毕业设计（论文）-基于GPRS的电梯远程监控系统的设计.docx

摘要随着城市的现代化发展，城市高楼的不断涌向，电梯作为城市高层建筑的唯一运输工具，其安全性和可靠性得到越来越多的人的关注。由于计算机、控制和网络技术的进一步融合，国内外的电梯公司都尝试着通过网络远程来监控电梯的运行情况。但是有各个电梯厂家的标准不相互兼容，导致电梯远程监控系统的开放性和兼容性能都很差。基于以上情况，本文以寻求一种拥有好的兼容性和开放性的电梯远程监控系统为目的，通过gprs技术来实现电梯运行状态的远程监控。监控的数据采集端采用stm32来实现对电梯控制器的数据采集。监控中心利用delphi的组件编程来实现。本文通过分析电梯的发展现状和对传输媒介的讨论，得出最好选择利用gprs来实现电梯的远程监控的结论。监控中心基本实现了电梯数据的接收和查看，对电梯的各种故障和运行状态能够实时的显示，以便监控人员能够及时作出处理。关键字：gprs；电梯远程监控；delphi；组件编程abstractas the cities developing more and more modern, more buildings have been built in city. the elevator, the only traffic tool in the buildings, gets more and more attention in its security and reliability. many companies around the world try to remote monitoring the elevator with network as it is getting further integration in technology of computer, control and network. but each of company has his own manufacturers standard ,their elevator remote monitoring system of openness and compatibility are in poor performance. base on the above situation ,i try to make a better elevator remote monitoring system which performs perfectly in openness and compatibility with gprs technology in this paper. the terminal of monitoring system to collect data is make up with stm32 mcu and so on. the monitoring center uses delphi component programming. in this paper, by analyzing the current situation of the development of the elevator and the discussion of the transmission medium, it is concluded that the best choice is using gprs to realize remote monitoring . monitoring center has been basically achieved the data receiving and view. it also can real-time display various fault and running status of elevator. so the administrator can deal with the problem in a timely manner. key words: gprs; elevator remote monitoring; delphi; component programming目录前言11电梯远程监控系统的现状和发展21.1监控技术的概述21.2 国内外电梯远程监控系统的发展状况32 gprs体系结构和工作原理52.1 gprs概述52.2 gprs技术介绍52.2.1 gprs网络的特点52.2.2 gprs基本的体系结构52.2.3 gprs的协议83系统总体方案设计104 系统远程终端设计114.1 系统远程终端硬件设计114.1.1 系统远程终端硬件设计方案114.1.2系统终端的硬件功能设计124.1.3系统远程终端硬件设计134.2系统远程终端的软件设计224.2.1 软件开发环境224.2.2 软件程序设计245 系统监控中心的设计295.1 网络通信socket规范295.2 监控中心软件设计305.2.1 indy 组件介绍315.2.2 tidtcpserver组件概述336总结和展望34致谢35参考文献36附录a：中文翻译37附录b：英文文献47附录c：电路图和源码59辽宁工程技术大学毕业设计（论文）前言随着经济社会的不断发展，城市的规模快速扩大，人口急剧增长，为减缓土地资源的紧张，各种各样用途的建筑在城市中的大量涌现现，电梯作为一种垂直运输设备在社会经济生活中就显得尤其重要。