（信號與信息處理專業(yè)論文）基于gsm網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)供熱站溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

基于g s m 網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)供熱站溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘要 本文利用第二代移動通信系統(tǒng)一g s m 網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有短消息的數(shù)據(jù)傳輸 建立了應(yīng)用于小區(qū)供熱站的溫度采集系統(tǒng)。可在供暖舒適度達(dá)標(biāo)的狀況 下，實(shí)現(xiàn)對熱能流的信息采集與處理以及精確控制，為我國當(dāng)前解決既有 建筑采暖高耗能的難題提供了一種基于信息技術(shù)的新方法。本系統(tǒng)采用 s i e m e n sm c 3 5 i 通信模塊和m c s 一5 1 系列的單片機(jī)( w i n b o n dw 7 8 e 5 1 6 b ) 互連構(gòu)成采集終端系統(tǒng)，通過a t 指令，實(shí)現(xiàn)了小區(qū)供熱站檢測中心對小 區(qū)用戶室內(nèi)溫度、室外溫度等物理量的采集和傳輸。并且，對小區(qū)供熱站 各關(guān)鍵控制參數(shù)的預(yù)測算法進(jìn)行了研究，提高了關(guān)鍵控制參數(shù)預(yù)測的精 度。 本文共分為6 章，第一章淪述了g s m 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)介紹了短消息 業(yè)務(wù)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、及發(fā)展方向等方面的內(nèi)容。 在對g s m 網(wǎng)絡(luò)及短消息數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分析的基礎(chǔ)上，本文在第二章進(jìn)行 了溫度采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，整個(gè)溫度采集系統(tǒng)分被為兩 個(gè)部分：供熱站檢測中心系統(tǒng)和前端溫度采集模塊。第三章講述了溫度采 集系統(tǒng)檢測中心的建沒，其中包括檢測中心系統(tǒng)硬件構(gòu)架和軟件設(shè)計(jì)，給 出了系統(tǒng)的接口電路圖、軟件流程圖和程序設(shè)計(jì)。在硬件構(gòu)架的設(shè)計(jì)中， 實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)并口對串口擴(kuò)展的控制，并在軟件沒計(jì)中采用設(shè)各驅(qū)動程序 方法實(shí)現(xiàn)了對并口的訪問。 第四章介紹了前端溫度采集模塊硬件電路和軟件設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)硬 件電路圖、軟件流程圖及部分關(guān)鍵程序代碼。在軟件的設(shè)計(jì)過程中，借用 了有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)思想，使得程序更加穩(wěn)定、程序設(shè)計(jì)邏輯更加清晰， 有利于軟件系統(tǒng)的擴(kuò)展和剪裁。 第五章對小區(qū)供熱站關(guān)鍵控制參數(shù)預(yù)測算法進(jìn)行了研究，改進(jìn)了神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動型模糊推理系統(tǒng)一n n f r 模型，并將其與k o h o n e n 十經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié) 合起來，通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)預(yù)測結(jié)果良好。 第六章對該溫度采集技術(shù)的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值作出了展望，并給出 了系統(tǒng)下一步的工作。 關(guān)鍵詞：小區(qū)供熱；短消息業(yè)務(wù)：多線程；嵌入式開發(fā)；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) t h ed e s ig na n dr e a iiz a t i o no ft e m p e r a t u r ed a t a o o ii e c t i o nf o rh e a t in gs t a r i o no fs e p a r a t ea r e a s b a s e do ng s mn e t w o r k a b s tr a c t b a s e do ns m ss e r vic eo ng s mn e t w o r k ，t h e2 “g e n e r a tio nn e t w o r k o fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ，t h es y s t e mo ft e m p e r a t u r ed a t ac o l l e c t i o n u s e di nh e a t i n gs t a t i o n so fs e p a r a t ea r e a si sd e s i g n e da n ds e t u p t h i ss y s t e mr e a l i z e sd a t ac o l l e c t i o na n dp r o c e s sf o rh e a te n e r g y f l o wa n dp r e c i s ec o n t r o lo nh e a t i n gs t a t i o n s a n dt h i ss o l u t i o n p r o v i d e san e wm e t h o d ，b a s e do hi n f o r m a l i o n t e c h n o l o g y ，t o e n e r g y s a v i n gi n n o v a t i o nf o re x i s t i n gb u il d i n g st h a ta r eh i g h e n e r g yc o n s u m i n g i nt h i ss y s t e m ，g s mc o m m u n i c a t i o nm o d u l e s ， s i e m e n sm c 3 5 i ，a n ds i n g l e c h i p s ，w i n b o n dw 7 8 e 5 1 6 b ( b e l o n g st ot h e s e t i e so fm c s 5 1 ) ，a r eu s e dt o c o m p o s eac o l l e c t i o nm o d u l e b va t c o m m a n d s ，t h ed e t e c t i n gc e n t e ro fs e p a r a t eh e a t l n gs t a t i o nd e t e c t s t e m p e r a t u r ec h a n g e si na n do u to fu s e r s h o u s e sa n dr e c e i v e sd a t a s c o l l e e r e db yc o l l e c t i o nm o d u t e s i nt h ee n d t h ef o r e c a s ta l g o r i t h m o fk e yp a r a m e t e r sf o rc o n t r o l l i n gh e a t i n gm a c h i n e si ss t u d i e d t h e i m p r o v e da l g o r i t h mm a k e st h ef o r e c a s t o fk e yp a r a m e t e r sm 。