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全国挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛获奖作品范本


新型油井远程监控装置研究报告

1.GSM 技术简介及方案选择 ............................................................................................................ 1 2 基于 SIM900A 的 GSM/GPRS 硬件设计 .................................................................................... 2 2.1 SIM900A 模块简介 ............................................................................................................ 2 2.2 SIM900A 硬件.................................................................................................................... 2 2.2.1 SIM900A 模块电源设计 ........................................................................................ 3 2.2.2 SIM900A 硬件设计注意事项 ................................................................................ 4 3.监控终端的软件设计.................................................................................................................... 7 3.1 SMS 功能实现.................................................................................................................... 7 3.1.1 SMS 工作原理 ........................................................................................................ 7 3.1.2 SMS 实现步骤 ........................................................................................................ 8 4.TCP 数据传输功能实现.............................................................................................................. 11 4.1 TCP 数据传输原理 .......................................................................................................... 11 4.2 TCP 数据传输实现 .......................................................................................................... 12 5.CAN 总线 .................................................................................................................................... 15 5.1 CAN 接口电路设计 .......................................................................................................... 15 6.485 总线....................................................................................................................................... 16 7 基于 labview 的油井网络监测系统设计 ................................................................................... 16 7.1 基于 labview 的油井网络监测系统组成框图 ................................................................ 16 7.2 基于 labview 的油井网络监测系统设计实现 ................................................................ 17 7.2.1 配置服务器 ............................................................................................................ 17 7.2.2 浏览器访问 ............................................................................................................ 19 8.实物及调试图片......................................................................................................................... 22

1.GSM 技术简介及方案选择 GSM 中文名称为:全球移动通信系统;英文名称为: Global system for mobile communications。GSM 属于第二代移动通信技术,起源于欧洲的移动通 信技术标准,又称“全球通”,取一部手机行遍全球之意,其实现手段为全球使 用同一个移动电话网络标准。 我国于 20 世纪 90 年代引进该技术标准, 进而取代了第一代移动通信技术标 准-蜂窝模拟移动技术。GSM 系统包括 GSM 900:900MHz、GSM1800:1800MHz 及 GSM-1900:1900MHz 等几个频段 。 油井远程监控系统通常采用 TC35i GSM 通信模块,其工作频段少,支持 900/1800Mhz,不能支持 GPRS,且功耗较高。室内都是采用的布线连接,工程较 大,地面不美观。针对于此,本系统采用 SIM900A 无线通信模块,它有 4 个工作 频段,支持 GSM/GPRS,且尺寸小、功耗低。 市场上通常采用 TC35i GSM 模块进行油井的远程控制系统设计,但由于其工 作频段少、功耗高且不支持 GPRS 技术等缺点使得其在特定场合不能广泛运用, 针对性能设计的总总不足,本设计采用一种新型的远程控制系统,采用先进的 SIM900A 无线通信技术进行总体硬件设计,由于 SIM900A 具有 4 个频段,支持
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GSM/GPRS 且尺寸小功耗低,故在无线传输中使用其进行无线通信。 2 基于 SIM900A 的 GSM/GPRS 硬件设计 2.1 SIM900A 模块简介 本设计所采用的 GSM 模块是 SIM900A, 它是一个 2 频的 GSM/GPRS 模块, 工作频段为: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 and CS-4。SIM900A 采用省电技术设计,在 SLEEP 模式下最低耗流只有 1mA。此外,该模块内嵌 TCP/IP 协议,扩展的 TCP/IP 命令让用户能够很容易使用 TCP/IP 协议,这些在 用户做数据传输方面的应用时非常有用。 SIM900A 尺寸较小,几乎可以满足所有用户应用中的对空间尺寸的要求。 该模块与用户移动应用的物理接口为 68 个贴片焊盘,提供了模块和客户电路板 的所有硬件接口:键盘和 SPI 显示接口;主串口和调试串口;一路音频接口,包 含一个麦克风输入和一个扬声器输出;可编程通用输入输出接口。SIM900A 的 功能框图如图 2.1 所示。
Antenna Interface Power Interface