高层建筑的日益增多和建筑设计的档次规格的提高，使得人们对电梯服务有了更高的要求。而人们对电梯的期望已经不仅仅局限于制造坚固、装潢考究、乘搭舒适这些东西了，电梯的安全可靠才是人民真正所关心的1。为了提高电梯的服务水平，增强企业行业竞争力，国内外的众多电梯生产企业和有关研究单位都在积极地参与研究开发和推出各自的电梯远程监控系统2产品。在国内，比如中国移动的电梯卫士服务，珠海市阿尔法有限公司的“阿尔法电梯远程监控系统”, 日立电梯建设的远程监控系统和奥蒂斯公司电梯监控系统等。但是因为这些产品都是各自的厂家在自己的规范内推出的，每个厂家都有不同的规范，因此每个厂家的产品相互不兼容，在通用性和开放性方面表现的不如人意。此外，还有一些系统是基于有线方式的。比如三菱的smos-ii系统，奥的斯的rem5.0系统等。这使得布线较困难，增加了成本。本文将gprs网络作为电梯远程监控系统的数据传输网络，充分利用已有的公共网络资源，节省了网络建设及维护成本3。而且gprs仅按数据流量计费，减少了系统运营成本，保证系统能够经济运行，同时在开放性和普遍性方面有进一步的发展。1电梯远程监控系统的现状和发展1.1监控技术的概述监控技术广泛应用于各种工业过程控制、军事自动化、电力自动化、金融自动化、高速公路集中监视、环境自动观测、水情遥测、大型输水工程自动监控等4。随着电子it技术的发展，以及计算机技术、数字通信技术、自动控制技术和集成电路的高速发张及融合，20 世纪 80 年代以来基于各种it技术的监控系统正是随着这些技术的出现和发展而产生的。在 20 世纪 90 年代，通信、微电子、计算机等技术的进一步飞快发展，以及市场对监控要求和任务的多样和复杂化，那时的电梯的监控系统也具有器时代的特性。尽管各种系统应用的场合和完成的任务不同，但他们在系统级上，大致都有着以下一些特点和发展趋势5-6：（1）系统的功能综合化，在监控方式方面从单一的集中监控、现场监控发展到分散式、分布式的监控。（2） 从系统的数字式监测与控制，发展到与视频监控相结合，对监控对象的信息的采集与处理也在数据的基础上增加视频和音频。（3）从综合监控发展到与自动化管理相结合。因此，当前先进的监视控制系统集监视、管理、控制以及决策支持等功能于一体，成为高度集成自动化系统。远程监控是指本地计算机通过类似于因特网7这样的网络系统，对位于离监控远处的工业设备进行监视和控制，完成对处于离散状态的工业设备的集中控制，这样就能集中的进行监控和管理了。现有的远程监控系统，都是按照两种不同的方向去发展的8-9：（1）关注对图像信息的采集与播放，在控制端以视频的形式再现。这种发展模式的优势在于控制信息直观、有效，但是要在此基础上进行视频数据挖掘，则代价又比较昂贵。现在大众化的视频监控系统是这种类型的典型代表。（2）关注对控制信息的交互，在控制端以仿真的手段实现远程监控，此模式的优点是控制效率较高、数据传输量小，但是直观性不强，操作不够直接。现在很多成熟的工业组态软件，均具有此远程监控功能。1.2 国内外电梯远程监控系统的发展状况电梯远程监控系统是一种高级的电梯监控技术，它是在计算机技术、通信技术、监控技术的迅猛发展的前提下出现的。国内的一些公司及电信运营商在电梯远程监控系统方面有新的发展。（1）中国移动建立的电梯监控系统如电梯卫士。“电梯卫士”通过安装一系列的传感器来采集电梯运行、故障和维保数据，经过 gprs无线通信模块将将数据传到 m2m电梯管理中心，实现物业、维保和政府管理部门对电梯的信息化管理和电梯故障的及时处理。该服务的客户类型大多数都是商务楼宇等物业管理类的，可以对监控电梯运行及故障实时的进行有效的检测和预判。让电梯设备的管理人员能够有效地进行维护处理，降低电梯的故障发生率。（2）由珠海市阿尔法有限公司开发的电梯远程监控系统如“阿尔法电梯远程监控系统”。该系统主要由三部分组成：信号采集单元。处理计算机，负责信号值传输的电话网络。向维修工作人员提交界面式数据服务。当现场设备检测到有电梯故障的信号，监控中心就会收到现在设备通过网络将故障反馈的信息。该系统实施分级检测策略，并提供了故障数据库，用户数据库和用户界面的实时控制窗口，可以进行远程的故障实时显示，具有电梯故障自动报警功能。监控中心的人机交互界面提供了可以实时显示观察到所监控的电梯的工作状态的功能。电梯远程监控系统在国外的研制要比国内要成熟，应用也相对广泛。相对来说，以下的公司是比较有影响力的：（1）日立电梯公司的远程监控系统，该系统能实现对监控的电梯的运行数据实时显示，会建立起一个对电梯工作状态的数据库并能动态的维护和更新，这样就可以利用电梯数据库里面的数据来有效的防范电梯的故障，及时进行维护，延长电梯的使用寿命。