r e p r e c i s e t h et h e s i si sc o m p o s e do f6c h a p t e r s c h a p t e rld e s c r i b e st h e a r e h i t e c t u r eo fg s mn e t w o r k ，a n df o c u s e so r t h es m ss e r v i c e m e a n w h i l e ，t h ec h a r a c t e r s ，s t r u c t u r ea n dh o tt r e n do fs m ss e r v i c e a r ein t r o d u c e d b a s eo nt h ea n a l y s i so fs m ss e r v i c ei n c h a p t e rl ，n e t w o r k s t r u c t u r eo ft h iss y s t e misd e s i g n e di nc h a p t e r2 a c c o r d i n gt ot h e s t f u c t u r e ，t h ew h o l em o n i f o rs y s t e mi sd i v i d e din t o2p a r t s o n e isd e t e c t i n gc e n t e r ，a n dt h eo t h e ri sc 0 11 e c t i o nm o d u l e c h a p t e r 3p o i n t so u th o wt os e tu pt h ed e t e c t i n gc e n t e r ，i n c l u d i n gh a r d w a r e a r c h l t e c t u r ea n dd e s i g no f s o f t w a r e t h i sc h a p t e ra l s od is p l a y s c i r c u i td i a g r a m so f 。h a r d w a r ei n t e r f a c e sa n df 1 0 wc h a r t so fs o f t w a r e i nt h eh a r d w a r ed e s i g n ，e x t e n d i n gs e r i a l p o r t isr e a l i z e du s in g p a r a l l e lp o r tt oc o n t r o ls e l e c t i o nl o g i c a n dd r i v e rp r o g r a m m in g i su s e dt 0a c c e s st h ep a r a l l e lp o r t c h a p t e r4i n t r o d u c e sh o wt od e s i g nt h ec i r c u i to fh a r d w a r e s t r u c t u r ea n de m b e d d e ds o f t w a r er u n n i n go ni tf o rt h ec o l f e e t i o n m o d u l ea n da l s od i s p l a y sc i r c u i td i a g r a m so fh a r d w a r e ，f l o wc h a r t s o fs o f t w a r ea n dk e yc o d e s d u r i n gt h i sd e s i g n ，f i r a t l y ，f i n i t es t a t e m a c h i r ei si n t r o d u c e d t h e nt h i sm e t h o di sa p p l l e dt os o f t w a r e d e s i g n i tm a k e ss o f t w a r es t r o n g e r ，a n dd e s i g nl o g i cc l e a r e r ，a n d i so fg r e a th e n e f i tt ot h ee x p a n s i o na n dc u tf o rs o f t w a r es y s t e m i nc h a p t e r5 ，t h ef o r e c a s ta l g o r i t h mo fk e yp a r a m e t e r sf o r c o n t r o l l i n gh e a t i n gm a c h i n e siss t u d i e d i ti m p r o v e so nn e u r a l n e t w o r k d r i v e nf u z z yr e a s o n i n g ( n n f r ) m o d e lt oc o m b i n ew i t hk o h o n e n n e t w o r k s i tw o r k sw e l lv e r i f i e db ye x p e r i m e n t a t i o n s c h a p t e r6i sac o n c l u d i n go n e i ti n d i c a t e st h i ss y s t e mh a st h e g r e a tv a l u ei np o p u l a r i z e da p p l i c a t i o n s a n dt h i sc h a p t e ra l s os a y s w h a ts h o u l db ed o n en e x ts t e pf o rs y s t e mu p d a t e k e y w o r d s ：h e a t i n gs t a t i o n ；s h o r tm e s s a g es e r v i c e ：m u i t i t h r e a d e m b e d e ds o f t w a r e ；n e u r aln e t w o r k 皋于g s m 咐絡(luò)的小區(qū)供熱站溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 0 前言 近年來，我國建筑規(guī)模迅速擴(kuò)大，現(xiàn)在一年建成的房屋建筑面積，比 所有發(fā)達(dá)國家一年建成的房屋建筑面積的總和還要多。本世紀(jì)頭2 0 年內(nèi)， 建筑業(yè)仍將迅速發(fā)展。預(yù)計(jì)到2 0 2 0 年底，全國房屋建筑面積將達(dá)6 8 6 億 平方米，其中城市為2 6 1 億平方米。如此巨大的建筑規(guī)模，在世界上是空 前的。 然而，房屋在約1 0 0 年左右的使用期間內(nèi)，需要不斷消耗大量的能源， 主要用于采暖、空調(diào)、通風(fēng)、熱水供應(yīng)、照明、炊事、家用電器等方面。 如果浪費(fèi)能源的房屋建得越多，遺留下來的能源消耗的負(fù)擔(dān)就越發(fā)沉重。 發(fā)達(dá)國家從! 9 7 3 年能源危機(jī)時(shí)就開始關(guān)注建筑節(jié)能，之后由于減排 溫室氣體、緩解地球變暖的需要，更加重視建筑節(jié)能。在生活舒適性不斷 提高的條件下，新建建筑單位面積能耗己減少到原來的1 3 1 5 ，對既有 建筑也早已組織了大規(guī)模的節(jié)能改造，而我國建筑節(jié)能工作總體上卻行動 遲緩，至今城鎮(zhèn)建成的節(jié)能建筑僅占城鎮(zhèn)建筑總面積的2 。 