屏控制器，其通过程序设计配置寄存器控制ＡＤｃ的Ｔ作模式，并编写应用程序读取ＡＤｃ转换值。ＡＤＣ触摸屏控制寄存器ADCTSC配置成普通工作模式。对于S3C2410处理器，在使用触摸屏时，引脚ＡＩＮ［７］和ＡＩＮ［５］用于测量触摸屏ｘ、Ｙ的电平，引脚ＡＩＮ［６］、ＡＩＮ［４：０］用于一般的ＡＤＣ输入。当有触摸屏驱动加载时，ＡＤＣ转换器工作在触摸屏模式。因此，ＡＤＣ转换和触摸屏驱动不能同时启用一“１。使用ＡＤＣ的步骤如下。

①设置舡）Ｃ控制寄存器ＡＤＣＣＯＮ，选择输入通道，设置ＡＤｃ转换器的时钟，Ａ／Ｄ时钟＝ＰｃＵｙ（ＰＲｓＣＶＬ＋１），其中，Ｈｔ５汇ＶＬ为ＡＤｃ转换器预分频器数值。

②设置ＡＤC触摸屏寄存器ADCTSC，对于普通ＡＤＣ，设置ADCTSC位［２］为０。

③设置ＡＤC控制寄存器ＡＤＣＣＯＮ，启动Ａ／Ｄ转换。如果设置ＡＤＣＣＯＮ中的ＲＥＡＤ—ＳＴＡＲＴ位为１，则读取ＡＤＣ转换数据寄存器ＡＤＣＤＡＴＡ０时即启动下一次转换，也可以设置ＡＤＣ控制寄存器ＡＤＣＣＯＮ中的ＥＮＡＢＬＥ—ＳＴＡＲＴ位启动Ａ／Ｄ转换。

④转换结束时，读取ＡＤｃ转换数据寄存器ＡＤＣＤＡＴＡ０值。

２．２驱动程序设计

一个硬件的驱动程序，通常指一个驱动模块。对于一个硬件的驱动。Ｌｉｎｕｘ下可以有两种方式：一种是直接加载到内核代码中，启动内核时就会驱动此硬件设备；另一种是以模块方式编译生成一个独立文件，当应用程序需要时再加载到内核空间运行。加载驱动是正常运行设备的必要条件，缺少驱动程序，将无法进行正常操作。驱动程序包含有各种定义，如ｓ３ｃ２４１０管脚的定义、对应的地址映射等。ＧＰＲｓ驱动、Ａ／Ｄ驱动和键盘驱动这３个驱动分别关系到通信、采集和参数设定３大方面，这３个驱动也可以理解为操作系统中的设备。设备驱动的角色就是将这些调用映射到作用于实际硬件和设备相关的操作上。驱动可以与内核的其他部分分开建立，需要的时候在运行时“插入”。

３传感器模块设计

在滑坡发生过程中，对象的加速度、速度和位移等矢量均发生变化。在山体监测区域安放大量的传感器，以测量山体位移和加速度值。本文采用加速度传感器ＭＭＡ７２６０ＱＴ测量各个轴的加速度值，以便及时检测灾害。如果物体沿着某一个方向运动，或者受到重力作用，传感器输出值就会根据其运动方向和设定的传感器灵敏度而改变。系统采用ＡＲＭ处理器的Ａ／Ｄ转换器读取此输出信号。三轴加速度传感器测量时，量程可有以下４种形式：①在１．５ｇ量程下，信号灵敏度为８００ｍＶ／ｇ；②在２ｇ量程下，信号灵敏度为６００ｍｖ／ｇ；⑧在４ｇ量程下，信号灵敏度为３００ｍＶ／ｇ；

④在６ｇ量程下，信号灵敏度为２００ｍＶ／ｇ。加速度传感器与ＡＲＭ处理器的硬件连接图如图２所示。

图２加速度传感器与ＡＲＭ处理器的连接

ｇ－ｓｅｌｅｃｔ，引脚和ｇｓｅｌｅｃ：引脚用来选择传感器的灵敏度，有４个灵敏度可供选择。ｇ—ｓｅｌｅｃｔ。引脚和ｇ—ｓｅｌｅｃ：引脚在芯片的内部被下拉为低电平。图２中ｇ—ｓｅｌｅｃｔｌ引脚和ｇ—ｓｅｌｅｃ：引脚悬空，芯片的工作灵敏度为８００ｍＶ／ｇ。当传感器工作在休眠模式时，ＳｌｅｅｐＭｏｄｅ引脚可不接，将其悬空即可。ｘ。。、Ｙ。。和ｚ。。分别为ｘ轴、ｙ轴、ｚ轴方向的输出电压。当采集的加速度值超过一定上限时，蜂鸣器发声，同时通过手机发出报警信息，实现报警功能。加速度传感器采集程序如下所示。