当监控的电梯出现故障时,电梯里面的通信模块将主动向监控中心发送报告，监控中心根据故障信息向当地维保人员发出维修命令，维修人员及时赶到故障现场进行维修，及时解决问题。（2）奥蒂斯公司的电梯监控系统。该电梯远程监控系统能够实时的监视电梯的基本参数并智能化决策所需要的维护信息,如对不合理的参数进行调节、给出维护建议等。当电梯里面的设备检测到电梯运行效率降低或预测到电梯将要出现问题时，系统就会给电梯的乘坐人员提前发出警告。当检测系统检测到故障时，电梯里面的系统将通过网络及时通知远程监控中心，中心就会根据故障信息及时通知维保人员去维修。2 gprs体系结构和工作原理2.1 gprs概述gprs是通用分组无线业务(general packet radio service)的简称，它是gsm移动用户的一种业务，常被描述成“2.5g”。通过利用gsm网络中未使用的tdma信道，提供一种相对于gsm来说更高的数据传递。gprs是数据分组交换网，它与gsm网只提供电路连接的方式不同，它是基于数据分组的, 是以封包（packet）的方式来传输的，因此用户的费用可以以其传输流量来计算，并非以使用整个频道计费，从当时的理论上来说较为便宜。通过在gsm网的基础上增加几个功能实体和在现有的基站系统基础上进行改造，实现封包的方式传输，所以说它是gsm的升级。 gprs 网络允许用户以端到端分组模式实现数据的发送和接收，不再利用电路交换模式下的网络资源，从而提供了一种高效率、低成本的分组数据业务。gprs 支持具有以下特点的数据应用业务：适用于不连续的非周期性即带有突发性的数据传送。小流量数据传输的业务处理，允许每分钟多次突发数据的出现，可以频繁的传输数据；偶尔的大流量的业务。因此，gprs技术非常适合于本身具有突发、间断、频繁和量少的数据传输业务，也可适用于偶尔的大数据量传输的应用情况。2.2 gprs技术介绍2.2.1 gprs网络的特点因为gprs是在gsm网路的基础上添加了sgsn和ggsn两个网络节点而发展起来的，所以它具有gsm网络所不具有的特点。利用gsm网络中未使用的tdma信道，提供较高的数据传递。网络的接入速度快。gprs 网络的核心是一个支持ip分组的网络，它可以和其他的分组网络进行无缝的连接。可以永久在线。分组业务在传输的时候不占用信道，不像gsm网络不断地进行连接和断开。支持广发的ip协议和x.25协议。提供丰富的数据业务。虽然gprs有这么多的优点，但是还是有一些不足。例如，在传输的过程中会存在丢包的情况。相对于3g来说会有很严重的延时。对于图像传输不可靠。实际的传输速率会比理论值低。综合比较其优点和缺点可以知道gprs这种技术适合用于传输量小且频繁的远程监控系统。2.2.2 gprs基本的体系结构将现有gsm网络改造为能提供gprs业务的网络需要增加两个主要单元：sgsn(gprs服务支持节点)和ggsn(gprs网关支持节点)10。sgsn的工作是对移动终端进行定位和跟踪，并发送和接收移动终端的分组。ggsn将sgsn发送和接收的gsm分组按照其他分组协议(如ip)发送到其他网络。gprs的网络的逻辑结构如图2-1。图 2-1 gprs网络的逻辑结构fig. 2-1 the logical structure of gprs net 信令和数据传输接口 注：pdn=分组数据网 信令接口sms:短消息服务 sm-sc:短消息服务中心 sms-gmsc:支持短消息服务的网关mscsms-iwmsc:支持短消息服务的互连mscsgsn是gprs网的主要设备，它负责分组的路由选择和传输，在其服务区负责将分组递送给移动台，他是为gprs移动台构建的gprs网的服务访问点。当高层的协议数据单元(pdu)要在不同的gprs网络间传递时，源sgsn负责将pdu进行封装，目的sgsn负责解封装和还原pdu。在sgsn之间采用ip协议作为骨干传输协议，整个分组的传输过程采用tunneling(隧道)协议。ggsn也维护相关的路由信息，以便将pdu通过隧道传送到正在为移动台服务的sgsn。sgsn完成路由和数据传输所需的与gprs用户相关的信息均存储在hlr中。ggsn像互联网和x.25一样，用于和外部网络的连接。从外部网路的角度看，ggsn是到子网的路由器，因为ggsn对外部网络“隐藏”了gprs的结构。当ggsn接受到地址为一个特定移动用户的数据时，ggsn检查这个地址是否处于激活状态。如果处于激活状态，ggsn就转发数据到相应的sgsn；但如果不是激活的，则数据将丢弃。由移动台发出的分组被ggsn发送到目标网络。在gprs网络中，对hlr进行了升级，使其包含了gprs用户数据信息。sgsn通过gr 接口可以访问hlr，ggsn通过gc接口可以访问hlr。msc/vlr功能也得到了加强，sgsn通过gs接口可以访问vlr，从而能更好的调和非gprs之间的服务和功能。为了能在gprs网中提供sms,sms-gmsc(支持短消息服务的网关msc)和sms-iwmsc(支持短消息服务的互连msc)也得到了加强，sgsn通过gd接口可以访问sms-gmsc和sms-iwmsc。