遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件

并行與串行通信計算機與外設或計算機之間的通信通常有兩種方式：并行通信和串行通信。并行通信指數(shù)據(jù)的各位同時傳送。并行方式傳輸數(shù)據(jù)速度快，但占用的通信線多，傳輸數(shù)據(jù)的可靠性隨距離的增加而下降，只適用于近距離的數(shù)據(jù)傳送。串行通信是指在單根數(shù)據(jù)線上將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳送。發(fā)送過程中，每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)，再發(fā)送第二個，依此類推。接受數(shù)據(jù)時，每次從單根數(shù)據(jù)線上一位一位地依次接受，再把它們拼成一個完整的數(shù)據(jù)。在遠距離數(shù)據(jù)通信中，一般采用串行通信方式，它具有占用通信線少、成本低等優(yōu)點。并行與串行通信計算機與外設或計算機之間的通信通常有兩種方式：1常用并行總線單片機的三總線（8080總線、6800總線）ISA插槽是基于ISA總線（IndustrialStandardArchitecture，工業(yè)標準結構總線）的擴展插槽，其工作頻率為8MHz左右，為16位插槽，最大傳輸率16MB/secPCI(PeripheralComponentInterconnect)傳輸帶寬達到133MB/s(33MHz*32bit/s)，或者266MB/s(66MHz*32bit/s).PATA硬盤并口接口規(guī)范常用并行總線單片機的三總線（8080總線、6800總線）2串行替代并行早期微控制器系統(tǒng)由于主頻不高，所以，在需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，通常使用并行方式，在主頻一定的情況下，通過位寬的擴展提高總的數(shù)據(jù)傳輸率。并行總線位寬的增加就以為著連接線的增加，在多個設備連接時PCB的設計將是巨大的挑戰(zhàn)，所以很難擴展過多的設備。而且太多的布線互相之間的干擾也制約著頻率的提高。串行總線在全面替代并行總線串行替代并行早期微控制器系統(tǒng)由于主頻不高，所以，在需要高速數(shù)3串行替代并行PATA硬盤并口接口規(guī)范SATA串行高級技術附件PCIPCIEUSB：英文UniversalSerialBUS(通用串行總線)的縮寫IEEE1394PCI-Express是最新的總線和接口標準，主要優(yōu)勢就是數(shù)據(jù)傳輸速率高，目前最高的16X2.0版本可達到10GB/s，而且還有相當大的發(fā)展?jié)摿?。串行替代并行PATA硬盤并口接口規(guī)范SATA串行高級技術附件4遠程數(shù)據(jù)通信及其應用一、遠程數(shù)據(jù)通信

遠程數(shù)據(jù)通信分有線和無線兩種。

有線方式主要有：RS232、RS485、RS422、電流環(huán)、CANBUS或其他數(shù)據(jù)總線、TCP\IP網(wǎng)絡通信，電力載波；