建設(shè)部等相關(guān)部門制定了建筑節(jié)能管理辦法，編制了一批建筑節(jié)能設(shè) 計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但是，從總量上來看，到目前為止，不僅既有的4 0 0 多億平方米 城鄉(xiāng)建筑中的9 9 為高耗能建筑，而且新建的數(shù)量巨大的房屋建筑中， 9 5 以上還是高能耗建筑。單位建筑面積采暖能耗高達(dá)氣候條件相近的發(fā) 達(dá)國家新建建筑的3 倍左右。而舒適度卻遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)國家。 今后，隨著人民生活水平的提高，人們對建筑熱舒適性的要求越來越 高。冬天室溫由1 2 攝氏度、1 6 攝氏度提高到1 8 攝氏度甚至2 0 攝氏度； 熱天的室溫由3 2 攝氏度降低至2 8 攝氏度，甚至2 4 攝氏度。同時(shí)，采暖 區(qū)大大向南擴(kuò)展。隨著某些村鎮(zhèn)的漸趨富裕，采暖將在許多村鎮(zhèn)逐步得到 發(fā)展。使用采暖的時(shí)間也在延長。 嚴(yán)峻的事實(shí)表明，發(fā)展節(jié)能與綠色建筑刻不容緩。開展建筑節(jié)能，一 方面要對既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造：另一方面，要加強(qiáng)節(jié)能建筑的建設(shè)。 當(dāng)前，在城鎮(zhèn)新建小區(qū)的建設(shè)中，為了使商品房增值，新建小區(qū)均優(yōu) 先考慮供熱網(wǎng)的配套建設(shè)。由大型熱電站為中心的城市供熱網(wǎng)，顯然是首 選方案，但是由于受到地形、選址、投資、環(huán)保諸多因素的限制，許多小 區(qū)采取了因地制宜的方式，選擇建設(shè)小區(qū)供熱站。這種供熱站煙囪高度一 般為3 0 米，并與樓層外墻“隱蔽”結(jié)合，配以l o 2 0 噸往復(fù)鏈條爐排式 水暖鍋爐，供熱面積一般可達(dá)十幾萬到幾十萬平方米。如何對小區(qū)用戶的 供暖情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，從而對小區(qū)供熱站鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制， 中圍海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文 不僅具有重要的理論研究價(jià)值，而且具有顯著的節(jié)能和環(huán)保方面的意義。 數(shù)據(jù)通信是通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新的通信方 式。要在兩地間傳輸信息必須有傳輸信道，根據(jù)傳輸媒體的不同，有有線 數(shù)據(jù)通信與無線數(shù)據(jù)通信之分。 有線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中常用的下位機(jī)是各種單片機(jī)，例如m c s 一5 1 系列 等。此類單片機(jī)設(shè)置了全雙工的串行口，可以同時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)送，可以 選擇多種通信模式。然而，由于r s 2 3 2 接口傳輸距離只有幾十米，即使 轉(zhuǎn)換成工業(yè)r s 一4 8 5 接口，傳輸距離也只有幾千米，且需要鋪設(shè)專門線路， 布線費(fèi)用高。對于更遠(yuǎn)距離的傳輸就無能為力了，所以應(yīng)用受到了限制【1 l 。 數(shù)據(jù)的無線通信是無線監(jiān)測系統(tǒng)的核心技術(shù)。而目前市場上的微功率 數(shù)傳模塊一般是采用單片式的無線收發(fā)芯片加上幾個(gè)外圍元件”搭”起來 的，這類產(chǎn)品成本e e 較低廉，但技術(shù)指標(biāo)及穩(wěn)定性較差，其通訊距離受到 發(fā)射功率、接收靈敏度、抗干擾性能、m o d e m 解調(diào)靈敏度、數(shù)據(jù)傳輸 速率、天線架設(shè)高度、天線增益、饋線損耗、電磁環(huán)境、地形特征、天氣 狀況、是否采用中繼等因素的影響。并且，無線通信系統(tǒng)的數(shù)傳電臺應(yīng)工 作在國家無線電管理委員會指定的2 3 0 m h z 無線數(shù)傳專用頻段【2 l 。 g s n 調(diào)制解調(diào)器的出現(xiàn)給6 s n 的發(fā)展注入了新的活力，它改變了傳統(tǒng) 的以話音為主的通信手段，打開了g s m 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信及其應(yīng)用的大門。以 g s m 網(wǎng)絡(luò)作為無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以開發(fā)出各種前景極其可觀的各類應(yīng)用。 而且當(dāng)短消息的使用量龐大時(shí)，資費(fèi)方面可以和通信公司簽訂協(xié)議，根據(jù) 具體短消息的使用量進(jìn)行優(yōu)惠。顯然這種監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用極其廣泛。 根據(jù)以上對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的分析，結(jié)合我國未來一段時(shí)間內(nèi)將對既有 建筑采暖節(jié)能改造的迫切需求，我們提出了將g s m 短消息數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用 于小區(qū)供熱站對小區(qū)用戶室內(nèi)室外溫度的監(jiān)測和采集，為精確的溫度控制 提供了可靠的參考，在保持舒適度的情況下，節(jié)約了采暖用能，保護(hù)了大 氣環(huán)境。下圖0 1 是系統(tǒng)的實(shí)施方案圖：終端采用單片機(jī)串口和通信模塊 相連的單片機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部用a t 指令進(jìn)行通信，并以短消息的形式通 過g s m 網(wǎng)絡(luò)與小區(qū)供熱站檢測中心相互通信；檢測中心則提供供熱設(shè)備 關(guān)鍵控制參數(shù)的可靠參考。 幽01 系統(tǒng)框圖 中國海洋犬學(xué)預(yù)：l ：學(xué)位論文 1 g s m 系統(tǒng)概述 1 1g s m 系統(tǒng)的組成 g s m 數(shù)字移動通信系統(tǒng)史源于歐洲。它的出現(xiàn)標(biāo)志著第二代移動通信 系統(tǒng)( 2 g ) 的誕生。所謂移動通信，一般是指移動體與固定地點(diǎn)、或者移 動體相互間的通過有線和無線信道進(jìn)行的通信?！?。g s m 網(wǎng)絡(luò)主要由交換網(wǎng) 路子系統(tǒng)( n s s ) 、無線基站子系統(tǒng)( b s s ) 和移動臺( m s ) 三大部分組成 i “。各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系及各子系統(tǒng)的組成如圖l ，l 所示。 j 一一 一 患甚蕊一i # + i 二 注釋 照 c o n 盼_ r ”o l 吼i e “r ”( b “s c ) 每個(gè)轟( m + o b i l e 膃 每個(gè)惦 澎 二一_ _ 三一 s t a t i o n ) 都由旺 b t s8 t sb t s( o i l 8 i 上 一l r 刪烈同， 黔黔 7 圖1 lg s m 系統(tǒng)框豳 ( 1 ) 交換網(wǎng)路子系統(tǒng) 交換網(wǎng)路子系統(tǒng)( n s s ) 主要完成交換功能和客戶數(shù)據(jù)管理、移動性 管理與安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。