为了与sgsn进行互连，基站子系统(bss)把无线接口升级为增强版的链路层协议(包括无线链路控制(rlc)/多址接入控制(mac)协议)，使得用户能复用相同的物理资源。bss在数据发送或接受时分配资源给用户，随后还会重新分配。bss gprs协议(bssgp)提供了在一个bss和一个sgsn之间传输用户数据所必需的无线相关的qos和路由信息。bss和sgsn之间的接口为gb接口。一个简单 的gprs网络之间的路由过程如图2-2。图 2-2 一个简单 的gprs网络之间的路由过程fig. 2-2 the process of the routing in a simple gprs net源移动台的sgsn封装移动台(ms)的分组，并将分组路由到合适的ggsn-s。基于分组中的目的地址，分组通过分组数据网被传送到目的ggsn-d。ggsn-d检查与目的地址相关的路由信息，确定服务目的用户的sgsn-d并确定相关的隧道协议，将分组封装后传送给sgsn-d。sgsn-d最后将分组传送给目的移动用户。2.2.3 gprs的协议gprs的协议体系如图2-3.图 2-3 gprs的协议体系fig. 2-3 the protocol system of gprsgprs隧道协议(gtp，gprs tunneling protocol)用来在gprs支出节点（gsn）（gsn是ggsn和sgsn的统称）之间传送数据和信令。它在gprs的骨干网中通过隧道的方式来传输pdu。所谓隧道，是在gsn之间建立一条路由，使得所有由源gsn和目的gsn服务的分组都通过该路由进行传输。为了实现这种传输，需要将源分组重新封装成以目的gsn为目的地址的分组在gprs骨干网中传输。在sgsn和ms之间，依赖子网的汇聚协议（sndcp，subnetwork dependt convergence protocol）将网络层的协议映射到下面的逻辑链路控制（llc）层，提供网络层业务的复接、加密、分段、压缩等功能。llc层是在移动台和sgsn之间向上层提供可靠、保密的逻辑链路，它独立于下层而存在。llc层有两种转发模式：确认模式和非确认模式。llc协议的功能是基于lapd(链路接入步骤-d)协议的。rlc/mac层通过gprs无线接口物理层提供信息传输服务，它定义了多个用户共享信道的步骤。rlc负责数据块的传输，采用选择式arq协议来纠正传输错误。mac层基于时隙aloha协议，控制移动的接入请求，进行 冲突分解，仲裁来自不同移动台的业务请求和进行信道资源分配。物理链路子层（pll）负责前向纠错、交织、帧的定界和检测物理层的拥塞等；物理射频子层（rfl）完成调制解调、物理信道结构和传输速率的确定、收发信机的工作频率和特性确定等。llc在bss处分为两段，bss的功能称为llc桥接（llc relay ）。在bss和sgsn之间，bss gprs 协议（bssgp）负责传输路由和与qos相关的信息，bssgp工作在帧中继（frame relay）的协议之上。3系统总体方案设计该系统由前端数据采集控制装置、gprs数据传输部分和远程监控服务中心组成。电梯设备采用 gprs 模块与监控中心之间通过 internet 网络进行双工通讯如图3-1。图 3-1 系统组成框图fig. 3-1 block diagram of system composition单片机系统由 stm32 单片机最小系统组成，主要负责对gprs通信模块的控制和数据通信，以及通过rs232串口线与电梯控制器进行数据传输和控制(控制命令由上位机发出，经gprs通信模块传到单片机再传到电梯控制器)。gprs通信模块(sim900a)主要负责接入internet网络，接受或发送internet网络数据和命令。上位机(用delphi来编写)主要负责在internet上传送数据和管理员的命令到gprs通信模块中，是一个人机的交互界面。电梯设备的数据可以上传给监控中心，监控中心的数据或命令也能下达给电梯设备。每一台的电梯设备用的是 gprs 模块，gprs 模块采用的是 sim 卡来进行上网身份的确定和收取服务费，每一张 sim 卡的卡号都是唯一的，为了实现远程的智能监控，因此必须是监控中心的一台计算机可以同时监控多台电梯设备，多台电梯设备之间的区别正是设备的设备号。设备的设备号也必须是唯一的，正好每台设备都采用自己的 sim 卡的卡号作为本设备的设备号。当一般有报警时，电梯设备就把要上传的报警信息按照一定的格式打成一个数据包，因为 gprs 模块上网的模式也正是数据包的格式，正好把打好的数据包通过 gprs 模块上传给监控中心，数据包根据事先监控中心与电梯设备规定好的数据格式打包，监控中心收到数据包之后，对数据包进行解包分析，分析出数据包的信息，如果是事故监控中心就通知相应的处理人员并把相关的数据信息进行存储，处理人员立即就对电梯进行事故处理。总的方案示意图如图 3-2 所示。图 3-2 总的方案示意图fig. 3-2 the schematic of whole plan4 系统远程终端设计4.1 系统远程终端硬件设计4.1.1 系统远程终端硬件设计方案远程终端是系统对监控电梯的数据采集的前端接口，是整个系统运行的基础。