無線方式主要有：專用數(shù)傳電臺、開放頻段遙控模塊和數(shù)傳模塊、公用GSM或CDMA網(wǎng)絡。

遠程數(shù)據(jù)通信及其應用5異步串口目前RS-232是PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通信。典型的RS-232信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅動器輸出正電平在+5～+15V，負電平在-5～-15V電平。當無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為TTL電平，從開始傳送數(shù)據(jù)到結束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3～+12V與-3～-12V。RS-232是為點對點（即只用一對收、發(fā)設備）通信而設計的，其驅動器負載為3～7kΩ。由于RS-232發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約30米，最高速率為20kb/s。異步串口目前RS-232是PC機與通信工業(yè)中應用最廣6異步串口RS-422由RS-232發(fā)展而來。為改進RS-232通信距離短、速度低的缺點，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbit/s,并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)范。RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1200米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。為擴展應用范圍，EIA在RS-422的基礎上制定了RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力，通常在要求通信距離為幾十米至上千米時，廣泛采用RS-485收發(fā)器。RS-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅動器將TTL電平信號轉換成差分信號輸出；在接收端，接收器將差分信號變成TTL電平，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓，故數(shù)據(jù)傳輸可達千米以外。異步串口RS-422由RS-232發(fā)展而來。為改進R7性能比較性能比較8電流環(huán)通信電流環(huán)是一種非正式的串行通信標準。它以電流流過通信環(huán)路表示數(shù)據(jù)信號的傳遞(邏輯1)，無電流為空號(邏輯0)，在接收端由光電耦合器件將電流還原為處理器可以讀的電平信號。由于電流環(huán)方式是通過環(huán)路中電流的有無來表示邏輯值“1”和“0”，而不是用電平的高低表示邏輯值，加上在收發(fā)二端采用光電隔離技術，因此與電平方式相比，具有明顯的優(yōu)點：信號不易衰減、抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離最大可達幾千米。電流環(huán)通信9遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件10ＣＡＮＢＵＳA、CAN為多主工作方式，網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息，不分主從。B、最高傳輸速率可達1MBPS（此時通信距離40M）C、最遠傳輸距離可達10KM（速率5KBPS）D、CAN節(jié)點最多可達110個。E、CAN上節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，優(yōu)先級最高的數(shù)據(jù)最多可在134uS內(nèi)得到傳輸。F、CAN采用非破壞總線仲裁技術。當多個節(jié)點向總線發(fā)送信息出現(xiàn)沖突時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動退出，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。G、CAN上節(jié)點在錯誤嚴重情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其它節(jié)點的操作不受影響。H、CAN的通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖。I、CAN的缺點成本較高，一片CAN控制芯片如：SJA1000約20元。ＣＡＮＢＵＳA、CAN為多主工作方式，網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任11現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線12現(xiàn)場總線的特點及優(yōu)點(1)全數(shù)字化通信(2)開放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(3)互可操作性與互用性(4)現(xiàn)場設備的智能化(5)系統(tǒng)結構的高度分散性(6)對現(xiàn)場環(huán)境的適應性現(xiàn)場總線的特點及優(yōu)點(1)全數(shù)字化通信13網(wǎng)絡通信利用電話線、同軸電纜、網(wǎng)線以及光纖等介質實現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡通信TCP/IP協(xié)議目前覆蓋最廣、使用人數(shù)最多、接入設備最多、協(xié)議標準化最好、應用層開放網(wǎng)絡通信必須使用協(xié)議棧，實現(xiàn)從物理層到應用層之前的協(xié)議網(wǎng)絡通信14TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)了五層協(xié)議。（1）物理層：對應OSI的物理層。（2）網(wǎng)絡接口層：類似于OSI的數(shù)據(jù)鏈路層。（3）Internet層：OSI模型在Internet網(wǎng)使用前提出，未考慮網(wǎng)間連接。（4）傳輸層：對應OSI的傳輸層。（5）應用層：對應OSI的表示層和應用層。TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)了五層協(xié)議。15TCP\IP協(xié)議棧uIP是專門為8位和16位控制器設計的一個非常小的TCP/IP棧。完全用C編寫，因此可移植到各種不同的結構和操作系統(tǒng)上，一個編譯過的?？梢栽趲譑BROM或幾百字節(jié)RAM中運行。uIP中還包括一個HTTP服務器作為服務內(nèi)容。LwIP是瑞士計算機科學院開發(fā)的一套用于嵌入式系統(tǒng)的開放源代碼TCP/IP協(xié)議棧。LwIP的含義是LightWeight(輕型)IP協(xié)議，相對于uip。LwIP可以移植到操作系統(tǒng)上，也可以在無操作系統(tǒng)的情況下獨立運行。LwIPTCP/IP實現(xiàn)的重點是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎上減少對RAM的占用，一般它只需要幾十K的RAM和40K左右的ROM就可以運行，這使LwIP協(xié)議棧適合在低端嵌入式系統(tǒng)中使用。LwIP的特性如下：支持多網(wǎng)絡接口下的IP轉發(fā)，支持ICMP協(xié)議，包括實驗性擴展的的UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議），包括阻塞控制，RTT估算和快速恢復和快速轉發(fā)的TCP（傳輸控制協(xié)議），提供專門的內(nèi)部回調接口（RawAPI）用于提高應用程序性能，并提供了可選擇的Berkeley接口API。TCP\IP協(xié)議棧16TCP\IP協(xié)議棧uC/IP是由GuyLancaster編寫的一套基于uC/OS且開放源碼的TCP/IP協(xié)議棧，亦可移植到其它操作系統(tǒng)，是一套完全免費的、可供研究的TCP/IP協(xié)議棧，uC/IP大部分源碼是從公開源碼BSD發(fā)布站點和KA9Q（一個基于DOS單任務環(huán)境運行的TCP/IP協(xié)議棧）移植過來。uC/IP具有如下一些特點：帶身份驗證和報頭壓縮支持的PPP協(xié)議，優(yōu)化的單一請求/回復交互過程，支持IP/TCP/UDP協(xié)議，可實現(xiàn)的網(wǎng)絡功能較為強大，并可裁減。UCIP協(xié)議棧被設計為一個帶最小化用戶接口及可應用串行鏈路網(wǎng)絡模塊。根據(jù)采用CPU、編譯器和系統(tǒng)所需實現(xiàn)協(xié)議的多少，協(xié)議棧需要的代碼容量空間在30-60KB之間。BSD棧歷史上是其他商業(yè)棧的起點，大多數(shù)專業(yè)TCP/IP棧（VxWorks內(nèi)嵌的TCP/IP棧）是BSD棧派生的。這是因為BSD棧在BSD許可協(xié)議下提供了這些專業(yè)棧的雛形，BSD許用證允許BSD棧以修改或未修改的形式結合這些專業(yè)棧的代碼而無須向創(chuàng)建者付版稅。同時，BSD也是許多TCP/IP協(xié)議中的創(chuàng)新（如廣域網(wǎng)中餓擁塞控制和避免）的開始點。TCP\IP協(xié)議棧17電力線載波通信PLC（PowerlineCommunications)是以電力網(wǎng)為通信信道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換。與其它通信方式相比，可大大節(jié)省通信網(wǎng)建設費用。擴頻通信是信息時代的三大高技術通信手段之一，具有窄帶通信所不具備的優(yōu)良性能，如抗干擾性強，誤碼率低等優(yōu)點，目前載波通信的缺點是跨越電力變壓器比較困難。PLC通信頻段為：3KHz-9KHz----電力公司專用頻段9KHz-95KHz----電力公司和經(jīng)電力公司許可的用戶使用的頻段95KHz-148.5KHz----其它用戶使用的頻段載波通信的傳輸速率是自動抄表系統(tǒng)的一項重要技術指標，也是載波通信技術水平的一項重要標志。通信速率（波特率）和誤碼率是一對矛盾，波特率越高，誤碼率就越高，通信成功率就越低。因此波特率的設計至關重要，實用速率為幾KB。電力線載波通信18遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件19遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件20電力貓電力貓21專用數(shù)傳電臺利用無線數(shù)傳電臺進行通信是目前常用的無線通信方式。無線電臺常采用頻率:315MHz、433MHz、826MHz進行通信，通信速率一般為1.2K~19.2Kbps，電臺天線架在離地面約30米以上時通信可覆蓋可傳輸20-50公里范圍，否則需通信中繼，這種通信方式受周圍環(huán)境建筑的影響極大。數(shù)傳電臺又分模擬電臺和數(shù)字電臺。系統(tǒng)造價較高，日常維護工作量較大。遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件22無線遙控可以分為兩種類型：紅外遙控和無線電遙控。紅外遙控器（IRRemoteControl）是利用波長為0.76～1.5μm之間的近紅外線來傳送控制信號的遙控設備。無線遙控是無線電遙控（RFRemoteControl），它是利用無線電信號對遠方的各種機構進行控制的遙控設備。這些信號被遠方的接收設備接收后，可以指令或驅動其它各種相應的機械或者電子設備，去完成各種操作，如閉合電路、移動手柄、開動電機，之后再由這些機械進行需要的操作。無線遙控可以分為兩種類型：紅外遙控和無線電遙控。23無線電遙控常用的載波頻率為315mHz或者433mHz，遙控器使用的是國家規(guī)定的開放頻段，在這一頻段內(nèi)，發(fā)射功率小于10mW、覆蓋范圍小于100m。無線電遙控器與紅外遙控器的區(qū)別：紅外遙控和無線遙控是對不同的載波來說的，紅外遙控器是用紅外線來傳送控制信號的，它的特點是有方向性、不能有阻擋、距離一般不超過7米、不受電磁干擾，電視機遙控器就是紅外遙控器；無線電遙控器是用無線電波來傳送控制信號的，它的特點是無方向性、可以不“面對面”控制、距離遠（可達數(shù)十米，甚至數(shù)公里）、容易受電磁干擾。無線電遙控常用的載波頻率為315mHz或者433mHz，遙控24遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件25無線數(shù)傳模塊nRF24.L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4GHz～2.5GHzISM頻段。其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9mA;接收時，工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設計更方便