USART

Interface

MODULE
LCD Interface

GPIO

Interface

Audio Interface

SIM Interface

图 2.1 SIM900A 功能框图 2.2 SIM900A 硬件 SIM900A 硬件设计功能框图如图 2.2 所示。本设计,主要是为了实现 SMS 与 TCP 功能,因此语音接口没有引出,外部功能模块主要分为串口、电源、SIM 卡、 以及单片机相应接口。

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图 2.2.0

SIM900a 模块原理图

天线 SIM卡 防静电

串口

SIM900A

单片机

电源
图 2.2.1 SIM900a 模块系统功能框图

2.2.1 SIM900A 模块电源设计 本装置中,SIM900A 模块电路系统设计的关键在于电源部分,该模块采用 单电源供电,供电范围 3.2~4.8V 之间,推荐电压为 4.0V,模块射频发射时会 导致电压跌落,这时电流的峰值最高会达到 2A 以上,因此电源供电能力尽可能
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达到 2A,输入电压与 VBAT 压差不大,所以选用 LDO(low dropout regulator, 低压差线性稳压器)LDO 是 low dropout regulator,意为低压差线性稳压器,是 相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器,如 78xx 系列的芯片都要 求输入电压要比输出电压高出 2v~3V 以上,否则就不能正常工作。但是在一些 情况下, 这样的条件显然是太苛刻了, 如 5v 转 3.3v,输入与输出的压差只有 1.7v, 显然是不满足条件的。针对这种情况,才有了 LDO 类的电源转换芯片。本设计 采用的是 MP2143,电路简单,方便实用。如图 2.2.1

图 2.2.2 MP2143 电源模块原理图 SIM900A 模块采用单电源供电, VBAT 供电范围 3.2~4.8V 之间,推荐 电压为 4.0V, 模块射频发射时会导致电压跌落, 这时电流的峰值最高会达到 2A 以上,因此电源供电能力尽可能达到 2A,并建议 VBAT 引脚并接大电容(电 容根据供电 IC 输出能力确定)。 电源芯片选择上需要注意,如果外部输入电压与 VBAT 压差很大,建议选 择开关电源,当选用 DC-DC 时需注意 EMI 干扰,建议串接磁珠以备调整;如 果外部输入电压与 VBAT 压差不大,最好选用 LDO。客户的产品需要过 TA、 CE、 FCC 等认证,推荐选择 LDO 供电。 为了增强模块电源抗干扰能力(主要抗浪涌,脉冲群,静电等),不至于在 外界环境比较恶劣的情况下导致模块供电异常, 建议根据实际应用在外部电源输 入端加一些共模电感、TVS 管等器件,在 VBAT 供电芯片输出端加一些 nf 、 pf 级电容,滤除干扰。 PCB 布局时候 VBAT 上的旁路电容尽量要放在对应 pin 附近,为了减少 PCB 走线阻抗,VBAT 走线尽量宽、走线尽量短,最好大面积 铺地 由于 GSM/GPRS 模块为静电敏感器件,因此电路中需要加入静电防护措 施。本系统中采用 ESDA6V1W5,该器件专为静电敏感器件设计,可承受瞬间静 电 25KV,漏电流小于 1uA。 2.2.2 SIM900A 硬件设计注意事项 (1)电源部分 改电路设计需要考虑瞬间大电流问题,由于 SIM900A 在通信瞬间会产生高 达 2A 的电流,因此,模块的供电需要保持稳定,否则将对电路的稳定性甚至正 常工作指标产生影响。 本设计中采用了加粗电源线的方法。同时采用大面积附铜 接 地 ( 此 处 贴 图 由 于 显 示 问 题 没 有 附 铜 ) 。 系 统 PCB 设 计 如 图 。

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图 2.2.3

电源部分设计除了元器件的选择外,还和客户的 PCB 布局关系很大,比如我们 第一版 PCB 就遇到模块开机 10 几秒后就关机的现象,如图 所示:

图 2.2.4

从以上 图 2.2.4 结构, 我们选择的电源芯片及其原理设计完全一样,但是 从布局走线, SIM900A 模块 VBAT 供电的走线太长、线宽也很窄, 稳压电容离 VBAT 引脚又较远,所以导致电源跌落很大。 原本设计 VBAT 供电 4V, 但是从 下图 2.2.5 可以看出,在模块开机后的一段时间内电压跌落 1.1 ~1.2V,主要 原因是从模块开 机到注册网络这段时间内,射频发射功率偏高, VBAT 上耗流、 纹波增加所致。