考虑到硬件部分应该符合功能实用/结构简单及成本低廉的特点，而且电梯本身的特点要求系统有实时性，因此在进行系统设计的时候要充分考虑以上的几种因素。利用电梯本身现有的控制设备，终端机通过串口从电梯控制器取得电梯的运行数据，有嵌入式mcu处理成监控中心能够识别的信息，完成监控系统的信息采集工作。参考常用的硬件设计方法，有以下三种设计方案可供选择：单片机实现单片机在其发展的几十年里，已经广泛地应用于工业领域的各行各业，由于单片机具有成本低、开发难度低、集成了串口、计数器功能并扩展了i/o 口，在大多数的应用中，单片机的这些功能已能够满足需要了。在单片机应用系统中，常用的有51 系列和pic 系列的单片机作为核心芯片，优势在于系统的技术成熟、结构简单和可扩展性强。单片机系统的优点在于成本低廉、容易实现、解决方案成熟并且维护方便，但是单片机系统也有不足之处，系统的工作频率较低，实现高速数据处理较困难，这类型的单片机由于速度和位宽的限制适用于简单应用场合，不能够满足本系统设计的需要。 fpga实现fpga 是fieldprogrammable gate array 的缩写，即现场可编程门阵列，是上世纪90 年代发展起来的高速可编程的大规模逻辑器件。由于fpga 具有高集成度、高可靠性和系统编程的优点，采用fpga设计asic电路(专用集成电路)，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。随着技术的发展，fpga 因其丰富的片上资源，数据处理的高速性能，使得它很适合于高速数字系统的应用。但是该方案的成本较高，技术开发难度较大，所以在本次系统设计中未采用此方案。 arm方案实现arm 是advanced risc machines 的缩写，arm 处理器以其高性能、小体积、低功耗、紧凑代码密度和多供应源的结合而著称，此类处理器有3 大特点：功耗低、成本低和功能强；16 位/32 位指令集；全球众多合作伙伴保证芯片供应。arm处理器有丰富的片内资源，可扩展应用的i/o 接口数量大，使得以arm 为基础的开发工作大大简化；它提供的用于在线调试的jtag 接口，极大地方便软件程序的设计与调试；借助于来自第三方开发者广泛的支持，设计者可以使用丰富的标准开发工具和arm 优化的应用软件。arm 平台的硬件和软件资源都有大量的技术支持，arm 相技术资料丰富，使得设计开发工作变得相对容易。考虑到arm 系统成本低、性能优越，结合监控系统的需要，在本次设计中采用arm 处理器+gprs通信模块的结构平台来实现。4.1.2系统终端的硬件功能设计远程终端在gprs 电梯监控系统中是一个十分重要的设备。从本质上来说，终端机就是一个小型的远程数据处理终端，它有两方面的作用，一方面采集电梯运行状态数据，获取电梯的工作参数和故障信息；另一方面类似于进行数据上传与接收的转发器，将终端采集的数据发送到监控中心，并接收来自监控中心的数据。终端机的微处理器利用其串行通信接口的功能进行数据通讯的信号传送，把微处理器的一路串口经过rs232电平转换电路连接到电梯控制器，进行电梯运行数据的采集，并对所采集的数据进行处理，按预定格式把处理后的数据打包；另一路串口则与gprs 通信模块相连接在一起，在微处理器与gprs 同模块之间以串行通信的方式实现信息的双向交换传送，微处理器把打包后的数据经gprs通信模块发送到监控中心，gprs 通信模块则把接收到的监控中心的数据传送到微处理器以待处理。终端机的工作过程：终端上电后向sim900a模块发送一系列的at指令，使sim900a登录到gprs网络后获得一个动态的ip地址，之后向监控中心发送连接请求。终端机和监控中心连接上后就可以相互发送数据了，因为gprs网络中如果一段时间没有发送数据则会自动断开终端与gprs网络的链接，所以还要每隔一段时间发送一次心跳包，以维持终端的永久在线。为了监控系统能够有效安全的运行，终端机要具备如下几个基本功能：参数配置 电梯编号：要能够为每一步电梯编一个唯一的编号，这里以sim卡的卡号作为唯一编号。操作权限码：为了保证安全需要为每个终端机设置一个权限码，监控中心要在控制终端机时发送一串权限码，只有权限码正确了，才能得到对终端机的控制权。 数据采集终端机依据协定在固定的时间间隔，采集电梯的运行状态参数量，如电梯处于运行还是停止状态和开、关门等开关量，所在楼层的实时值，以及定时向监控中心发送数据。故障报警当终端机和监控中心的连接出现故障或电梯出现意想不到的情况时，终端机会发出故障报警声或闪烁报警，提醒维修人员维护。4.1.3系统远程终端硬件设计主控模块设计本文采用stm32作为终端的主控芯片。stm32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的arm cortex-m内。按内核的不同可以分为不同的产品类型，其中stm32f1系列的有：stm32f103增强型系列，stm32f101基本型系列，stm32f105和stm32f107互联性系列。