n s s 由一系列功能實(shí)體所構(gòu)成，各 功能實(shí)體介紹如下： 奪移動交換中心【m s c ) 是蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心，其主要功能是對位于 本m s c 控制區(qū)域內(nèi)的移動用戶進(jìn)行通信控制和管理。 奪原地位置寄存器( h l r ) 是一種用來存儲本地用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。 在蜂窩通信網(wǎng)中，通常設(shè)置若干個(gè)h l r ，每個(gè)用戶都必須在某個(gè)h l r r 相當(dāng)于該用戶的原籍) 中登記。 奪訪問位置寄存( v l r ) 是一種用于存儲來訪用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。 一個(gè)v 1 r 通常為一個(gè)y l s c 羥制區(qū)服務(wù)，也可為幾個(gè)相鄰m s c 控制區(qū)服 兩曼 i攀一 一回匿 中圈海洋夫掌順l 學(xué)位論文 務(wù)。當(dāng)移動用戶漫游到新的m s c 控制區(qū)時(shí)，它必須向該地區(qū)的v l r 申 請登匠 奪鑒權(quán)中心( a u c ) 的作用是可靠地識別用戶的身份，只允許有權(quán)用戶 接入網(wǎng)絡(luò)并獲得服務(wù)。 奪設(shè)備標(biāo)志寄存器( g i r ) 是存儲移動臺設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，主要完成 對移動設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能，以防止非法移動臺的入網(wǎng)。 ( 2 ) 無線基站子系統(tǒng) b s s 系統(tǒng)是在一定的無線覆蓋區(qū)域中由m s c 控制，與m s 進(jìn)行通信的 系統(tǒng)設(shè)備，它主要負(fù)責(zé)完成無線發(fā)送接收和無線資源管理等功能。功能實(shí) i 奉可分為基站收發(fā)臺( b t s ) 和基站控制器( b s c ) 。 奪基站收發(fā)臺( b t s ) 是一個(gè)無線接口設(shè)備，它完全由b s c 控制，主要 負(fù)責(zé)無線傳輸，完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道加密、 跳頻等功能。 奪基站控制器( b s c ) 是基站收發(fā)臺和移動交換中心( m s c ) 之間的連接 點(diǎn)，也為基站收發(fā)臺和操作維護(hù)中心f o m c ) 之間交換信息提供接口。 個(gè)基站控制器通?？刂茙讉€(gè)基站收發(fā)臺其主要功能是進(jìn)行無線信 道管理、實(shí)施呼叫和通信鏈路的建立和拆除，并對本控制區(qū)內(nèi)移動臺 的過區(qū)切換進(jìn)行控制等，是個(gè)提強(qiáng)的業(yè)務(wù)控制點(diǎn)。 ( 3 ) 移動臺 移動言就是移動客戶設(shè)備部分，由兩部分組成：移動設(shè)備( m e ) 和客 戶識別卡t s i m ) 。它采用t d w a 多址萬式與f f s s 通信，但在6 $ s 中同時(shí)有 八個(gè)用戶共用一個(gè)頻率，每一個(gè)占用一個(gè)時(shí)隙，在m s 中只占一個(gè)時(shí)隙”1 。 移動設(shè)備就是“機(jī)”，它可完成話音編碼、信道編碼、信息加密、信 息的調(diào)制和解調(diào)、信啟、發(fā)射和接收。 s i 卡f s u b s c r i b e ri d e n t i t y l o d u l e ) 即用戶身份識別模塊。該模 塊可以說是移動臺的功能實(shí)體，它包含了所需的用戶數(shù)據(jù)，特別是存有認(rèn) 證客戶身份所需的所有信息。除了某些特殊情況 如緊急呼叫等) ，在沒 有s i m 卡時(shí)g s m 用戶是不能接入g s m 網(wǎng)絡(luò)的。同時(shí)，s i m 卡應(yīng)符合1 s 0 7 8 1 6 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確地規(guī)定了機(jī)械和微電路卡的功能。 ( 4 ) 操作和維護(hù)中心 g s m 系統(tǒng)的操作和維護(hù)中心r o m c ) 主要是對整個(gè)g s m 網(wǎng)路進(jìn)行管理 和監(jiān)控。通過它實(shí)現(xiàn)對g s m 網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報(bào)告、故障診 斷等功能。 中國海洋大學(xué)順j 二學(xué)位論文 1 2 基于g s m 的短消息業(yè)務(wù) ( 1 ) 短消息業(yè)務(wù)的起源 1 9 9 2 年1 2 月，世界上第一條短消息通過英國沃達(dá)豐( v o d a f o n e ) 公 司的g s m 網(wǎng)絡(luò)從一臺電腦傳遞到了一部手機(jī)上。此后的幾年內(nèi)，短消息的 用途類似尋呼用于通知用戶語音郵件到達(dá)，并役有得到廣泛的應(yīng)用。 1 9 9 8 年，短消息的“境遇”有了根本性的變化。由于話音業(yè)務(wù)的增 長明顯放緩，發(fā)展移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的呼聲日益高漲。歐洲的些運(yùn)營商將目 光投向了短消息這個(gè)被冷落了數(shù)年的“金礦”。s o n e r a 、v o d a f o n e 、 m a n n e s m a n n 等先后上馬短消息業(yè)務(wù)( s m s ) ，力求造就新的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)， 從而迅速掀起了一場短消息熱潮。 ( 2 ) 短消息業(yè)務(wù)的定義 短信息服務(wù)是一種在移動網(wǎng)絡(luò)上傳送簡短信息的無線應(yīng)用，是一種信 息在移動網(wǎng)絡(luò)上儲存和轉(zhuǎn)寄的過程”。與普通的尋呼機(jī)制不同的是，s m s 是一項(xiàng)有保證的雙向服務(wù)i 。發(fā)送方可以在將短消息發(fā)送出去之后得到一 條確認(rèn)通知。短消息被發(fā)送出去之后，不是直接發(fā)送給接收方，而是先存 儲在s m c ( 短消息中心) ，然后再出s i c 將短消息轉(zhuǎn)發(fā)給接收方。如果接 收方當(dāng)時(shí)關(guān)機(jī)或不在服務(wù)區(qū)內(nèi)，s m c 就會自動保存該短消息，等到接收方 在服務(wù)區(qū)出現(xiàn)的時(shí)候再發(fā)送給他。同時(shí)，s m s 又是非對稱業(yè)務(wù)，它使用s s 7 信令信道“傳輸數(shù)據(jù)分組。所以，系統(tǒng)可以支持短消息與話音、傳真等業(yè) 務(wù)的同步傳輸。 ( 3 ) 短消息業(yè)務(wù)的系統(tǒng)構(gòu)成 g s m 標(biāo)準(zhǔn)中定義的點(diǎn)到點(diǎn)短消息服務(wù)使短消息能夠在移動臺和短消 息服務(wù)中心之間傳遞，下圖1 2 是基于g s m 網(wǎng)絡(luò)的典型s 軀體系構(gòu)架。 _ _ 竺、j v l 8 目 一。 亍 s m e 一 ； 二二_ i 面品；：i 一學(xué)i f l 一贏 s m e 一 一 圖l _ 2s m s 的體系結(jié)構(gòu) 奪s m e ( 短消息實(shí)體) ：負(fù)責(zé)接收和發(fā)送短消息?？