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图 2.2.4 因此, VBAT 设计会影响整个模块的工作稳定性,比如常见问题模块开机几 秒钟 就关机、 TCP/IP 传输数据频繁大数据量、信号强度不好的情况,都可能 会产生 模块关机或重启现象。 经过改进,我们最终布局如下图 2.2.5, 解决 了上述问题:

图 2.2.5 在考虑 VBAT 设计同时,也要重点关注 GND 设计, GND 整个回流路
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径的长短以及阻抗的连续性是电源跌落主要原因。因此 GND 的处理如下:模 块 GND,电池座 GND(如果有电池供电),电源适配器 GND, 相互间 GND 最好以一块完整的铜皮相连接,如果有结构、 板层(比如 2 层板)限制,无法 大面积铺铜皮,最好用 2mm 以上走线单独连起来在覆铜,以保证 GND 的完 整性。整个 PCB 板尽量多打地孔, 电源和地的回流路径越小越好。 (2)射频部分设计 由于 SIM900A 模块是一款尺寸紧凑的 GSM/GPRS 模块,采用 SMT 封装, 在射 频部分设计时需要考虑预留∏型网络,前期可以先贴 0 欧姆电阻、电容 NC,以 便后续天线匹配调试。 射频走线遵循短而直的原则,尽量走直线或弧状线 ; RF 线下方需要有完整的参考地,不要走任何信号线, 如下图图 2.2.5 所示。

图 2.2.6

3.监控终端的软件设计 SIM900A 模块通过串行接与 ARM 微控制器 STM32 相连 ,采用 115 200 bps 固 定波特率进行通信。SIM900A 上电初始化后会向 ARM 微控制器 STM32 发送连续的 字符串,表示模块正常,可正常发短信、数据通信等。SIM 900A 作为一个桥梁, 它连接着远程网络与嵌入式系统。 SMS(Short Messaging Service)中文名称短信服务,短信是当下每一部手机上 必备的功能之一, 顾名思义, 它是在手机之间发送文字信息或从个人计算机或手 持设备向手机发送信息的一种方式,其文本信息的最大发送量为 160 个字符(字 母、数字或者拉丁字母中的字符),对于中文一般最大发送量为 70 个字符。 3.1 SMS 功能实现 3.1.1 SMS 工作原理 以手机为例, 尽管平时没有打电话或者接听电话,但是我们的电话却总在不 停地收发数据, 它通过被称为控制信道的控制通路与手机发射塔进行通信。这种 通讯的目的是让手机系统了解自己所在的信号区域, 以便移动时手机可以切换到 其他信号区域以及确定工作正常。手机使用控制通道来建立呼叫,控制通道同样 也为 SMS 短信提供通路。 当我们向一部手机发送短信时,该短信将通过手机发射 塔以控制通道上小型数据包的形式先通过 SMSC(短信业务中心),然后通过手 机发射塔,再由发射塔将短信发送到目标手机。 对于短消息的控制共有三种模式:Block Mode、基于 AT 指令的 Text Mode、 基于 AT 指令的 PDU Mode。目前手机中默认使用 PDU Mode,通过 PDU 编码的短消

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息内容可以是文字、声音或者图像。Text Mode 只能用于发送 ANSI 范围的字符, 发送方式比较简单。本文通过文本模式发送短消息。

3.1.2 SMS 实现步骤 在本系统中, 利用 ARM 微控制器 STM32 过串口控制 SIM900A 模块实现短信收 发功能。 通过串口微控制器 STM32 与 SIM900A 模块建立连接, 在程序的初始化中 设置相应参数: 波特率 115200、 奇偶校验-无、 数据位-8、 停止位-1。 然后 STM32 发送 AT+ENTER,当连接正常时会返回“OK”。然后输入相应的 AT 命令控制 GSM 模块工作。 常用的 AT 指令有: AT+CNMI/ AT+CMGF / AT+CSCS / AT+CSMP / AT+CMGR/AT+CMGS/AT+CPMS 等 7 条 AT 指令。