無線數(shù)傳模塊nRF24.L01是一款新型單片射頻收發(fā)器26CC2500工作頻率可達2.4GHz。在空曠傳輸距離大于50米。自帶PCB天線，無需再配天線！低電流損耗，發(fā)射電流11mA到21mA軟件可調，接收電流15mA.休眠電流小于20uA.帶無線喚醒（WOR）功能,可以通過無線方式喚醒您的單片機！CC2500工作頻率可達2.4GHz。在空曠傳輸距離大于5027CC1101是一款低于1GHz高性能射頻收發(fā)器，設計旨在用于極低功耗RF應用。其主要針對工業(yè)、科研和醫(yī)療(ISM)以及短距離無線通信設備(SRD)。CC1101可提供對數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)傳輸、接收信號強度指示(RSSI)、空閑信道評估(CCA)、鏈路質量指示以及無線喚醒(WOR)的廣泛硬件支持。CC1101在代碼、封裝和外引腳方面均與CC1100兼容，可用于全球最為常用的開放式低于1GHz頻率的RF設計。

CC1101是一款低于1GHz高性能射頻收發(fā)器，設計旨在用于28采用SiliconLabsEZRadioPRO系列ISM頻段無線芯片SI4432,在240-960MHZ頻段下最大輸出功率可以達到+20DBm。通信距離可達1000m

。采用SiliconLabsEZRadioPRO系列ISM29ZigbeeZigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。CC2530是用于2.4-GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。ZigbeeZigbee是基于IEEE802.15.4標準的30GSM(CDMA)公用網(wǎng)絡

GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)系統(tǒng)是目前基于時分多址技術的移動通訊體制中比較成熟、完善、應用最廣泛的一種系統(tǒng)。目前已建成的覆蓋全國的GSM通信網(wǎng)，是公眾移動通信網(wǎng)的主要方式。由于GSM網(wǎng)絡在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡能力強的特點，用戶無需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡覆蓋范圍的同時為客戶節(jié)省了昂貴建網(wǎng)費用和維護費用。GSM無線通信是雙向通信，而且性能穩(wěn)定?，F(xiàn)階段利用GSM網(wǎng)絡的最主要有兩種數(shù)據(jù)通信方式：SMS和GPRS。GSM(CDMA)公用網(wǎng)絡31短消息業(yè)務(ShortMessageService)是通過GSM網(wǎng)的控制信道傳輸用戶分組信息的一種增值服務，經(jīng)短消息業(yè)務中心完成存儲和前轉功能，每個短消息最大為140個字節(jié)。通用分組無線業(yè)務GPRS(GeneralPacketRadioService)是一種基于分組交換傳輸數(shù)據(jù)的高效率無線傳輸平臺。GPRS最顯著的優(yōu)點就是數(shù)據(jù)速率最高可達170kb/s，對于GSM網(wǎng)現(xiàn)有電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(CSD)和短消息業(yè)務(SMS)來說，GPRS是一種補充而不是替代。GPRS可以根據(jù)用戶需要靈活地動態(tài)分配無線資源，從而實現(xiàn)多用戶共享信道，提高頻率利用率以及時時在線等，同時計費也將由傳統(tǒng)的按時方式改為根據(jù)用戶數(shù)據(jù)的傳輸量來計費（3分/KB）或包月。GPRS目前還大量用于電力負荷控制或遠程抄表系統(tǒng)中。短消息業(yè)務(ShortMessageSer32通信協(xié)議的設計(1)在PC讀數(shù)據(jù)時遵循讀命令等數(shù)據(jù)報告即PC下達一命令等待接收數(shù)據(jù)再據(jù)所接收數(shù)據(jù)的正誤向應用程序報告此命令的執(zhí)行情況(2)在PC寫數(shù)據(jù)時遵循寫命令等回應報告即PC下達一寫命令此時所要寫的數(shù)據(jù)含于此命令中等待單片機發(fā)來的已正確接收的回應信號并向應用程序報告此命令執(zhí)行完畢(3)如果在轉輸過程中其間PC或MCU所接收任何一幀信號出現(xiàn)錯誤時均會向對方發(fā)送重發(fā)此幀信號的請求如果連續(xù)三次轉輸失敗則退出通信并向應用程序報告通信協(xié)議的設計(1)在PC讀數(shù)據(jù)時遵循讀命令等數(shù)據(jù)33信號幀分類(1)讀命令幀當PC讀數(shù)據(jù)時PC向MCU發(fā)送的命令信號(2)寫命令幀當PC寫數(shù)據(jù)時PC向MCU發(fā)送的命令信號內(nèi)含所要寫的數(shù)據(jù)(3)數(shù)據(jù)幀當PC讀數(shù)據(jù)時MCU向PC發(fā)送的內(nèi)含數(shù)據(jù)信息的信號(4)正回應幀當PC寫數(shù)據(jù)時MCU向PC報告數(shù)據(jù)已正確接收的信號(5)重發(fā)命令幀當PC讀/寫數(shù)據(jù)時MCU所接收的信號幀讀/寫命令幀有誤時向PC發(fā)出的請求重發(fā)信號(6)放棄命令幀當PC讀/寫數(shù)據(jù)時出現(xiàn)了使程序無法正常執(zhí)行時PC或MCU向對方發(fā)出的退出通信的通知信號信號幀分類(1)讀命令幀當PC讀數(shù)據(jù)時PC向MC34信號幀格式幀頭標志(1Byte)表示此數(shù)據(jù)包屬于本串口通信協(xié)議并為是否接收此包數(shù)據(jù)的標志幀類型1Byte所用信號幀的識別標志即1.2.1信號幀分類中的各類型信號的標志字節(jié)器件地址1BytePC所要訪問的外部器件的地址即是哪一個外部器件起始地址2BytePC所要訪問的器件的存貯器起始地址長度1Byte一次命令所轉輸?shù)臄?shù)據(jù)長度校驗和1Byte此幀信號的校驗字節(jié)為異或校驗幀尾標志1Byte此幀信號的結束標志信號幀格式幀頭標志(1Byte)表示此數(shù)據(jù)包屬于本串35其他指令幀00H執(zhí)行PC命令發(fā)放棄幀回應被動退出通訊01HMCU方寫入芯片發(fā)生錯誤主動通知PC退出通訊其他指令幀00H執(zhí)行PC命令發(fā)放棄幀回應被動退出36遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件37遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件38二、水質實時遠程遙測1、項目設計要求現(xiàn)場水質變送器和控制室無線通信距離：＞20km；無光照時，后備電池持續(xù)工作時間：100h；溫度檢測范圍：-5℃--+45℃精度±1%；PH值檢測范圍：0--14.0PH精度±2%；溶氧值檢測范圍：0--25.0mg/l精度±2%；電導值檢測范圍：0--2000μS/cm精度±2%；可由鍵盤任意設定水質參數(shù)上、下限值，越限報警；各網(wǎng)箱內(nèi)水質參數(shù)實時連續(xù)顯示；可任意設定水質參數(shù)采樣周期及無線通信周期；水質參數(shù)時、日、周、月變化曲線和報表自動生成，并可由PC機顯示和打?。欢?、水質實時遠程遙測392、系統(tǒng)結構2、系統(tǒng)結構40A、通過PC機，完成系統(tǒng)控制參數(shù)的設定。B、向各個現(xiàn)場RTU發(fā)送開、關水質傳感器控制命令，另一方面接收各個現(xiàn)場RTU上傳的數(shù)據(jù)狀態(tài)信息。C、接收現(xiàn)場RTU的各種報警信息，并提醒用戶。D、水質參數(shù)時、日、周、月變化曲線和報表自動生成，并可由PC機顯示和打印。3、監(jiān)控中心任務A、通過人機交互設備，完成RTU現(xiàn)場參數(shù)（RTU地址，水質參數(shù)采集間隔時間等）的設置，并且動態(tài)顯示RTU現(xiàn)場的各種信息。B、完成RTU現(xiàn)場數(shù)據(jù)（溫度、電導、溶氧、PH值等）的采集、分析、處理，并通過GPRS定時向監(jiān)控中心上傳數(shù)據(jù)。C、接收來自監(jiān)控中心的操作命令，完成開關水質傳感器控制，并且上傳警告信息。4、現(xiàn)場RTU任務A、通過PC機，完成系統(tǒng)控制參數(shù)的設定。3、監(jiān)控中心任務A、41現(xiàn)場RTU結構圖現(xiàn)場RTU結構圖42A、SIM100是SIMCOM公司生產(chǎn)的GSM/GPRS雙頻模塊，該模塊主要為語音傳輸、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務提供無線接口，應用領域如移動電話、PDA、無線抄表系統(tǒng)；B、發(fā)射功率：Class4(2W)/(EGSM),Class1(1W)/(1800MHz)；C、正常工作電壓范圍為+3.3V~+4.6V直流，待機電流為4mA；D、工作溫度：-35℃~+75℃。4.1GSM模塊介紹A、SIM100是SIMCOM公司生產(chǎn)的GSM/GPR43SIM100模塊接口SIM100模塊接口444.2MCU選擇考慮到傳感器數(shù)據(jù)采集和GSM模塊數(shù)據(jù)需要兩個UART口故選用ATMEL公司MEGA64單片機。4.2MCU選擇45遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件46遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件47水質傳感器的性能對整個系統(tǒng)的性能指標起到?jīng)Q定性的作用，因此需要根據(jù)不同的水體、測量的水體深度、工作環(huán)境的溫度以及可測量參數(shù)的數(shù)量和精度等要求選擇合適的水質傳感器；系統(tǒng)采用美國金泉(YSI)公司生產(chǎn)的YSI600R型集成探頭水質傳感器，600R型是一個用于地表水和地下水水質測試的小巧配置，可同時測試8個參數(shù)。該集成探頭可以直接輸出模擬電壓信號，也可以輸出數(shù)字信號，通過RS-232接口或SDI-12接口和主機通信，使用相當?shù)姆奖恪?.3水質傳感器水質傳感器的性能對整個系統(tǒng)的性能指標起到?jīng)Q定48600R型集成探頭水質傳感器主要技術參數(shù)：A、水溫（-5–+70℃±0.15℃）B、溶氧（0–50mg/l±2%）C、電導率（0–100ms/cm±0.5%）D、酸堿度（0–14±0.2）E、氨氮值（0–200mg/l±10%）F、透明度（0–1000NTU±2%）等。600R型集成探頭水質傳感器主要技術參數(shù)：49水質傳感器和單片機通訊的接口電路水質傳感器采用標準RS-232EIA電平（±12V），而MCU為5VTTL電平，因此用泵電容完成電平轉換。水質傳感器和單片機通訊的接口電路水504.4太陽能直流供電系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場檢測站點處在近海、湖泊等野外水體中，架設有線電源不太方便并且成本較高，因此采用太陽能供電系統(tǒng)是較合理的選擇。太陽能電板電壓經(jīng)過DC/DC轉換電路，產(chǎn)生標準、穩(wěn)定的RTU供電電源，同時給鋰離子充電電池充電備用。系統(tǒng)采用+4.2V和+12.0V混合供電。4.4太陽能直流供電系統(tǒng)51太陽能供電系統(tǒng)結構太陽能供電系統(tǒng)結構52DC/DC變換器及鋰電池充電電路(主要為MCU)DC/DC變換器及鋰電池充電電路(主要為MCU)534.2/12V升壓電路(主要為水質傳感器提供12V電源)4.2/12V升壓電路(主要為水質傳感器提供12V電源)545、通信協(xié)議設計5.1基于GPRS的無線通信協(xié)議作用

