基于LPC2292和μC/OS-II的无线数据采集系统设计

无线数据采集系统的应用范围非常广泛，涉及电力、水利、交通和安防等行业。通用分组无线业务GPRS(General Packet Radio Service)，由Nokia、Ericsson等公司开发。该技术建立在GSM网络的基础上，被称为2.5代移动通信技术，它将无线通信与Internet紧密结合，是一种先进的、全新的无线网络承载手段，具有独特优势。随着GPRS技术在移动通信领域的发展，为数据采集传输及监控提供了一种新的高性价比的数据通信方案[1-2]。

同时，嵌入式系统以其高效的开发、低廉的成本、方便的使用和维护等优点受到信息业界的广泛推崇。嵌入式系统在工农业控制领域主要用于对现场的监视和控制。而传统监控产品的设计目标往往为保护大型企事业单bit的安全，不同程度地使用了凌乱的布线和较大型的硬件，其造价高昂、安装繁琐、操作复杂，必须有人长时间专门值守，且不具备远程控制功能。这些缺点使它们很难走进中小型工农企业和家庭中。因此开发一种小型的、模块化的、无须专人随时维护、能够方便地使用无线网络进行操作的采集监控系统，已成为必然的趋势，并拥有巨大的需求[2]。随着系统复杂度的提高，应用嵌入式操作系统是一个流行的趋势。本文方案是采用ARM核的微控制器LPC2292、嵌入式实时操作系统μC/OS-II、明基的GPRS芯片M23和模拟式温湿度传感器CHTM-02A相结合的一种数采方案。

1 LPC2292、M23和CHT M-02A简介

LPC2292是PHILIPS公司生产的一个支持实时仿真和跟踪的32 bit ARM7内核的微控制器，片内带有16 kB的静态RAM和256 kB的高速Flash存储器，128 bit宽度的存储器接口和独特的加速结构使32bit代码能够在最大时钟速率下运行。满足了系统对存储空间的要求, 不需要扩展存储空间，减少了系统的能耗以及成本。LPC2292运算速度快、精度高、功耗低，且片内外设丰富(如UART、10bitADC、PWM、CAN控制器等)，由于内置了宽范围的具有16B接收FIFO和16 B发送FIFO，结构及寄存器符合16C550工业标准串口通信接口，也非常适用于通信网关、协议转换器、嵌入式modem以及其他各种类型的应用[3]。

明基M23是内置TCP/IP议协的900/1800/1900 三频GPRS模块。其设计及开发符合ETSI GSM Phase2+标准。发送频率为1 850 MHz～1 910 MHz；接收频率1 930 MHz～1 990 MHz；工作状态温度范围为-20℃～+55℃。它具有话音/数据/传真/短信息功能。其中GPRS数据特性：GPRS Class4(Class10)代码为CS1～CS4；短信息服务功能特性：文字及PDU，点对点(MT/MO)，小区广播[4]。

CHTM-02A是西博臣科技有限公司生产的模拟式温湿度传感器，其测温元件是LM35，输出电压为0～1 V。其湿度敏感元件是高分子湿敏电阻"CHR-01"， 供电电压为5 V(±5%)，工作温度范围为0～60℃，湿度变送范围为0～100%RH，精度±5%，输出信号为0～3 V。该温湿度传感器性价比较高，且使用方便，可广泛适用于工业机械、电气自动化、气象和农业等行业[5]。

2 硬件设计

总体硬件框图如图1所示。

2.1 GPRS接口电路设计

M23与LPC2292之间的接口设计较易实现。使用UART1控制GPRS模块，GPRS所需的+5 V、+12 V电源和地，直接由MCU开发板提供。M23模块正常工作需要正确连接GPRS天线。

2.2 CHTM-02A温湿度传感器接口电路设计

LPC2292和 CHTM-02A的接口部分只需要4根线，其中第1根接5V电源；第2根接地；第3根接LPC2292的一路A/D输入，本设计中使用AIN1，即P0.28引脚，测量环境湿度；第4根接LPC2292的另一路A/D输入P0.27，测量环境温度。

3  软件设计

本系统软件设计可分为数采终端(测量节点)和控制中心两大部分，它们构成一个最基本的点对点网络。当然，需要这个系统可以方便地扩容，包括数采终端的数量和可采集信息的种类。且每个数采终端由其唯一的SIM卡号区别身份，组网便利。

本设计中控制中心可以是任意一个GPRS终端，例如手机或者连接有GPRS终端的电脑。而数采终端要完成实现GPRS编程控制、环境参数的采集、预处理等工作。采用常规的前/后台系统(foreground/background)编程极其复杂，选择嵌入式实时操作系统μC/OS-II作为软件系统平台，将各个处理模块分成单独的任务，能够较好地完成系统需求[6]。详细的移植可参考文献[6]。在数采终端软件系统设计中，涉及到的主要任务有：LPC2292初始化、GPRS模块初始化、通信、采集传感器信息、看门狗等12个任务。

3.1  数采终端主任务设计

数采终端有两种工作模式：一是由控制中心控制，数采终端判断控制中心GPRS地址(本设计由唯一的手机号码确定)和读取温湿度值，在数采终端与控制中心建立链接之后，数采终端将适时地通过无线网络把温湿度数据信息传输给控制中心。数采终端在整个系统中起到一个采集、预处理数据和发送的作用。实际测试发现，当SIM卡上存有过多短信息时，会干扰系统正常通信。故程序中在判断完每个新收到的短信后将其删除。二是定时发送节点信息，此模式相对简单一些。下面主要分析第一种工作模式。

第一种工作模式下主程序流程图如图2所示。

作者：邵延华 吴 斌 楚红雨 刘宏伟   来源：电子技术应用