为了满足电梯监控的高性能和低功耗的要求，我们选择增强型的stm32系列。stm32f103xx增强型系列使用高性能的armcortex-m332位的精简指令内核，工作频率最高可以达到72mhz，内置高速存储器(高达128k字节的闪存和20k字节的sram)，丰富的增强i/o端口和联接到两条apb总线的外设。所有型号的器件都包含2个12位的adc、3个通用16位定时器和一个pwm定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个i2c和spi、3个usart、一个usb和一个can。stm32f103xx增强型系列工作于-40c至+105c的温度范围，供电电压2.0v至3.6v，一系列的省电模式保证低功耗应用的要求。正因为stm32集成了如此众多的片上模块，大大的减少我们终端机对外围模块的设计，大大减轻了我们的硬件电路设计工作，stm32的引脚图如图4-1。1、启动电路要想让stm32正常工作，启动电路是必不可少的，如图4-2所示的是stm32的晶振电路。2、稳压电路由于stm32的供电电压为2.0v3.6v，而外部输入电压为5v，所以还要在最小系统板里面用一个降压电路，电路图如图4-3所示。3、调试电路当然调试和下载程序的电路也是必不可少的，本设计中选择用jtag接口来调试和下载程序，接口电路图如图4-4所示：图4-1 stm32f103vet6引脚图fig. 4-1 the pins of stm32f013vet6图 4-2 晶振电路fig. 4-2 the schedule of crystals图4-3 稳压电路fig. 4-3 voltage regulator schedule图4-4 jtag电路图fig. 4-4 jtag schedule 通信模块设计本文中的gprs通信模块采用sim900a通信模块。sim900a是simcom公司专为中国大陆和印度市场设计的2频的gsm/gprs模块，工作的频率为：egsm 900mhz和dcs 1800mhz。sim900a支持gprs multi-slot class 10/class 8（可选）和gprs编码格式 cs-1，cs-2，cs-3和cs-4。sim900a采用省电技术，所以在sleep模式下最低耗流只有1.0ma。sim900a内嵌tcp/ip协议，扩展的tcp/ip at命令使用户方便使用tcp/ip 协议，其特性如表4-1，功能框图如图4-5，图4-6为基本电路图。图4-5 gprs模块功能框图fig. 4-5 the functional block diagram of gprs module表 4-1 sim900a模块特性table 4-1 the feature of sim900a module特性说明供电l 单电压：3.2v-4.8v省电l sleep模式下的耗流为1.0ma频段l 两频：egsm 900和dcs 1800，可以自动的搜寻两个频段。也可以通过at命令来设置频段。gprs数据特性l gprs 数据下行传输：最大85.6kbpsl gprs 数据上行传输：最大42.8kbpsl 编码格式：cs-1,cs-2,cs-3和cs-4l 支持通常用于ppp连接的pap（密码验证协议）协议串口l 支持标准的全功能串口l 传输速率支持从1200bps到115200bpsl 可以通过串口发送at命令和数据l 支持rts/cts硬件流控，并且可以通过软件打开或者关闭流控功能l 支持符合gsm 07.10协议的串口复用功能ll 支持从1200bps到57600bps的自动波特率检测功能图4-6 gprs的整体电路图fig. 4-6 the whole schedule of gprs 如表4-2列出了sim900a的引脚的各个功能。表4-2 sim900a引脚描述table 4-2 the description of sim900a pin引脚名称描述备注vbatl 模块采用单电源供电，通过3个vbat电源引脚供电，电压范围：3.24.8，电流2a。vrtcl 当系统电源vbat没电时，给实时时钟提供电流输入。当vbat有电而且后备电池电压过低时给后备电池充电。需要接后备电池或电容vdd_extl 2.8v 电源输出如果不用保持悬空gdn l 接地pwrkeyl 通过拉低pwrkey并保持至少1秒然后释放，可以开启模块。同样，用户可以通过拉低pwrkey保持至少一秒然后释放，就可以关闭模块了。模块内部已经上拉至3vnetledl 网络状态指示rxdl 数据接收dtr已经内部上拉到vdd_extrxd如果不用需要外部上拉到vdd_ext.其他不用的引脚保持悬空。txdl 数据发送rtsl 发送请求ctsl 发送清除ril 振铃提示dsrl 数据设备准备dcdl 数据载波检测dtrl 数据终端准备sim900a模块包括天线接口、电源接口、串口、lcd接口、音频接口、sim卡接口等。本设计中只用到天线接口，sim卡接口，串口和电源接口。1、电源电路图4-7为模块的电源电路图，vcc_4为4v的意思。