初始化GPRS模塊，使之附著在GPRS網(wǎng)上，獲得網(wǎng)絡運營商動態(tài)分配的IP地址，并與中央控制中心的終端或服務器建立連接；向GPRS終端發(fā)送用戶制定的數(shù)據(jù)包或接收來自GPRS終端的數(shù)據(jù)包；當GPRS終端空閑的時候，現(xiàn)場RTU終端按照一定的時間間隔發(fā)送命令數(shù)據(jù)包以保持網(wǎng)路連通；(3分鐘內(nèi)必須發(fā)一次)按照用戶制定的數(shù)據(jù)包格式，將現(xiàn)場RTU終端采集到的各參數(shù)打包處理以備傳輸。5、通信協(xié)議設計5.1基于GPRS的無線通信協(xié)議作用555.2通信協(xié)議軟件流程圖

5.2通信協(xié)議軟件流程圖565.3通信協(xié)議介紹1.數(shù)據(jù)幀格式：

2.數(shù)據(jù)幀各段代碼介紹如下：

認證碼A功能代碼段B幀數(shù)據(jù)C幀校驗碼D認證碼A：3字節(jié)

功能碼B：1字節(jié)

幀數(shù)據(jù)C：0-106字節(jié)

校驗碼D：4字節(jié)

上位機：字符串“HJS”下位機：字符串“ATS”

0x54：通信自檢0x53：參數(shù)設置0x43：動作控制0x44：參數(shù)上傳0x57：參數(shù)報警0x45：誤幀報警

從機地址：3字節(jié)監(jiān)測周期：4字節(jié)從機密碼：4字節(jié)操作內(nèi)容：2字節(jié)監(jiān)測數(shù)據(jù)：96字節(jié)報警信息：2字節(jié)