梢晕挥诠淘捪到y(tǒng)、 移動基站或其他服務(wù)中心內(nèi)。 m s c ( 移動交換中心j ：負(fù)責(zé)系統(tǒng)交換管理，控制來自或發(fā)往其他 電話或數(shù)據(jù)系統(tǒng)的通信。 奪s s c ( 短消思業(yè)務(wù)中心) ：運(yùn)行在服務(wù)器上的一個(gè)應(yīng)用程序，其實(shí) 質(zhì)是一個(gè)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，負(fù)責(zé)中繼、存儲或轉(zhuǎn)發(fā)短消息9 3 。 奪s m c g w f 、i s ( 短消息中心網(wǎng)關(guān)) ：是與其他網(wǎng)絡(luò)打交道的節(jié)點(diǎn)， ( 4 ) 短消息業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn) 審實(shí)施單元 在移動臺之間轉(zhuǎn)移短消息，s m e 可能是一臺服務(wù)器、一臺微型計(jì)算機(jī) 或是一個(gè)g s m 終端。 奪發(fā)送短消息 短消息的發(fā)送過程在m s c 、v l r 和h l r 之問僅僅參與了凇p 協(xié)議，因 此它不需要預(yù)定的話音電路：在移動臺之間的會話是由s m s 層管理的。移 動傳輸實(shí)體按至多1 4 0 字節(jié)塊的形式編碼短消息，把收件人的地址置于 t l 傳輸層的p d u 中，如果超過此長度，則要分多次發(fā)送“。1 。 奪接收短消息 短消息可通過多種途徑傳送到短消息業(yè)務(wù)中心，再從s i s c 發(fā)出后， 經(jīng)過s ! , i s g a t e w a y ，經(jīng)要詢h l r 獲得m s 的地址，：留消息送到 v i s e ，最后到 達(dá)m s ： ( 5 ) 短消思業(yè)務(wù)嗣發(fā)展 隨著g s m 移動通信網(wǎng)絡(luò)的迅速普及和競爭的同益激烈，新技術(shù)和新業(yè) 務(wù)的開發(fā)和應(yīng)用己提到十分重要的位置。短消息、服務(wù)業(yè)務(wù)( s m s ) 作為g s v l 網(wǎng)絡(luò)的- - , e e 基本業(yè)務(wù)，已得到越來越多的系統(tǒng)運(yùn)營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重 視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來。 在短消息可靠傳遞的基礎(chǔ)上，g s g 網(wǎng)絡(luò)與國際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合以及 g s m 調(diào)制解調(diào)器的出現(xiàn)和應(yīng)用將給目前以提供話音服務(wù)為主的g s m 移動通 信網(wǎng)絡(luò)帶來新的生機(jī)。 首先，g s m 網(wǎng)絡(luò)與國際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合推動了移動通信的發(fā)展。通 過在g s m 網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間建立一個(gè)信息服務(wù)網(wǎng)關(guān)我們就可以 將兩網(wǎng)連接起來實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用。 其次，g s m 調(diào)制解調(diào)器的出現(xiàn)給g s m 的發(fā)展注入了新的活力，它改變 了傳統(tǒng)的以話音為主的通信手段，于丁開丁g s ! a 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信及其應(yīng)用的大 門。目前已出現(xiàn)了稱為調(diào)制解調(diào)器和通信模塊的g s m 移動終端，使系統(tǒng)開 發(fā)商能夠方便面迅速地構(gòu)筑趕各種應(yīng)用系統(tǒng)。 現(xiàn)在，以g s m 網(wǎng)絡(luò)作為無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以開發(fā)出多種前景極其樂觀 的各類應(yīng)用。由于g s m 網(wǎng)絡(luò)在全國范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，使得其在無 線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無法比擬的優(yōu)勢，這將使這些應(yīng)用得到迅速的普及。 鑒于g s m 嘲絡(luò)的小區(qū)供熱站溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)s m s 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)以及小區(qū)供熱站管網(wǎng)布置情況，我們可將整 個(gè)供熱小區(qū)劃分為若干個(gè)子區(qū)域來進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。在此基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)的 可擴(kuò)展性、可裁剪性和系統(tǒng)自檢等功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本章我們對系統(tǒng)的網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行討論，并介紹了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層的助能。 2 1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 整個(gè)系統(tǒng)劃分為供熱站檢測中心和前端溫度采集模塊。如圖2 1 所 示。供熱站檢測中心設(shè)置n 個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，供熱小區(qū)劃分為m 個(gè)子區(qū)域。 前端溫度采集模塊分布于各子區(qū)域中，采集點(diǎn)的數(shù)量、安放位置及布置密 度由各子區(qū)域的具體需求來決定。 圖2 1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 檢測中心通過網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)和供熱小區(qū)各子區(qū)域的采集點(diǎn)通信。檢測中 心每2 分鐘輪訓(xùn)各網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)一次。我們以采集點(diǎn)的采樣間隔3 0 分鐘計(jì) 算，假設(shè)在采集點(diǎn)每1 條溫度記錄組成一個(gè)溫度記錄集( 參見4 2 節(jié)) ， 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中n = 3 ，則系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中溫度采集點(diǎn)的容量為4 5 ，亦即3 0 分 鐘采樣間隔下最小的溫度采集點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)容量。假設(shè)每l 條溫度記錄集有4 條溫度記錄組成，則網(wǎng)絡(luò)能容納的溫度采集點(diǎn)的數(shù)量將擴(kuò)展為1 8 0 ，足以 滿足供熱小區(qū)采集點(diǎn)覆蓋密度的需要。 