in4007能起到1.1v的压降的作用，所以在输入5v的时候，经过in4007的降压他就会变成3.9v了基本上是sim900a的工作电压了。同时它还起到一个保护模块防反接的作用和限制电流为1a的作用。图4-7 sim900a电源电路图fig. 4-7 the power schedule of sim900a2、模块启动电路图4-8为模块的启动电路图，设置为上电启动。通过拉低pwrkey并保持至少1秒然后释放，可以开启模块。图4-8 gprs启动电路原理图fig. 4-8 the starting schedule of gprs3、sim卡接口gprs模块要连接得上网络要有sim卡，而且sim卡要有gprs服务。模块里面的sim卡的引脚功能和电路图如下所示。表4-3 sim卡引脚描述table 4-3 the description of sim cart引脚描述备注sim_vddl sim卡电源sim卡的所有信号线都应该通过tvs二极管来做静电保护。sim_datal sim卡数据信号sim_clkl sim卡时钟信号sim_rstl sim卡复位信号sim_presencel sim卡拔插检测信号如果不用，保持悬空。图4-9 sim卡电路原理图fig. 4-9 the schedule of sim cart主控模块与通信模块的连接可以直接将stm32的串行口和sim900a gprs模块串行口交叉相连，直接进行串口通信，接口电路图如图4-10。图4-10 stm32和sim900a的接口fig. 4-10 the interface between stm32 and sim900a在上电启动gprs模块并初始化后可以通过观察gprs模块上的d5和d6的闪烁快慢来了解，gprs模块的工作状态，如表4-4。表4-4 gprs工作状态table 4-4 the work status of gprsd5d6模块工作状态长亮亮一秒灭一秒（快闪）模块正在搜索网络长亮亮一秒灭三秒（慢闪）模块已搜索到网络可以正常工作反复长亮几秒灭一秒亮一秒灭一秒（快闪）电源电流或电压不能满足要求熄灭亮一秒灭三秒（慢闪）有电话进来了，模块串口发出ring字符串灭一下后长亮亮一秒灭三秒（慢闪）接收到一条信息主控模块与电梯控制器的连接主控模块与电梯控制器数据的传输是通过rs232串口线来传输的。rs232是在1970年由美国电子工业协会(eia)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备(dte)和数据通讯设备(dce)之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的db-25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。后来ibm的pc机将rs232简化成了db-9连接器，从而成为事实标准。而工业控制的rs-232口一般只使用rxd、txd、gnd三条线。rs-232c 标准（协议）的全称是 eia-rs-232c 标准，其中eia (electronic industry association）代表美国电子工业协会，rs（recommended standard）代表推荐标准，232是标识号，c代表rs232的最新一次修改（1969），在这之前，有rs232b、rs232a。eia-rs-232c对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在txd和rxd上：逻辑1(mark)=-3v-15v,逻辑0(space)=+3+15v。在rts、cts、dsr、dtr和dcd等控制线上：信号有效（接通，on状态，正电压）=+3v+15v。信号无效（断开，off状态，负电压）=-3v-15v。因为rs232与ttl系统不兼容，一般都用电平转换芯片来转换，常用max232，电路图如图4-11所示：图4-11 max232电路图fig. 4-11 max232 schedule4.2系统远程终端的软件设计4.2.1 软件开发环境arm开发工具mdk 即realview mdk 或mdk-arm（microcontroller development kit），是 arm 公司收购keil公司以后，基于uvision界面推出的针对arm7、arm9、cortex-m0、cortex-m1、cortex-m2、cortex-m3、cortex-r4等arm处理器的嵌入式软件开发工具。mdk-arm 集成了业内最领先的技术，包括 uvision4 集成开发环境与 realview 编译器rvct。支持 arm7、arm9 和最新的cortex-m3/m1/m0 核处理器，自动配置启动代码，集成 flash 烧写模块，强大的 simulation 设备模拟，性能分析等功能，与 arm 之前的工具包 ads 等相比，realview 编译器的最新版本可将性能改善超过 20%。keil公司开发的arm开发工具mdk，是用来开发基于arm核的系列微控制器的嵌入式应用程序。