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近年來，嵌入式技術發(fā)展迅速。嵌入式系統(tǒng)是指以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁減，適合應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)傳輸領域，嵌入式系統(tǒng)具有傳統(tǒng)的微機系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢。首先，硬件集成度高，程序可固化在FLASH／ROM等芯片中，不易破壞，因此系統(tǒng)可靠性大大提高；其次，隨著集成電路技術的飛速發(fā)展，高端微型處理器和SoC廣泛應用，嵌入式系統(tǒng)的體積不斷減小，攜帶和使用非常方便；再次，嵌入式系統(tǒng)易擴展出輸入／輸出(I／O)接口來實現(xiàn)各種功能；最后，嵌入式系統(tǒng)具有成本低、開發(fā)周期短的特點。 遠程數(shù)據(jù)通信可以采用多種形式，但主要的有兩大類：專用網(wǎng)絡和公用網(wǎng)絡。公用網(wǎng)絡由商業(yè)網(wǎng)絡運營公司建設和經(jīng)營，向用戶提供各種網(wǎng)絡接入服務，特別適合構建低成本、高性能數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。公用網(wǎng)絡又分為有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡，而無線網(wǎng)絡具有接入方便等獨特的優(yōu)勢，因而可以非常方便地構建移動數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。 隨著我國電網(wǎng)的不斷擴大，輸電線路越來越多、越來越復雜，給線路運檢人員日常維護和檢修造成了一定的困難。輸電線路運檢人員一般工作在野外，需要用導航系統(tǒng)來識別路徑，當遇到危險情況下尋求救援時也需要將自己的位置信息傳輸給監(jiān)控中心。而目前普遍使用的手持定位系統(tǒng)和車載定位系統(tǒng)只能實現(xiàn)市區(qū)和主干道上的導航，不能滿足輸電線路運檢導航的需要。輸電線路運檢導航系統(tǒng)的設計有效地解決了目前導航系統(tǒng)的弊端。 本文重點是解決輸電線路運檢導航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸問題，采用GPRS技術結合Linux操作系統(tǒng)實現(xiàn)。關于應用嵌入式技術和無線移動網(wǎng)絡技術的融合，實現(xiàn)遠程的數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)出現(xiàn)了不同的研究方案，并充分展現(xiàn)了其廣闊的應用領域和前景。 1 系統(tǒng)總體設計 整個系統(tǒng)由手持終端和遠端服務器構成，系統(tǒng)整體結構如圖1所示。手持終端設備通過GPRS無線網(wǎng)絡實現(xiàn)與監(jiān)控中心服務器之間的通信，使得當監(jiān)控中心接入Internet網(wǎng)絡時能夠接收來自手持終端的數(shù)據(jù)，并在監(jiān)控中心大屏幕上顯示。 手持終端采用ARM-Linux系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心部件ARM(AdvancedRISC Machines)處理器是專門針對嵌入式設備設計的，是目前構造嵌入式系統(tǒng)硬件平臺的首選，采用RISC(精簡指令集計算機)架構的ARM微處理器具有體積小、低功耗、低成本、高性能的特點。而Linux操作系統(tǒng)可公開獲得的源代碼已經(jīng)在性能、功能、驅(qū)動開發(fā)和可移植性等方面經(jīng)歷了無數(shù)的改進、增強及擴充，其操作系統(tǒng)代碼可裁減，所以采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)可以大大提高系統(tǒng)的可靠性，充分發(fā)揮處理器的多任務潛力，提高開發(fā)效率和縮短開發(fā)周期。 2 系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 手持終端硬件結構主要分為以下幾個部分：ARM處理器及其擴展接口、觸摸屏、電源、GPS模塊、GPRS模塊等。手持終端硬件平臺以S3C2410控制器為核心，其他模塊通過它的內(nèi)部接口，輔助以設計的外部電路來完成相應的功能。 S3C2410自帶3通道UART，這里使用的串口2與GPRS模塊相連，如圖2所示。由圖中可以看出GPB6～8代替了串口2的CTS，DCD和DTR握手信號，因此要在串口驅(qū)動中將原來對于串口2“DCD，DTR，CTS”信號操作的地方，改成相應對“GPB6～8”的操作；此外，因為要給MC35i模塊“IGT”引腳至少100 ms的低脈沖用于啟動Mc35i模塊，而這個脈沖是通過由軟件的方法對-GPB9腳寫0和1來產(chǎn)生，因此要在驅(qū)動中串口初始化的部分添加這個脈沖產(chǎn)生的代碼，用于啟動GPRS模塊。 系統(tǒng)使用的嵌入式Linux內(nèi)核版本是2．6．14，其中串口驅(qū)動的部分位于ARM板內(nèi)核的kernel／driv-ers／serial和／kernel／drivers／char／目錄下。其中串口初始化部分位于／kernel／drivers／serial／serials3c2410．c文件中。對其進行如下修改： 對于握手信號的處理位于／home／guoguo／kernel／drivers／char／serial．c文件中。