基于GPRS的巡更主机的软硬件设计

    巡更是单位值班人员在晚上对所看管的场所定时进行巡视的安全保护措施。对于大型物流、公交企业，因为其库房多、分散且范围广，巡更既是重点，也是难点。因为值班人员巡更时，既要按计划进行，还要随时服从监控中心的临时安排；既要巡查到指定的位置，还要落实重点区域。通常情况下，巡更时使用非接触式的手持式巡更机，完成巡更任务后，直接使用PC机采集数据并进行处理。在这个过程中，并没有使用巡更主机。但是，这样的实施方案存在一定的缺点。如果在巡更值班室放置PC机，配置PC机的费用较高，还很不安全，而且巡更员文化水平普遍较低，操作PC机会有一定困难。另外，如果不及时把数据传到监控中心，则不能及时处理一些特殊情况。在巡更值班室使用巡更主机，可以即时采集数据并与监控中心通讯，增强了实时性的同时，还可以降低成本，具有很强的经济实用性。

1　智能巡更系统方案

    巡更系统的主要功能是要求巡更员按照规定的时间，到指定的地点进行查看，并可以进行数据的统计汇总。最传统的方式是在指定的地点放置登记表格，巡更员巡查到该地方后，进行时间等数据的登记。随着电子技术的发展，登记表格更新为电子识别设备，巡更员使用手持式的电子阅读工具，把巡更地点的识别信息采集到手持设备中。后一种方式可以保证数据的真实有效，已经为大多数巡更系统所采用。

    在后台数据处理方面，很多系统直接使用PC机采集手持设备的数据。但是对于复杂的巡更系统，使用巡更主机具有更强的实时性。系统原理示意图如图1所示。 

图1　智能巡更系统原理示意图

    每个场点的巡更员使用手持巡更机进行巡更，每次巡更任务完成后，把数据传送到巡更主机中，再由巡更主机通过网络传输到监控中心服务器。

1.1　监控中心服务器

    监控中心主要负责对巡更情况的汇总处理，制定并通知新的巡更计划，接收并处理巡更点的报警信息。对所有巡更点完成巡查后，巡更员通过巡更主机把手持巡更机采集的信息传送到监控中心服务器。服务器接收到巡更数据后，与计划数据相比较，落实巡更的情况，如果出现巡更点遗漏的，及时通知巡更主机，要求巡更员进行补巡。同时，监控中心还会把新的巡更计划，即新的巡更时间以及地点发送给巡更主机。另外，服务器还对每轮巡更情况进行汇总分析，如出现某个巡更点没有及时巡更等异常情况，及时报警提示。

1.2　巡更主机

    巡更主机主要起到传输巡更数据和对巡更手持机进行管理的作用。手持式巡更机一般体积较小，不好实现网络通信、数据存储等功能。巡更主机首先是采集手持巡更机的数据，然后把数据通过网络传送到监控中心服务器。巡更主机与监控中心服务器传输的数据可以是巡更情况，也可以是巡更计划、报警提示等信息。

    巡更主机还可以对巡更手持机进行初始化、设置时钟、设置工作状态等操作。

1.3　巡更手持机

    巡更手持机是巡更员执行巡更任务时，用来对巡更点的电子标志进行识别的手持式设备，同时可以提供照明功能。巡更手持机还需要提供与巡更主机通讯的功能，通过巡更主机与监控中心的通讯，保证监控中心能够实时掌握巡更情况。

2　巡更主机系统设计

    巡更主机主要起到传输数据和对巡更手持设备进行管理的作用，因此它需要由以下功能模块构成：网络通讯、显示、按键、串行口通讯、实时时钟和大容量数据存储。

2.1　巡更主机硬件系统

    在系统的各个模块中，网络通讯是个重点。因为各个巡更场点并不是在同一个地方，要把巡更手持机的数据及时地传送到监控中心服务器，必须使用网络传输。而在每个巡更场点都铺设线路进行有线的网络传输，成本很高，也不好实施，因此系统使用MCU控制GPRS通讯模块来实现无线数据传输。

    GPRS（通用分组无线服务，General Packet Radio Service）是利用“包交换”（Packet-Switched）的概念所发展出的一套无线传输方式[1]。GPRS模块一般是指带有GPRS功能的 GSM模块，可以利用GPRS网进行数据通信，其中比较常见的有法国Wave公司和西门子公司的产品系列。西门子公司的MC55模块接口简单、使用方便且功能非常强大，它与微控制器、SIM卡、电源之间的连接方便。GPRS模块与微控制器间是通过串行口进行通信的，通信速率最快可以达到115 200bps。模块与控制器间的通信协议使用标准AT命令集[2]。