和校驗方式

5.3通信協(xié)議介紹1.數(shù)據(jù)幀格式：認證碼A功能代碼段B576、試驗結果6、試驗結果58遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件59遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件60三、路燈遠程監(jiān)控1、系統(tǒng)設計要求（1）.系統(tǒng)功能要求：A.實現(xiàn)路燈支路日常開關的集中遙控，尤其是實現(xiàn)節(jié)能控制和景觀燈等特殊控制。B.按照日出日落（節(jié)氣）時間參數(shù)自動開關燈。C.中控室和現(xiàn)場RTU通信發(fā)生故障時，現(xiàn)場RTU也能按時開、關燈。D.實現(xiàn)開燈后路燈支路電壓、電流以及溫度的遙測。E.開、關燈后的路燈支路狀態(tài)自動巡檢和報警。F.實現(xiàn)電壓、電流報表、曲線顯示以及路燈故障率計算等內(nèi)容要求。G.可對整個路燈系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)進行實時記錄和備份，便于離線查詢。三、路燈遠程監(jiān)控61（2）.主要技術指標：A.系統(tǒng)容量：65536B.通信方式：GSM和PLC通信C.電壓測量范圍：0－380VD.電流測量范圍：0－80AE.溫度測量范圍：0－80℃F.測量精度：電流及電壓±1％，溫度±1℃G.工作環(huán)境溫度：－25-70℃2、系統(tǒng)結構2、系統(tǒng)結構62圖3.1路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)框架圖圖3.1路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)框架圖632.1現(xiàn)場RTU設計2.1現(xiàn)場RTU設計64路燈支路電壓及電流檢測電路：路燈支路電壓及電流檢測電路：65A、電壓電流傳感器選擇對交流高電壓的測量有兩種方法:一種用變壓器降壓,另一種用霍爾電壓傳感器,前者適用被測信號頻率不高,測量精度也要求不高的場合,這種方案價格較低。后者比較適合直流信號或者頻率較高并且測量精度也要求較高的場合。對低頻交流電流的測量可用交流互感器，對直流或者非正弦波的測量可用霍爾電流傳感器。本系統(tǒng)由于測量精度要求不高，并且電壓電流信號變化范圍不是很大，故選用普通變壓器和電流互感器。變壓器參數(shù)：220V/16V電流傳感器：80A/20mAA、電壓電流傳感器選擇66B、主MCU模塊設計主MCU模塊主要完成GSM通信、鍵盤掃描、LCD顯示、路燈支路電壓采集C、從MCU模塊設計從MCU模塊主要完成與燈單元控制器的通信、路燈支路電流采集、路燈開關控制主從MCU之間采用SPI通信D、GSM模塊與MCU結構設計B、主MCU模塊設計67遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件68遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件69遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件70遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件71并行與串行通信計算機與外設或計算機之間的通信通常有兩種方式：并行通信和串行通信。并行通信指數(shù)據(jù)的各位同時傳送。并行方式傳輸數(shù)據(jù)速度快，但占用的通信線多，傳輸數(shù)據(jù)的可靠性隨距離的增加而下降，只適用于近距離的數(shù)據(jù)傳送。串行通信是指在單根數(shù)據(jù)線上將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳送。發(fā)送過程中，每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)，再發(fā)送第二個，依此類推。接受數(shù)據(jù)時，每次從單根數(shù)據(jù)線上一位一位地依次接受，再把它們拼成一個完整的數(shù)據(jù)。在遠距離數(shù)據(jù)通信中，一般采用串行通信方式，它具有占用通信線少、成本低等優(yōu)點。并行與串行通信計算機與外設或計算機之間的通信通常有兩種方式：72常用并行總線單片機的三總線（8080總線、6800總線）ISA插槽是基于ISA總線（IndustrialStandardArchitecture，工業(yè)標準結構總線）的擴展插槽，其工作頻率為8MHz左右，為16位插槽，最大傳輸率16MB/secPCI(PeripheralComponentInterconnect)傳輸帶寬達到133MB/s(33MHz*32bit/s)，或者266MB/s(66MHz*32bit/s).PATA硬盤并口接口規(guī)范常用并行總線單片機的三總線（8080總線、6800總線）73串行替代并行早期微控制器系統(tǒng)由于主頻不高，所以，在需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，通常使用并行方式，在主頻一定的情況下，通過位寬的擴展提高總的數(shù)據(jù)傳輸率。并行總線位寬的增加就以為著連接線的增加，在多個設備連接時PCB的設計將是巨大的挑戰(zhàn)，所以很難擴展過多的設備。而且太多的布線互相之間的干擾也制約著頻率的提高。串行總線在全面替代并行總線串行替代并行早期微控制器系統(tǒng)由于主頻不高，所以，在需要高速數(shù)74串行替代并行PATA硬盤并口接口規(guī)范SATA串行高級技術附件PCIPCIEUSB：英文UniversalSerialBUS(通用串行總線)的縮寫IEEE1394PCI-Express是最新的總線和接口標準，主要優(yōu)勢就是數(shù)據(jù)傳輸速率高，目前最高的16X2.0版本可達到10GB/s，而且還有相當大的發(fā)展?jié)摿?。串行替代并行PATA硬盤并口接口規(guī)范SATA串行高級技術附件75遠程數(shù)據(jù)通信及其應用一、遠程數(shù)據(jù)通信