AT+CNMI,用于设置新消息指示。发送: AT+CNMI=2,1,设置新消息提示,当 收到新消息,且 SIM 卡未满的时候, SIM900A 模块会返回数据给串口,如: +CMTI: "SM",2,表示收到接收到新消息,存储在 SIM 卡的位置 2。 AT+CMGF,用于设置短消息模式, SIM900A 支持 PDU 模式和文本( TEXT) 模式等 2 种模式,发送: AT+CMGF=1,即可设置为文本模式。 AT+CSCS,用于设置 TE 字符集,默认的为 GSM 7 位缺省字符集,在发送纯 英文短信的时候,发送: AT+CSCS="GSM",设置为缺省字符集即可。在发送中英 文短信的时候,需要发送: AT+CSCS="UCS2",设置为 16 位通用 8 字节倍数编 码字符集。 AT+CSMP, 用于设置短消息文本模式参数,在使用 UCS2 方式发送中文短信的 时候,需要发送: AT+CSMP=17,167,2,25,设置文本模式参数。 AT+CMGR,用于读取短信,比如发送: AT+CMGR=1,则可以读取 SIM 卡存储 在位置 1 的短信。 AT+CMGS,用于发送短信,在"GSM"字符集下,最大可以发送 180 个字节的英 文字符。 AT+CPMS,用于查询/设置优选消息存储器,通过发送: AT+CPMS?,可以查询 当前 SIM 卡最大支持多少条短信存储,以及当前存储了多 少条短信等信息。如 返回: +CPMS:"SM",1,50,"SM",1,50,"SM",1,50,表示当前 SIM 卡最大存储 50 条信息,目前已经有 1 条存储的信息。 具体实现见下图 3.1.0。

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开始

SIM900a 初 始 化 发送 AT\r

返回OK

发送 AT+CMGF=1

发送 AT+CSCS=\"GSM\"\r

发送"AT+CSMP=17,167,0,250\r

发送"AT+CMGS=\"18341271149\"\r"

发送电压数据包头volt 发送采集到的电压数据

结束

图 3.1.0 电压数据发送流程图 电压数据发送部分主要程序 USART3_Send_Str("AT+CMGF=1\r"); delay_ms(20); USART3_Send_Str("AT+CSCS=\"GSM\"\r"); delay_ms(20); USART3_Send_Str("AT+CSMP=17,167,0,250\r"); //设备短信模式(手机自动保存 模式) delay_ms(20); USART3_Send_Str("AT+CMGS=\"18341271149\"\r"); delay_ms(20); USART3_Send_Str("volt");//电压数据包头 USART3_Send_Str(sendAD1_1);//发送采集到的电压