①打开ＡＤC设备文件

ｆｄ＝ｏｐｅｎ（ＰＡＴＨ，０一ＲＤＷＲ）；

ｉｆ（ｆｄ＜Ｏ）

｛ｐｎｄ（”Ｆａｉｌｅｄ

ｔｏ ｏｐｅｎ

ａｄ－ｄｄｖｅｒ／ｎ”）；

ｅｘｉｔ（１）；｝

②设置Ａ／Ｄ分频比和通道号

ａｄｃ－ｉｎｆｏｒ．ｐｍｓｃａｌｅ＝４９；

ａｄｃ—ｉｎｆｂｒ．channel＝ｉ；

ｗｒｉｔｅ（ｆｄ，（ｖｏｉｄ）＆ａｄｃ－ｉｎｆｏｒ。ｓｉｚｅｏｆ（ａｄｃ－ｉＩｒ））＝＝

ｓｉｚｅｏｆ（ｓtｕｃｔ ＡＤＣ—ＤＥＶ）；

在此定义了一个结构体。该结构体包含的元素分别为Ａ／Ｄ转换的通道号和分频比。其通过ｗｒｉｔｅ函数写入设备文件。结构体如下所示。

ｓｔａｔｉｃ ｓtｕｃｔ ＡＤｃ—ＤＥＶ

｛ｉｎｔ ｃｈanｎｅｌ；

ｉｎｔ ｐｒｅｓｃａｌｅ；

｝ａｄｃ－infor；

③读取转换数据：read（fd，&data，size of (data)）＝＝

Size of(data).read函数的参数分别为设备文件的标志符、数据被读入的地址和读取数据的长度。

④数据换算：d=((float)data*3.3)/1024.0. read读取的是ｌＯ位二进制数据，必须将其转换为对应的电压值。电压最大值为3.3V

４ 线程设计与ＧＰｌ塔模块功能

本文采用SIMCOM公司SIM300 GPRS模块，通过发送ＡＴ指令完成信息的传送。初始化GPRS模块后，需要设定发送短信的模式。GPRS模块功能函数需要两个入口参数，一个是发送短信的号码，另一个是短信的内容，实现将指定内容发送到指定号码上的功能。

４．１通道监测线程设计

通道监测线程分别将３个通道的数值动态更新于result全局数组中。开辟的３个监视线程可以分别动态监测，如通道0对result[0]中的数据进行动态监测。同时，利用WHILE循环实现循环监测，它的退出条件也就是系统的退出条件，保证了监测线程的全局性。同时，在这个循环中对通道的３种状态进行逐一分析。通道的３种状态分别为通道测量值超过预定的上限值、通道量值超过预定的下限值和通道测量值为正常值。如果超出报警限值，应发送提示信息。

４．２采集数据发送线程设计

开启一个线程，循环判断系统结束标志位和暂停标志位是否全部为ｌ，如果是，则退出线程；如果不是,则按系统给定的时间发送当前３个通道的数据。采集数据发送线程流程图如图３所示。

４．３键盘监测线程设计

在监测系统现场，往往根据其不同条件，利用键盘进行参数修改。设计了更改Ａ／Ｄ上、下限值和监测手机电话号码的功能。以“*”号键作为进入系统的中断键．为键盘开启一个实时监测甬数。当按下“*”号键时，Ａ／Ｄ采集暂停，并进行更改系统相关参数的设定；待设定完毕后，恢复Ａ／Ｄ的采集。