遠程數(shù)據(jù)通信分有線和無線兩種。

有線方式主要有：RS232、RS485、RS422、電流環(huán)、CANBUS或其他數(shù)據(jù)總線、TCP\IP網(wǎng)絡通信，電力載波；

無線方式主要有：專用數(shù)傳電臺、開放頻段遙控模塊和數(shù)傳模塊、公用GSM或CDMA網(wǎng)絡。

遠程數(shù)據(jù)通信及其應用76異步串口目前RS-232是PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通信。典型的RS-232信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅動器輸出正電平在+5～+15V，負電平在-5～-15V電平。當無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為TTL電平，從開始傳送數(shù)據(jù)到結束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3～+12V與-3～-12V。RS-232是為點對點（即只用一對收、發(fā)設備）通信而設計的，其驅動器負載為3～7kΩ。由于RS-232發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約30米，最高速率為20kb/s。異步串口目前RS-232是PC機與通信工業(yè)中應用最廣77異步串口RS-422由RS-232發(fā)展而來。為改進RS-232通信距離短、速度低的缺點，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbit/s,并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)范。RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1200米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。為擴展應用范圍，EIA在RS-422的基礎上制定了RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力，通常在要求通信距離為幾十米至上千米時，廣泛采用RS-485收發(fā)器。RS-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅動器將TTL電平信號轉換成差分信號輸出；在接收端，接收器將差分信號變成TTL電平，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓，故數(shù)據(jù)傳輸可達千米以外。異步串口RS-422由RS-232發(fā)展而來。為改進R78性能比較性能比較79電流環(huán)通信電流環(huán)是一種非正式的串行通信標準。它以電流流過通信環(huán)路表示數(shù)據(jù)信號的傳遞(邏輯1)，無電流為空號(邏輯0)，在接收端由光電耦合器件將電流還原為處理器可以讀的電平信號。由于電流環(huán)方式是通過環(huán)路中電流的有無來表示邏輯值“1”和“0”，而不是用電平的高低表示邏輯值，加上在收發(fā)二端采用光電隔離技術，因此與電平方式相比，具有明顯的優(yōu)點：信號不易衰減、抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離最大可達幾千米。電流環(huán)通信80遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件81ＣＡＮＢＵＳA、CAN為多主工作方式，網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息，不分主從。B、最高傳輸速率可達1MBPS（此時通信距離40M）C、最遠傳輸距離可達10KM（速率5KBPS）D、CAN節(jié)點最多可達110個。E、CAN上節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，優(yōu)先級最高的數(shù)據(jù)最多可在134uS內(nèi)得到傳輸。F、CAN采用非破壞總線仲裁技術。當多個節(jié)點向總線發(fā)送信息出現(xiàn)沖突時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動退出，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。G、CAN上節(jié)點在錯誤嚴重情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其它節(jié)點的操作不受影響。H、CAN的通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖。I、CAN的缺點成本較高，一片CAN控制芯片如：SJA1000約20元。ＣＡＮＢＵＳA、CAN為多主工作方式，網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任82現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線83現(xiàn)場總線的特點及優(yōu)點(1)全數(shù)字化通信(2)開放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(3)互可操作性與互用性(4)現(xiàn)場設備的智能化(5)系統(tǒng)結構的高度分散性(6)對現(xiàn)場環(huán)境的適應性現(xiàn)場總線的特點及優(yōu)點(1)全數(shù)字化通信84網(wǎng)絡通信利用電話線、同軸電纜、網(wǎng)線以及光纖等介質實現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡通信TCP/IP協(xié)議目前覆蓋最廣、使用人數(shù)最多、接入設備最多、協(xié)議標準化最好、應用層開放網(wǎng)絡通信必須使用協(xié)議棧，實現(xiàn)從物理層到應用層之前的協(xié)議網(wǎng)絡通信85TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)了五層協(xié)議。（1）物理層：對應OSI的物理層。