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开始

发送"AT+CNMI=2,1\r“设置短信提醒

截取字符串串口接收字符串

判断字符串是 否含"+CMTI" 有新短信 发送读取短信指令

无新短信

不含电压数 据

判断字符串 是否含"volt" 含电压数据 指针加 4,读取电压

修改电压值

删除短信 图 3.1.1 电压数据接收流程图

电压接收部分主要程序 while(!(hand("OK")&0XFF)) { USART3_Send_Str("AT+CNMI=2,1\r\r\r\r\r\r");//新短信提示 delay_ms(20); }; if(strstr(USART3_RX_BUF,"+CMTI")!=NULL)// 若字符串中含有 "+CMTI" 就表示有
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新的短信 { memset(USART3_RX_BUF,0,sizeof(USART3_RX_BUF));//清空数组缓存 while(!(hand("OK")&0XFF)) { USART3_Send_Str("AT+CMGR=1\r\r\r\r\r\r");//发送读指令 delay_ms(20); } if(strstr(USART3_RX_BUF,"volt")!=NULL)//判断是否发来电压 { recAD1_1[0]=*(strstr(USART3_RX_BUF,"volt")+4); recAD1_1[1]=*(strstr(USART3_RX_BUF,"volt")+5); recAD1_1[2]=*(strstr(USART3_RX_BUF,"volt")+6); //USART1_Send_Str(recAD1_1); //将收到的 AD 值得字符串转换成数值,并存为 16 位 u16AD1_1=(u16)(atoi(recAD1_1)); USART1_Send_Byte((unsigned char)(u16AD1_1>>8)); //u16AD1_1value 除以 256,以 发送高八位 USART1_Send_Byte((unsigned char)(u16AD1_1));//发送低八位 delay_ms(20); } memset(USART3_RX_BUF,0,sizeof(USART3_RX_BUF));//清空数组缓存 while(!(hand("OK")&0XFF)) //删除所有短信 { USART3_Send_Str("AT+CMGDA=\"DEL ALL\"\r\r\r\r\r\r");//文本方式 delay_ms(20); }; memset(USART3_RX_BUF,0,sizeof(USART3_RX_BUF));//清空数组缓? }} 4.TCP 数据传输功能实现 GPRS 当前广泛应用的行业有电力、有天、工业控制、运输、金融、证券、 公共安全、天气预报、交通信息发布等。应用特点是数据量小、发送时间间隔大 以及不定时发送。利用 GPRS 网络进行数据传输,具有成本低、组网灵活迅速、 范围广等优势。 4.1 TCP 数据传输原理 在应用中,用户在 GPRS 网络课选择 TCP 或者 UDP 传输协议。UDP 不提供 可靠性连接,它把应用程序传给 IP 层地数据发送出去,但是并不保证他们能到 达目的地。TCP 提供与 UDP 完全不同的服务。TCP 提供一种面向连接的可靠的 字节流服务。 TCP 将用户数据打包构成报文段, 并在发送数据后启动一个定时器, 等待对端数据确认。另一端对收到的数据进行确认,对失序的数据重新排序,丢 弃重复的数据。TCP 提供端到端的流量控制,并计算和验证一个也强制性的端到 端检验。
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面向连接意味着两个使用 TCP 的应用在彼此交换数据之前必须先建立一个 TCP 连接。对于其连接过程,TCP 用三个报文段完成连接的建立,该过程亦称为 三次握手。而终止一个连接则需要四次握手。此外,数据发送需要结果接收方确 认,并有超时重传机制。因此,TCP 在传输中提供了可靠的通讯保障,同时付出 了增加网络开销的代价。 4.2 TCP 数据传输实现 在本系统中, 通过两种方式实现了 TCP 数据传输功能。 利用微型控制器 STM32 控制 SIM900A 模块传输数据。该方式利用硬件系统上的 STM32 硬件接口,通过 STM32 设置 SIM900A 连续工作,处于连续发送数据模式,对于该模式本文不做 详细介绍,只提供相关主要程序代码见附录。 下面详细介绍进行 TCP 数据传输的步骤:

图 4.2.0 建立监听服务器 步骤一:在数据接收端建立监听服务器。在本例中,监听 PC 机端口 50000, 监控是否有数据到达 50000 端口。由图 4.2 可见,服务器的 IP 为 192.168.7.10, 该 IP 是内部 IP,由其连接的路由器提供。此处需要在接在 Internet 上的具有唯 一 地 址 的 路 由 器 上 将发 送 到 其 上 的 50000 端 口 的 数 据 转 发 到 内 部 IP 为 192.168.7.10 的服务器的 50000 端口。

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图 4.2.1 TCP 连接相关设置

图 4.2.2 监听端检测到请求连接成功 步骤二:STM32 通过串口发送相应 AT 命令控制监控中心数据接收模块上 SIM900a 进行 TCP 连接。此处需要进行 GPRS 模块工作的相关设置,设置网络, 设置协议, 设置接入点等等, 并向对方 IP 发起连接。 相关 AT 命令解释详见表 1。 当监听端收到 GPRS 模块端发来的连接请求,进行连接,连接成功后可以在监听 端观察到 GPRS 模块所获得的临时 IP 地址 117.136.5.217(该地址为辽宁移动所
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有)。
AT命令 AT+CGCLASS="B" 命令解释 GPRS移动台类别,B代表终端支持包交换和 数据交换 将终端附着GPRS业务 设置为GPRS连接模式 建立TCP连接,参数为对方IP与端口号 发送数据

AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET" 定义PDP上下文,设置互联网协议,接入点 AT+CGATT=1 AT+CIPCSGP=1,"CMNET" AT+CIPSTART="TCP","202.118. 67.200","50000" AT+CIPSEND

表 1 TCP 数据传输相关设置命令

图 4.2.3 数据发送成功 步骤三: 发送数据。 在此, 我们发送数据 “This is a test for Mobile communication technology!”,在接收端可以看见,收到了该数据,从而实现了 TCP 数据传输。 数据传输完毕发送 AT 命令:AT+CIPCLOSE 断开连接,结束传输过程。