2 2 網(wǎng)絡(luò)功能 ( 1 ) 系統(tǒng)白檢 檢測中心啟動所有的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，用于接收來自個(gè)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并 基于g $ 1 、j i 剛絡(luò)的p 區(qū)供熱站溫度采集系境舵設(shè)與實(shí)埋 2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)s m s 數(shù)掘業(yè)務(wù)的特點(diǎn)以及小區(qū)供熱站管網(wǎng)布置情況，我們可將整 個(gè)供熱小區(qū)劃分為著干個(gè)子區(qū)域來進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。在此基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)的 可擴(kuò)展性、可裁剪性和系統(tǒng)自檢等功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本章我們對系統(tǒng)的網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行討論，并介紹了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層的功能。 21 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 整個(gè)系統(tǒng)劃分為供熱站檢測中心和前端溫度采集模塊。如圖2 1 所 示。供熱站檢測中心設(shè)置n 個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，供熱小區(qū)劃分為m 個(gè)子區(qū)域。 前端溫度采集模塊分布于各子區(qū)域中，采集點(diǎn)的數(shù)量、安放位置及布置密 度由各子區(qū)域的具體需求柬決定。 廣百磊i 二三二三三e 三= - 二_ _ 月珞接 點(diǎn)i 網(wǎng)畢接入點(diǎn)! l 目嶄接 點(diǎn)n _ ：= _ _ 二：二i 二二二 二 ! g s m 鶴 呂 聲巨窿| 耍日l 圃| l 匝i 塹 l 圈r i 圃1 圖2l 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 檢測中心通過網(wǎng)絡(luò)接八點(diǎn)和供熱小區(qū)備子區(qū)域的采集點(diǎn)通信。檢測中 心每2 分鐘輪訓(xùn)各網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)次。我們以采集點(diǎn)的采樣間隔3 0 分鐘計(jì) 算，假設(shè)在采集點(diǎn)每i 條溫度記錄組成一個(gè)溫度記錄集( 參見4 2 節(jié)) 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中n = 3 ，則系統(tǒng)剛絡(luò)中溫度采集點(diǎn)的容量為4 5 ，亦即3 0 分 鐘粟樣間隔下最小的溫度采集點(diǎn)兩絡(luò)容量?；[設(shè)每i 條溫度記錄集有4 條湍度記錄組成，則刪絡(luò)能容納的溫度采集點(diǎn)的數(shù)量將擴(kuò)展為1 8 1 ) ，足以 滿足供熱小區(qū)采集點(diǎn)覆蓋密度的需要。 22 網(wǎng)絡(luò)功能 f 系統(tǒng)自檢 檢測中心啟動所有構(gòu)網(wǎng)絡(luò)饋入點(diǎn)，用于接收束自個(gè)采集點(diǎn)韻數(shù)據(jù)，并 檢測中心宕動所有的尉絡(luò)援八點(diǎn)，墻十接收來自個(gè)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并 中國海洋大學(xué)碩卜學(xué)位論文 檢查接入點(diǎn)是否正常，更新接入點(diǎn)狀態(tài)表；同時(shí)，查詢數(shù)據(jù)庫設(shè)備表，向 各采集點(diǎn)發(fā)送系統(tǒng)檢測信號，檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是否正常，更新采集點(diǎn)設(shè)備表。 ( 2 ) 網(wǎng)絡(luò)按入點(diǎn)的分配 檢測中心按照固定的時(shí)間間隔，輪回利用各網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)向各采集點(diǎn)發(fā) 送數(shù)據(jù)發(fā)送請求，各采集點(diǎn)在接收到數(shù)據(jù)發(fā)送請求后，向檢測中心發(fā)送數(shù) 據(jù)。 ( 3 ) 采集點(diǎn)的刪除 當(dāng)某個(gè)采集點(diǎn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)送數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)，檢測中心會對其發(fā) 送網(wǎng)絡(luò)檢測命令，若沒有應(yīng)答信號，則該采集點(diǎn)被視為故障采集點(diǎn)，并在 數(shù)據(jù)庫備案。 ( 4 ) 采集點(diǎn)的增加 新增加的采集點(diǎn)要在檢測中心備案，當(dāng)在檢測中心系統(tǒng)中激活該采集 點(diǎn)時(shí)，須在2 4 小時(shí)以內(nèi)，將采集點(diǎn)安裝到位，并使其正常工作，否則， 檢測中會在2 4 小時(shí)以后由于沒有檢測到該采集點(diǎn)，而視該采集點(diǎn)為故障 采集點(diǎn)，并在邏輯上將其刪除。 ( 5 、網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的刪除 某一網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，檢測中心將該網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫中備 案為故障接入點(diǎn)，并在邏輯上將其刪除。 ( 6 ) 網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的增加 系統(tǒng)設(shè)計(jì)預(yù)留了網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)接口，可以在不修改系統(tǒng)軟硬件的情況下 增加網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)。 基于g s m 網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)供熱站溫度采集系統(tǒng)的蹬計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3 供熱站檢測中心系統(tǒng)設(shè)計(jì) 供熱站檢測中心在整個(gè)小區(qū)供熱站溫度采集系統(tǒng)中處于重要的地位。 一方面，檢測中心負(fù)責(zé)檢測小區(qū)用戶的室內(nèi)溫度和小區(qū)的室外溫度：另一 方面，要根據(jù)所褥的溫度數(shù)據(jù)，以及當(dāng)天的氣象參數(shù)，給出供熱站關(guān)鍵控 制參數(shù)的預(yù)測，以便供熱站工人及時(shí)調(diào)整供熱站供熱設(shè)備各關(guān)鍵控制參 數(shù)，以達(dá)到更好地為小區(qū)供暖服務(wù)，并節(jié)約能源、保護(hù)大氣環(huán)境的目的。 