    因为巡更手持机也需要使用串行口进行通讯，要求MCU具有两个串行口。综合考虑采用Philips公司的P89C669[3]作为主控MCU，该芯片与普通89C51芯片完全兼容，此外，它拥有96K的在线可编程Flash程序存储空间，2K的RAM，还有硬件的IIC总线。系统的实时时钟芯片使用 PCF8563，实现时钟和定时报警的功能。巡更数据的存储使用16K字节的串行EEPROM 24LC128。显示屏使用192＊64的点阵式LCD，可以显示多个巡更点的数据编号。键盘设置采集数据、上传数据、查询、报警几个按键即可。

    巡更主机硬件设计框图如图2所示。 

图2　巡更主机硬件原理框图

 2.2　巡更主机软件设计

    GPRS通讯部分是巡更主机软件设计的重点，从手持机采集的数据通过GPRS传送到监控中心服务器，然后接收监控中心返回的统计信息及新的巡更计划。

    2.2.1 GPRS通讯模块的初始化

    GPRS通讯模块MC55在使用时，需要进行通讯模块的初始化设置，校验用户名和密码，设置TCP/IP的地址与端口等。初始化时，需要MCU通过串行口按顺序给模块发送以下AT指令，设置模块及网络工作参数：[4]

    at^sics=0,conType,GPRS0 //设置GPRS工作模式
    at^sics=0,user,cm //用户名称
    at^sics=0,passwd,gprs //密码
    at^sics=0,apn,cmnet //网络运营商
    at^siss=1,srvType,socket // 设置服务类型为socket
    at^siss=1,conId,0 //I.D.
    at^siss=1,address,"socktcp://219.238.229.74:3000" //设置服务器地址及端口
    at^siso=1 //打开端口，开始工作

    当模块收到以上AT指令后，都返回“OK”，则初始化完成，可以进行数据的收发。

    2.2.2 通过GPRS发送数据

    通过GPRS发送数据，实际上是通过串行口把数据写入到GPRS通讯模块，然后由GPRS模块发送到指定的IP端口。发送时需要按照以下顺序进行操作[4]：

    写串口：at^sisw=0,10 // 使用通道0, 发送10字节的数字
    读串口：^SISW: 0, 10 // 网络响应
    写串口： // 发送数据
    读串口：OK // 接收响应 OK
    读串口：^SISW: 0, 1 //接收网络响应，收到则已经发送成功

    2.2.3接收GPRS的数据

    接收GPRS的数据，即接收已经连接上的服务器发来的数据，可以通过串行口从GPRS模块中读取，按以下顺序进行操作[4]：

    读串口：^SISR: 0, 1 //接收到该信息则准备接收数据
    写串口：at^sisr=0,20 //发送需要接收的数据长度
    读串口：^SISR: 0, 20 //返回实际的数据长度
    读串口：12312312342342342345 //所接收的数据
    读串口：OK　　　　//接收成功

    2.2.4系统软件设计

    巡更主机的软件设计，主要围绕数据的处理流程进行。整个巡更系统的数据传输流程如图3所示。 

图3　智能巡更系统数据流程

    软件设计中事件的触发由键盘中断引起，即巡更人员通过相应的按键来实现数据采集、上传数据、查询巡更计划以及向监控中心报警的功能。巡更主机与手持机的数据交换由RS232实现，与监控中心的通讯通过GPRS进行。

结束语

    在复杂巡更系统中使用巡更主机，可以更好地管理巡更手持机；巡更主机使用GPRS通讯，可以实现与监控中心的实时通讯，更好地保证对巡更场点的安全监控。

    参考资料
    [1] 栾昌海，王盟. 基于GPRS的嵌入式Internet设计研究［J］，微计算机信息，2006，6-2：94-96。
    [2] Siemens AG. 《MC55/56 Hardware Interface Description》. 2005
    [3] Philips Semiconductor.《P89C669 User Manual》. 2003.
    [4] Siemens AG. 《MC55 / MC56 AT Command Set》. 2003

    本文作者的创新点：
    1、 在巡更系统中使用巡更主机，能够把手持巡更设备与监控中心很好地连接起来，组成一个有机的智能巡更系统。
    2、 巡更主机通过GPRS与监控中心进行通讯，更好地实现通讯的实时性。 

    作者简介： 杨瑞霞(1974)，女，河北吴桥人，山东省政法学院司法信息系讲师，获山东师范大学管理科学与工程专业硕士学位，主要研究方向：电子技术与嵌入式系统。
    地址：山东省政法学院司法信息系　250014