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5.CAN 总线 油田的采油矿场通常由多口油井、计量间 、 管汇阀组 、 转油站 、 联合 站 、 原油外输系统 、 油罐及油田的其他分散设施组成 , 整个采油矿场各种 设施的工作状况及采出油品的数据 (主要有温度 、压力 、流量等) 将直接关系 到油田生产的稳定及原油质量 。面对单个油井的众多检测设备,在数据传输部 分一般可以建立 CAN 总线局域网,再将汇总的信息通过 GSM 远传至监控中心。 CAN 总 线 具 有 较 高 的 性 价 比 , 是 一 种 多 主 方 式 的 串 行 通 讯 总 线 。 由 于 采 用 了 许 多 新 技 术 及 独 特 的 设 计 , CAN 总 线 与 一 般 的通信总线相比, 它的数据通信具有突出的可靠性 、 实时性和 灵活性 。 其主要特点有: 采用非破坏总线仲裁技术, 可多个节 点同时向总线发送信息, 总线利用率高; 节点分成不同的优先 级, 可满足不同的实时要求; 可靠的数据处理和 检错机制; 通信 距 离 最 远 可 达 10 km , 速 率 最 高 达 1 Mbps; 节 点 在 错 误 严 重 的 情 况下具有自动退出总线的功能 5.1 CAN 接口电路设计 任 何 CAN 节 点 至 少 要 包 括 : 微 控 制 器 (MCU) 、 CAN 协 议 控 制器 、 和 CAN 收 发 器 三 部 分 。 该 监 控 系 统 中 选 用 的 STM32F103RBT6 芯 片 集 成 了 CAN 协 议 控 制 器 , 仅 需 要 外 置 CAN 收 发 器 即 可 实 现 通 信 功 能 。 系 统 选 用 的 是 与 STM32F103RBT6 供 电 电 压 一 致 的 3. 3 V CAN 总 线 收 发 器 SN65HVD230 。 SN65HVD230 收 发 器 具 有 差 分 收 发 能 力 , 最 高 速 率 可 达 1 Mb /s . 选 用 SN65HVD230 收 发 器 可 以 增 大 通 信 距 离 , 提 高 系 统 的 瞬 间 抗 干 扰 能 力 , 保 护 总 线 , 降 低 射 频 干 扰 ( RFI) , 允 许 120 个节点, 实现热防护等 。 具体接口电路如图 5.1 所示。

图 5.1 图 中 电 阻 R31 作 为 CAN 终 端 的 匹 配 电 阻 。 CAN 控 制 器 的 输出引 脚 CAN1_T 接 到 SN65HVD230 的 数 据 输 入 端 D , 可 将 CAN 节 点 发 送 的 数 据 传 送 到 CAN 总 线 上 ; 而 接 收 引 脚 CAN1_R 与 SN65HVD230 的 数 据 输 出 端 R 相 连, 用 于 接 收 数 据 。 SN65HVD230 的 方 式 选 择 端 口 RS 与 一 端 接 地 的 斜 率 电 阻 器 R30 连接, 可实现高速 、 斜率控制和低功耗 3 种工作模式的选择 。
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考虑到系统成本,以及为了减少因电平快速上升而引 起的电磁 干扰等问题, 该接口电路选择斜率控制方式。 6.485 总线 单 片机 组 成 的 多机 通 信 系 统 , 具 有灵 活 的功能和性价 比 , 在 工业测 控领域应用 十分广 泛 ,但是单 片机 收发 的都 是 TTL 电平 , 驱 动能 力 和抗 干扰性有 限 ,无法进行 “长线 ”通信 。 实 用 中 常配 合总线 互联 。 R S485 总 线 就 是 其 中 一 种 , RS485 既 是物理层 的 协议标准, 也 是 串行 通信 接 口的 电器标准, 用此标准可以很 方便地把 计算机 、单片机和各种设备 连 接起 来 , 构 成 测 控 系 统 。 RS485 总 线 是平衡差 分传输 ,抗干扰性好 ,最远可传 输 1200 米,最多 可互联 128 个单 片 机 ,很 适合 多 机通信 。通信 芯 片 采用 M A X487 ,该 芯 片 是 R S485 通讯的低 功耗 收 发器 件 ,最 大 可连接 12 8 个 子系统 ,最 远传输距离 1200 米, 传 输速度 可达 250K B/s。 本设计主要采用 M A X 487 的一 种 远距 离 主 从 多 机通信 系统 ,虽然 目前 有 CA N 等控制 网 络 , 但该 系统采用半双工方式 , 适合在 比较恶 劣 的环 境下 工作 , 有 很 大 的实 用价值 。