５主函数的设计与分析

ＡＲＭ拥有更快的处理速度和更大的内存空间支持操作系统的移植，同时也引入了文件系统的概念，以支持进程、线程的调用。主函数流程图如图４所示。

图４主函数流程图

在主函数中，需要初始化ＧＰＲＳ驱动、Ａ／Ｄ驱动和键盘驱动，将数据采集功能放入主函数中，利用循环实现实时监测。循环的退出条件也就是系统的退出条件。在“ｎｕｘ操作系统中，程序结束前必须回收所建立的线程，否则线程会一直占用系统资源，系统最终会因为各种死锁或内存溢出而崩溃。循环监测中的ｗｈｉｌｅ循环实现参数修改时暂停数据采集的功能，以避免不必要的线程阻塞或死锁。

６结束语

通过无线方式传输信息，能够解决布设有线监测系统的缺陷，适用于偏远山区滑坡灾害监测。在山体的不同位置放置相应的传感器，利用无线传输技术，将采集到的多点数据和报警信息通过手机方式发送给控制中心，实现对环境和参数的远程监测。本文将嵌入式系统应用于滑坡灾害监测系统，基于ＡＲＭ处理器、加速度传感器和ＣＰＲｓ模块设计了山体滑坡远程监测系统，实现了远程数据采集、监测与无线传输，对探索预防山体滑坡将起到积极作用。

RTU具有的特点是：

1、通讯距离较长

2、用于各种恶劣的工业现场

3、模块结构化设计，便于扩展。

4、在具有遥信、遥测、遥控领域的水利，电力调度，市政调度等行业广泛使用。RTU产品目前与无线设备，工业TCP/IP产品结合使用，正在发挥越来越大的作用。RTU（RemoteTerminalUnit）是一种远端测控单元装置，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。与常用的可编程控制器PLC相比，RTU通常要具有优良的通讯能力和更大的存储容量，适用于更恶劣的温度和湿度环境，提供更多的计算功能。正是由于RTU完善的功能，使得RTU产品在SCADA系统中得到了大量的应用。远程终端设备（RTU）是安装在远程现场的电子设备，用来监视和测量安装在远程现场的传感器和设备。RTU将测得的状态或信号转换成可在通信媒体上发送的数据格式。它还将从中央计算机发送来得数据转换成命令，实现对设备的功能控制。监视控制和数据采集是一个含义较广的术语，应用于可对安装在远距离场地的设备进行中央控制和监视的系统。SCADA系统可以设计满足各种应用（水、电、气、报警、通信、保安等等），并满足顾客要求的设计指标和操作概念。SCADA系统可以简单到只需通过一对导线连在远端的一个开关，也可复杂到一个计算机网络，它由许多无线远程终端设备（RTU）组成并与安装在中控室的功能强大的微机通信。这取决于被控现场的性质、系统的复杂性、对数

WZH8003A测控主机RTU是用于油水井远程测控的终端接收设备，严格遵循“油气生产物联网系统”（简称A11系统）制定的“A11协议”。该款RTU集采集、存储、2.4GHz ZIGBEE无线通信技术、以太网等于一体的高技术、高精度的无线数据采集终端。RTU可以通过RS485、ZIGBEE、串口等通信方式与多个外围设备同时进行通信，使得测量的数据类型更加全面、及时和准确，同时也使应用场合更加广泛。

功能：

1、 参数设置：通过网口、485和串口与PC建立连接设置RTU参数；

2、 状态指示：采用三个发光二极管（LED），区别RTU的各个状态；

3、 多种通信协议：与无线仪表的通信支持ZIGBEE协议，与有线仪表的通信支持4~20MA和Modbus通信协议，与后台支持TCP/IP协议和UDP协议；

4、 数据报警：支持仪表断线、超限报警；

5、 数据上传：支持数据的补传和主动上传；

6、 数据存储：支持历史数据的存储功能；

7、 远程升级：支持485与网口的就地和远程升级方式；

8、 电压检测：检测DC24V输入端电压；

9、 环境温度检测：检测RTU工作温度；

技术参数：

1、 工作电压：9-36V DC；

2、 ZIGBEE通信距离：>200m；

3、 远距离传输方式：以太网TCP/IP、UDP；

4、 历史数据存储容量：16MB，可存储历史数据80天；

5、 IAP升级方式：485升级和网络升级；

6、 模拟信号输入接口：8路（可配置有无输入源）；

7、 数字输入/输出接口：各4路；

8、 485接口：主、从各1路；

9、 串行接口：1路。

℡