本文中供熱站檢測中的實(shí)現(xiàn)是基于單主機(jī)的，即數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)應(yīng)用程 序在同一臺主機(jī)上，采用串口擴(kuò)展的方式接入多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)。本章，我 們將從供熱站檢測中心系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)大的方面來展開 論述。供熱站供熱設(shè)備關(guān)鍵控制參數(shù)的預(yù)測算法研究將在第5 章論述。 3 1 系統(tǒng)的硬件架構(gòu) 小區(qū)供熱站為增大供熱面積，一般都對鍋爐上鍋筒的回水器進(jìn)行了擴(kuò) 孔改造。將原有的中1 4 x 2 2 5 個(gè)回水孔擴(kuò)孔為中2 5 x 2 2 5 個(gè)，從而降低了 回水口的阻力損失，增加了2 0 的流量，使鏈條鍋爐處于低溫( 一般出 水口溫度小于8 0 ) 大流量的運(yùn)行模式。這種改造雖然有利于打孔增大 供熱面積，避免“間歇”式運(yùn)行，但卻增加系統(tǒng)的“熱惰”性，使出水口 溫度的變化要經(jīng)過2 3 小時(shí)才會影響至末端負(fù)載，增強(qiáng)了小區(qū)熱網(wǎng)的非 線性大時(shí)滯特性，根據(jù)系統(tǒng)的這種特性，并根據(jù)青島市春江供熱站的管網(wǎng) 布置，在上一章對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，本文的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)取n = 3 ，m = 3 。 供熱站檢測中心從硬件上可以分為g s m 數(shù)據(jù)通信模塊，即網(wǎng)絡(luò)接入 點(diǎn)，和控制主機(jī)兩大部分，如圖3 1 所示。g s m 數(shù)據(jù)通信模塊受控于控制 主機(jī)，負(fù)責(zé)接收和發(fā)送溫度值和指令請求；控制主機(jī)檢測是否有數(shù)據(jù)到達(dá) 和發(fā)送指令請求，同時(shí)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并實(shí)時(shí)顯示。 圖3 1 檢測中心硬件構(gòu)架圖 下面的部分，我們將著重介紹6 s m 數(shù)據(jù)收發(fā)部分和( ；s m 數(shù)據(jù)通信模塊 塊 塊 塊 模 幢 模 唐 信 信上四粕占秈占拋 教 數(shù) 數(shù) m m m 、i，j 鏘；o 中國海洋大學(xué)砸e 學(xué)位論文 與控制主機(jī)的連接接口設(shè)計(jì)。 3 1 1 g s m 通信模塊選擇 s i e m e n sm c 3 5 i 通信模塊是一款專門為g s m 9 0 0 m h z 和 g s m l 8 0 0 m h z 雙頻網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的g s m g p r s 無線通信模塊。它完全兼 容于上一代的m c 3 5 產(chǎn)品，性能優(yōu)良、操作簡單，給用戶提供了更加可 靠便捷的嵌入式無線連接，在眾多領(lǐng)域中都得到了廣泛的集成應(yīng)用：遙感 勘測、遠(yuǎn)程信息處理、電話系統(tǒng)等。例如：p o s 終端機(jī)和掃描器、自動 售貨機(jī)、安全系統(tǒng)、遠(yuǎn)程遙測和信息處理系統(tǒng)、跟蹤管理系統(tǒng)、交通控制 和導(dǎo)航系統(tǒng)、便攜式控制裝置、g p r sm o d e m 等，都是在這些領(lǐng)域的具 體應(yīng)用。其主要性能特點(diǎn)為： 奪支持e g s m 9 0 0 g s m l 8 0 0 雙頻 奪支持g r p sc l a s s8 c l a s sb 令支持g s mp h a s e 2 2 + 奪輸出功率：e g s m 9 0 0 時(shí)，2 w ：g s m l 8 0 0 ，1 w 奪輸入電壓：3 3 4 8 v 奪功耗：休眠狀態(tài)，3 ，5 0 m a ( 最大) ；空閑狀態(tài)，2 5 0 r n k ；發(fā)射j 吠態(tài)， 3 0 0 m a ( 平均) ，2 5 0 a ( 峰值) 奪控制：a t 指令直接控制 奪環(huán)境溫度：- 2 5 。c + 5 5 。c 奪數(shù)據(jù)速率：c s d 狀態(tài)下最大速率1 4 4 k b p s ，g p r s 狀態(tài)下行最大速率 8 5 6 k b p s 在本系統(tǒng)中，我們利用了其s m s 數(shù)據(jù)傳輸功能，g p r s 功能主要是 為下步的系統(tǒng)升級做準(zhǔn)備，請參見第6 章。 m c 3 5 i 模塊主要由g s m 基帶處理器、g s m 射頻模塊、供電模塊 ( a s i c ) 、內(nèi)部f l a s h 、s r a m 、z i f 連接器六部分組成。圖3 2 給出了s i e m e n s m c 3 5 i 通信模塊的電路結(jié)構(gòu)。 奪g s m 基帶處理器是m c 3 5 i 的核心部件，其作用相當(dāng)于個(gè)協(xié)議處理 器，用來處理外部系統(tǒng)通過串口發(fā)送過來的a t 指令，處理g s m 終 端內(nèi)的語音和數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù) 字功能。 奪g s m 射頻模塊主要實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)制與解調(diào)，以及外部射頻信號與內(nèi) 部基帶處理器之間的信號轉(zhuǎn)換。 令z i f 連接器通過4 0 引腳的接口將m c 3 5 i 通信模塊和應(yīng)用平臺連接在 一起。按照功能大致可分為4 個(gè)子接口：電源接口、串行通信接口、 基于g s m 刪絡(luò)的小區(qū)供熱站溫度采集系統(tǒng)的髓計(jì)與實(shí)現(xiàn) 音頻接口、s i m 卡接口。z i f 連接器提供了5 個(gè)電源引腳( b a t t + ) 和5 個(gè)接地引腳( g n d ) ，可通過b a t t 半直接驅(qū)動射頻放大器部分。 奪供電模塊可以提供3 3 v 到4 8 v 的穩(wěn)定電源，進(jìn)行過電流保護(hù)，可以 承受的最大電流為2 a ，并能在天線不匹配等不正常的大電流消耗的 圖3 2s i e m e n sm c 3 5 i 電路結(jié)構(gòu) m c 3 5 i 通信模塊提供了8 線異步穿行通信接口，遵循u - tv 2 4 數(shù) 據(jù)通信設(shè)備信令協(xié)議，以0 伏代表低電平位，2 6 5 伏代表高電平位，最高 可支持2 3 0 k b p s 傳輸速率，為在遠(yuǎn)程控制等方面的應(yīng)用提供了簡易的集 成?；诖?，可以通過a t 命令實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 通過串行接口我們可以組成數(shù)據(jù)通信設(shè)備( d c e ) 和數(shù)據(jù)終端設(shè)備 ( d t e ) 的連接，利用m c 3 5 i 通信模塊組成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)。圖3 3 給出了數(shù)據(jù)通信設(shè)備( d c e ) 和數(shù)據(jù)終端設(shè)備( d t e ) 連接結(jié)構(gòu)。 g s m ho d u l e ( d c e 、a p p l i c a t i o n ( d t e ) 廠r x d 0、，r x d ，r x d 0 r x d r t s 0 j ， ，r t s ，c t s o 1 【 ，c t s ，d t r 0 。 