主要需要修改的函數(shù)有：check_modem_status()，get_modem_info()，block_til_ready()，line_info()，autoconfig()等函數(shù)。 上述的函數(shù)中都有涉及到讀握手信號的狀態(tài)進行判斷操作，而讀握手信號值主要是通過讀modem狀態(tài)寄存器的值來實現(xiàn)，在內(nèi)核中modem狀態(tài)寄存器被定義為UART_MSR，UART_MSR共8 b，從高到低每個bit依次代表的是DCD，RI，DSR，CTS，DDCD，TERI，DDSR，DCTS的值(高低電平)，因此要將這些函數(shù)中對UART MSR的狀態(tài)值status進行判斷處理前，相應的位賦上正確的值，這個值從相應的GPIO腳來獲取。 3 系統(tǒng)通信程序?qū)崿F(xiàn) 在Linux下要完成與掛接在Internet上的通信服務器通信，首先需要經(jīng)過GPRS模塊初始化和GPRS網(wǎng)絡連接，然后才能使用TCP／IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。 GPRS模塊初始化程序功能：實現(xiàn)MC35i模塊初始化并完成MC35i與S3C2410的邏輯連接。在該程序內(nèi)部使STB選通信號變?yōu)楦唠娖剑⒊掷m(xù)規(guī)定時間，然后恢復成低電平，完成對MC35i的初始化工作，緊接著通過有關控制信號實現(xiàn)S3(22410與MC35i的邏輯連接。初始化程序可直接在Linux命令行下執(zhí)行命令In-smodigto即可完成。 GPRS網(wǎng)絡連接程序功能：使Mc35i以某種通信協(xié)議連接到GPRS網(wǎng)絡上。網(wǎng)絡連接使用第三方提供的內(nèi)置PPP通信協(xié)議的軟件，其命令如下： /connect 當連接成功后，由于GPRS網(wǎng)絡通過中國移動網(wǎng)關連接到了Internet網(wǎng)，因此就可以利用TCP／IP協(xié)議與Internet上的任何IP地址進行通信了。 由于Linux操作系統(tǒng)已內(nèi)置TCP／IP協(xié)議棧，因此可以直接使用套接字編程實現(xiàn)TCP／IP的數(shù)據(jù)傳輸。套接字的基本模式是C／S(客戶／服務器)，內(nèi)置GPRS模塊的設備工作在客戶模式，而遠程Internet網(wǎng)上的通信服務器工作在服務器模式。客戶端程序基本流程是：創(chuàng)建套接字，綁定套接字到已知端口上，然后請求連接，最后調(diào)用數(shù)據(jù)收發(fā)函數(shù)進行數(shù)據(jù)的發(fā)送。在客戶端通信程序執(zhí)行前，服務器端的程序必須完成初始化并開始偵聽。 客戶端程序如下： 4 監(jiān)控中心軟件設計 監(jiān)控中心程序負責整個工作區(qū)域畫面的顯示，特殊區(qū)域劃分的繪制和管理以及對所有運檢人員的跟蹤。根據(jù)電力部門對各工作區(qū)域的特殊區(qū)域劃分，將其用不同的顏色顯示，方便監(jiān)控人員的監(jiān)視及管理。 監(jiān)控中心軟件利用MapXMobile控件實現(xiàn)GIS的基本功能，以Microsoft公司的可視化開發(fā)環(huán)境VC為開發(fā)平臺，進行二次開發(fā)。 手持終端系統(tǒng)通過綁定操作綁定到目標主機(上位機服務器)IP地址和某一端口(本系統(tǒng)設置為5200)，并通過TCP進行數(shù)據(jù)交換。運用網(wǎng)絡編程的方法實現(xiàn)監(jiān)控中心軟件讀取端口5200接收到的數(shù)據(jù)，并實時地在監(jiān)控畫面上顯示出來，從而實現(xiàn)位置監(jiān)控。 目前廣泛應用的監(jiān)控中心電子地圖，一般只能顯示主要城市市區(qū)和主干道地圖，不能顯示縣級以下電子地圖，而本系統(tǒng)繪制了縣級以下電子地圖，從而實現(xiàn)了對輸電線路運檢人員位置的有效監(jiān)控。 監(jiān)控中心軟件電子地圖的主要創(chuàng)新點在于： 縣級以下公路的顯示 這部分主要是利用采集的地圖數(shù)據(jù)，結合SQL數(shù)據(jù)庫或MSACCESS數(shù)據(jù)庫，以VC為開發(fā)平臺進行繪制； 路徑軌跡的記錄與回放 利用GIS控件中的函數(shù)，通過對數(shù)據(jù)庫中路徑軌跡數(shù)據(jù)的操作，實現(xiàn)路徑軌跡的回放。 5 結 語 該研究設計了基于Linux和GPRS的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，并介紹了數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的硬件組成、硬件連接方案及串口驅(qū)動的修改，同時列出了軟件的實現(xiàn)方法。本研究還結合該系統(tǒng)在輸電線路運檢導航系統(tǒng)中的應用，闡述了系統(tǒng)的組成、功能和特點。 該系統(tǒng)在科學研究和實際應用方面的網(wǎng)絡功能優(yōu)勢明顯。在輸電線路運檢中，運行班組相對固定的情況下，該系統(tǒng)使得其他參與檢修人員在線路年度大修和故障搶修時不需要運行班組專人帶路，節(jié)省人力也提高了效率；同時監(jiān)控中心又可以對檢修人員的位置進行實時監(jiān)控。 GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式的快速性和實時性能夠滿足傳輸定位數(shù)據(jù)的需求，而且能夠直接與互聯(lián)網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，應用靈活方便。測試結果表明，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)信號的可靠傳輸。但該系統(tǒng)在機密數(shù)據(jù)傳輸保密上，還有待進一步完善。 |