图 6.0

7 基于 labview 的油井网络监测系统设计 7.1 基于 labview 的油井网络监测系统组成框图
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PC

labview
web

管理部门 PC1

管理部门 PC2

油井监控中 心接收装置

GSM 无线网络

管理部门 PCn

...

...
监控终端 1 监控终端 2 监控终端 n 串口 CAN 总线 RS48 总线 继电器

油井设备

油井设备

油井设备

图 7.1 油井网络监测系统组成框图 上图中 PC 和管理部门 PC 都是连接 Intenet 的计算机。 监控数据从油井设 备,通过 CAN 总线、485 总线、串口可以传输到监控终端,再由监控终端通过 GSM 网络传送至监控中心接收装置,监控中心的接收装置通过串口与 PC 相连; 上位机软件 labview 可将数据通过网络共享至各个管理部门。控制过程是信息收 集的逆过程。 7.2 基于 labview 的油井网络监测系统设计实现 7.2.1 配置服务器 配置服务器包括 3 个部分:在 labview 上对服务器目录与日志配置、客户端 可见 VI 配置和客户端访问权限配置。 1)web 服务器:配置 “web 服务器:配置”用来配置服务器目录和日志属性,如图 7.2 所示。

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图 7.2 “web 服务器:配置”面板 2)web 服务器:可见 VI “web 服务器:可见 VI”用来配置服务器根目录下可见的 VI 程序,即对客 户端开放的 VI 程序。如图 7.3 所示。

图 7.3

“web 服务器:可见 VI”面板
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3)web 服务器:浏览器访问 “web 服务器:浏览器访问”用来设置客户端访问权限。访问权限与可见 VI 设置窗口类似,如图 7.4 所示。

图 7.4 “web 服务器:浏览器访问”面板 7.2.2 浏览器访问 通过客户端浏览器访问时, 首先需要在服务器端发布网页,然后才能从客户 端访问。如果客户端没有安装 LABVIEW,则需要安装插件“LABVIEW 运行— Time Engine”或“LABVIEW press”。服务器端和客户端需要进行以下操作。

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图 7.5

“web 服务器:浏览器访问 ”面板

第一步:在服务器端发布网页。在 LABVIEW 程序框图或前面板窗口中, 选择“工具”→“Web 发布工具...”命令,打开“Web 发布工具”对话框,如图 7.6 所示。“VI 名”项中选择待添加的 VI 程序;“查看模式”项设置浏览方式, 选中“”嵌入单选按钮将 VI 前面板嵌入到客户端网页中,客户端可以观察和控 制 VI 前面板;选中“快照”单选按钮在客户端网页中显示一个静态的前面板快 照;选中“监视器”单选按钮在客户端网页中显示定时更新的前面板快照,“两 次更新的间隔时间”项设置更新时间。

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图 7.6 “web 发布工具”面板 单击“下一步”按钮,出现如图 7.7 所示 Web 发布时的保存的网页面板。

图 7.7 “Web 发布时的保存的网页”面板。 图 7.7 中 http://lenovo-THINK:8000/GSM20150309.html 是所选用的 URL,这个是 自动默认的,其中 lenovo-THINK:8000 是指本机。
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第二步: 在客户端通过网页浏览器访问服务发布的网页。在网页浏览器地址栏输 入服务网页地址并连接,如“http://222.221.177.65:8000/GSM20150309.html”, 弹出 Xmt3000A(Labview8.2)b.vi 打开和保存对话框,其中“222.221.177.65”为 隐去的服务器端 IP 地址。 运行程序,从网络端可看到服务器的运行情况,如图 7.8 所示。

图 7.8 “从网络端可看到服务器的运行情况” 8.实物及调试图片

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