它适合不同层次的开发者使用，包括专业的应用程序开发工程师和嵌入式软件开发的入门者。mdk包含了工业标准的keil c编译器、宏汇编器、调试器、实时内核等组件，支持所有基于arm的设备，专为微控制器应用而设计，不仅易学易用，而且功能强大，能够满足大多数苛刻的嵌入式应用。因此，本系统中用mdk来开发。at指令在应用中，控制器通过串口发送at命令来控制gprs模块。at指令是一个借口标准，其指令格式都比较固定。所有命令行必须以“at”或“at”作为开头，以回车（）作为结尾。如果sim900a的波特率和串口的波特率不一样的话，要首先同步波特率，即发两次”at”指令就可以了，这是 因为sim900a具有自动串口波特率识别功能（识别范围：1200115200）。sim900a模块提供的at命令包含符合gsm07.05、gsm07.07和itu- trecommendationv.25ter的指令，以及simcom自己开发的指令。所有at命令从语法上可以分为三类：“基础类”，“s 参数类”以及“扩展类”。常用的at指令：at+cpin：该指令用于查询sim卡的状态，主要是pin码，如果该指令返回：+cpin:ready，则表明sim卡状态正常，返回其他值，则有可能是没有sim卡。at+csq ：该指令用于查询信号质量，返回sim900a模块的接收信号强度，如返回：+csq:30,0，表示信号强度是30（最大有效值是31）。at+cops：该指令用于查询当前运营商，该指令只有在连上网络后，才返回运营商，否则返回空，如返回：+cops:0,0,chinamobile，表示当前选择的运营商是中国移动。at+cgmi：该指令用于查询模块制造商，如返回：simcom_ltd，说明sim900a模块是simcom公司生产的。at+cgmm：该指令用于查询模块型号，如返回：simcom_sim900a，说明模块型号是sim900a。at+cgsn：该指令用于查询产品序列号（即imei号），每个模块的imei号都是不一样的，具有全球唯一性，如返回：869988012018905，说明模块的产品序列号是：869988012018905。tcp连接指令：at+cgclass=b，设置移动台类别为b。即，模块支持包交换和电路交换模式，但不能同时支持。at+cgdcont，用于设置pdp上下文。发送：at+cgdcont=1,ip,uninet，设置pdp上下文标志为1，采用互联网协议（ip），接入点为uninet。at+cgatt，用于设置附着和分离gprs业务。发送：at+cgatt=1，附着gprs业务。at+cipcsgp，用于设置csd或gprs链接模式。发送：at+cipcsgp=1,uninet，设置为gprs连接，接入点为”uninet”。at+clport，用于设置本地端口号。发送：at+clport=tcp,8888，即设置tcp连接本地端口号为8888。at+cipstart，用于建立tcp连接或注册udp端口号。发送：at+cipstart=tcp,180.120.52.222,8086，模块将建立一个tcp连接，连接目标地址为：180.120.52.222，连接端口为8086，连接成功会返回：connect ok。at+cipsend，用于发送数据。在连接成功以后发送：at+cipsend，模块返回：，此时可以输入要发送的数据，最大可以一次发送1352字节，数据输入完后，同发短信一样，输入十六进制的：1a（0x1a），启动发送数据。在数据发送完成后，模块返回：send ok，表示发送成功。at+cipstatus，用于查询当前连接状态。发送：at+cipstatus，模块即返回当前连接状态。at+cipclose，用于关闭tcp/udp连接。发送：at+cipclose=1，即可快速关闭当前tcp/udp连接。at+cipshut，用于关闭移动场景。发送：at+cipshut，则可以关闭移动场景，关闭场景后连接状态为：ipinitial，可以通过发送：at+cipstatus，查询。另外，在连接建立后，如果收到：+pdp:deact，则必须发送：at+cipshut，关闭场景后，才能实现重连。4.2.2 软件程序设计软件程序设计部分包括电梯运行状态数据的采集和远程数据传输两部分。 数据采集终端机的数据采集通过rs232串口线来采集电梯控制器里面的数据，然后将采集到的数据按照协议来讲数打成数据包，在通过主控芯片传到gprs模块，然后上传到系统的监控中心。每个电梯里面都安装有一个终端机，总的系统结构图，如图4-12所示：系统监控中心终端机1终端机2终端机n图 4-12 系统结构图fig. 4-12 system structure将采集的数据封装成数据，数据包的结构如图4-13所示。0x1f是包头，0xf1是包尾，这两个是用来区分从终端机发过来的数据的标识符。地址码用终端的每个sim卡的卡号来表示。0x1f地址码信息域0xf1图4-13 数据包结构图fig. 4-13 the packet structur