7 1 、 仍t r ，d s r 0 仍s r ，d c d 0-仍c d ，r 州g 0 k 瑯烈g r 1 圈33d t e 和d c e 連接結(jié)構(gòu) 31 2g s m 數(shù)據(jù)通信模塊連接接口設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)接門是指主扳和某類外設(shè)之削的適配電路，其功能是解決主板 中國海洋大學(xué)蛹士學(xué)位論文 和外設(shè)之間在電壓等級、信號形式和速度上的匹配問題，不同類型外設(shè)需 要不同的接口。為了在控制主機(jī)的串口上掛接多個(gè)g s m 數(shù)據(jù)通信模塊，我 們對主機(jī)串口進(jìn)行了擴(kuò)展，其設(shè)計(jì)思想是： 利用計(jì)算機(jī)并口的數(shù)據(jù)線( 本系統(tǒng)中利用了3 根數(shù)據(jù)線) ，對掛接在 主機(jī)串口上的擴(kuò)展串口進(jìn)行選通控制，以得到串口擴(kuò)展功能。 3 1 2 1 串口擴(kuò)展設(shè)計(jì) ( 1 ) 計(jì)算機(jī)串行接口 利用計(jì)算機(jī)已有的標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī) 之間的通信有設(shè)計(jì)簡單、危險(xiǎn)性小、節(jié)省擴(kuò)展槽、開發(fā)方便、安裝方便等 優(yōu)點(diǎn)。目前，常用的串行接口有r s 一2 3 2 c 串口以及新近出現(xiàn)的u s b 接口、 i e e e1 3 9 4 接口等。這里僅對r s 一2 3 2 c 串口有關(guān)內(nèi)容簡述如下： r s 一2 3 2 最初是由美國電子工業(yè)協(xié)會( e i a ) 于1 9 6 0 年公布的串行通 信接口標(biāo)準(zhǔn)。1 9 6 9 年，美國電子工業(yè)協(xié)會( e i a ) 又公布了r s 一2 3 2 c 作為 串行通信接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)符合o s i “基本參考模型物理層部分的 規(guī)格，規(guī)定了連接器形狀等物理特性，定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備( d t e ) 和數(shù) 據(jù)通信設(shè)備( d c e ) 間按位串行傳輸?shù)慕涌谛畔?，合理安排了接口的電?信號和機(jī)械特性。目前r s 一2 3 2 c 已被廣泛地用于計(jì)算機(jī)接口與終端或外設(shè) 之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。但最初制定的r s2 3 2 c 標(biāo)準(zhǔn)，并未考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 的應(yīng)用要求，因此，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是不一致的，甚至 是相矛盾的“”“。這是我們在應(yīng)用時(shí)要注意的地方。 r s 一2 3 2 規(guī)則定義由d t e 向d c e 進(jìn)行對話。d t e 是數(shù)據(jù)的來源和接收端， 如打印機(jī)、終端機(jī)、個(gè)人電腦等設(shè)備；d c e 是指兩d t e 間的橋梁，如m o d e m 等設(shè)備“。幾乎在所有的情況下，p c 機(jī)上的串口被配置成d t e ，而所有的 m o d e m 串口被配置成d c e ，大多數(shù)的其他外設(shè)是d c e ，但是也有例外，包 括很多串行打印機(jī)。 ( 2 ) 計(jì)算機(jī)并行接口 目前，計(jì)算機(jī)中的并行接口主要作為打印機(jī)端口，接口使用的不再是 3 6 針接頭而是2 5 針d 形接頭。所謂“并行”，是指8 位數(shù)據(jù)同時(shí)通過并 行線進(jìn)行傳送，這樣數(shù)據(jù)傳送速度大大提高?，F(xiàn)在常見的并口有五種：$ p p 型、p $ 2 型、e p p 型、e c p 型和多模式接口，大多數(shù)p c 機(jī)配有$ p p 并口。 并行端口共有2 5 支腳，但不是每支腳均被使用到。這些腳被區(qū)分為 3 種主要的功能，分別是用于數(shù)據(jù)的傳送、檢查打印機(jī)的狀態(tài)及控制打印 機(jī)。在p c 機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)并行口使用了3 個(gè)8 位的端口寄存器，p c 就是通過 對這些寄存器，也就是所說的數(shù)摒、狀態(tài)、控制寄存器的讀寫訪問并口的。 基于g s m 網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)供熱站溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本文中僅使用了3 個(gè)數(shù)據(jù)位d 5 d 7 柬實(shí)現(xiàn)對擴(kuò)展串口的切換。 ( 3 ) 并口控制下的串口擴(kuò)展 在這里我們利用了并口的8 位數(shù)據(jù)口的高3 位來實(shí)現(xiàn)對擴(kuò)展串口選通 控制。利用3 - 8 譯碼器，并口可以輸出8 路控制信號，亦即系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn) 8 個(gè)擴(kuò)展串口。本系統(tǒng)中，我們僅用了其中的3 路。 31 22 接口電路 g s m 數(shù)據(jù)通信模塊與控制主機(jī)的接口電路如圖3 4 所示，為簡化電路， 這里僅將一個(gè)g s m 數(shù)據(jù)通信模塊接口包含在內(nèi)。g s i l 數(shù)據(jù)通信模塊與串口 的連接需要電平的轉(zhuǎn)換，在本系統(tǒng)中我們使用了m a x 3 2 3 8 芯片。選通芯片 選用了三態(tài)的7 4 h c 2 4 4 芯片。 圖3 4g s m 數(shù)據(jù)通信模塊與控制主機(jī)的接口電路 3 2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的運(yùn)行平臺為w i n d o w s 2 0 0 0 系統(tǒng)，采用v i s u a lc + + 6 0 開發(fā)工 具，利用多線程編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)串行通信。后臺數(shù)據(jù)庫采用a c c e s s 數(shù)據(jù)庫。 整個(gè)系統(tǒng)可劃分為六大模塊：串口通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)庫管理 模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、參數(shù)預(yù)測模塊、用戶界面模塊。軟件的功能模塊如 下圖3 5 所示。 中國海洋天學(xué)頒卜學(xué)位論文 圖3 5 軟件的功能模塊 軟件系統(tǒng)運(yùn)行主界面如下圖3 6 所示： 3 2 1 程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù) 圖3 6 運(yùn)行界面 一、w i n 3 2 串行通信技術(shù) 在w i n d o w s 系統(tǒng)中，通過其s d k 提供了完備的a p i 函數(shù)和以中斷方式 驅(qū)動的通信驅(qū)動程序，從而使程序員借助各類驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)串行通信。在 w