（2）網(wǎng)絡接口層：類似于OSI的數(shù)據(jù)鏈路層。（3）Internet層：OSI模型在Internet網(wǎng)使用前提出，未考慮網(wǎng)間連接。（4）傳輸層：對應OSI的傳輸層。（5）應用層：對應OSI的表示層和應用層。TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)了五層協(xié)議。86TCP\IP協(xié)議棧uIP是專門為8位和16位控制器設計的一個非常小的TCP/IP棧。完全用C編寫，因此可移植到各種不同的結構和操作系統(tǒng)上，一個編譯過的?？梢栽趲譑BROM或幾百字節(jié)RAM中運行。uIP中還包括一個HTTP服務器作為服務內(nèi)容。LwIP是瑞士計算機科學院開發(fā)的一套用于嵌入式系統(tǒng)的開放源代碼TCP/IP協(xié)議棧。LwIP的含義是LightWeight(輕型)IP協(xié)議，相對于uip。LwIP可以移植到操作系統(tǒng)上，也可以在無操作系統(tǒng)的情況下獨立運行。LwIPTCP/IP實現(xiàn)的重點是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎上減少對RAM的占用，一般它只需要幾十K的RAM和40K左右的ROM就可以運行，這使LwIP協(xié)議棧適合在低端嵌入式系統(tǒng)中使用。LwIP的特性如下：支持多網(wǎng)絡接口下的IP轉發(fā)，支持ICMP協(xié)議，包括實驗性擴展的的UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議），包括阻塞控制，RTT估算和快速恢復和快速轉發(fā)的TCP（傳輸控制協(xié)議），提供專門的內(nèi)部回調接口（RawAPI）用于提高應用程序性能，并提供了可選擇的Berkeley接口API。TCP\IP協(xié)議棧87TCP\IP協(xié)議棧uC/IP是由GuyLancaster編寫的一套基于uC/OS且開放源碼的TCP/IP協(xié)議棧，亦可移植到其它操作系統(tǒng)，是一套完全免費的、可供研究的TCP/IP協(xié)議棧，uC/IP大部分源碼是從公開源碼BSD發(fā)布站點和KA9Q（一個基于DOS單任務環(huán)境運行的TCP/IP協(xié)議棧）移植過來。uC/IP具有如下一些特點：帶身份驗證和報頭壓縮支持的PPP協(xié)議，優(yōu)化的單一請求/回復交互過程，支持IP/TCP/UDP協(xié)議，可實現(xiàn)的網(wǎng)絡功能較為強大，并可裁減。UCIP協(xié)議棧被設計為一個帶最小化用戶接口及可應用串行鏈路網(wǎng)絡模塊。根據(jù)采用CPU、編譯器和系統(tǒng)所需實現(xiàn)協(xié)議的多少，協(xié)議棧需要的代碼容量空間在30-60KB之間。BSD棧歷史上是其他商業(yè)棧的起點，大多數(shù)專業(yè)TCP/IP棧（VxWorks內(nèi)嵌的TCP/IP棧）是BSD棧派生的。這是因為BSD棧在BSD許可協(xié)議下提供了這些專業(yè)棧的雛形，BSD許用證允許BSD棧以修改或未修改的形式結合這些專業(yè)棧的代碼而無須向創(chuàng)建者付版稅。同時，BSD也是許多TCP/IP協(xié)議中的創(chuàng)新（如廣域網(wǎng)中餓擁塞控制和避免）的開始點。TCP\IP協(xié)議棧88電力線載波通信PLC（PowerlineCommunications)是以電力網(wǎng)為通信信道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換。與其它通信方式相比，可大大節(jié)省通信網(wǎng)建設費用。擴頻通信是信息時代的三大高技術通信手段之一，具有窄帶通信所不具備的優(yōu)良性能，如抗干擾性強，誤碼率低等優(yōu)點，目前載波通信的缺點是跨越電力變壓器比較困難。PLC通信頻段為：3KHz-9KHz----電力公司專用頻段9KHz-95KHz----電力公司和經(jīng)電力公司許可的用戶使用的頻段95KHz-148.5KHz----其它用戶使用的頻段載波通信的傳輸速率是自動抄表系統(tǒng)的一項重要技術指標，也是載波通信技術水平的一項重要標志。通信速率（波特率）和誤碼率是一對矛盾，波特率越高，誤碼率就越高，通信成功率就越低。因此波特率的設計至關重要，實用速率為幾KB。電力線載波通信89遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件90遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件91電力貓電力貓92專用數(shù)傳電臺利用無線數(shù)傳電臺進行通信是目前常用的無線通信方式。無線電臺常采用頻率:315MHz、433MHz、826MHz進行通信，通信速率一般為1.2K~19.2Kbps，電臺天線架在離地面約30米以上時通信可覆蓋可傳輸20-50公里范圍，否則需通信中繼，這種通信方式受周圍環(huán)境建筑的影響極大。數(shù)傳電臺又分模擬電臺和數(shù)字電臺。系統(tǒng)造價較高，日常維護工作量較大。遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件93無線遙控可以分為兩種類型：紅外遙控和無線電遙控。紅外遙控器（IRRemoteControl）是利用波長為0.76～1.5μm之間的近紅外線來傳送控制信號的遙控設備。無線遙控是無線電遙控（RFRemoteControl），它是利用無線電信號對遠方的各種機構進行控制的遙控設備。這些信號被遠方的接收設備接收后，可以指令或驅動其它各種相應的機械或者電子設備，去完成各種操作，如閉合電路、移動手柄、開動電機，之后再由這些機械進行需要的操作。無線遙控可以分為兩種類型：紅外遙控和無線電遙控。94無線電遙控常用的載波頻率為315mHz或者433mHz，遙控器使用的是國家規(guī)定的開放頻段，在這一頻段內(nèi)，發(fā)射功率小于10mW、覆蓋范圍小于100m。無線電遙控器與紅外遙控器的區(qū)別：紅外遙控和無線遙控是對不同的載波來說的，紅外遙控器是用紅外線來傳送控制信號的，它的特點是有方向性、不能有阻擋、距離一般不超過7米、不受電磁干擾，電視機遙控器就是紅外遙控器；無線電遙控器是用無線電波來傳送控制信號的，它的特點是無方向性、可以不“面對面”控制、距離遠（可達數(shù)十米，甚至數(shù)公里）、容易受電磁干擾。無線電遙控常用的載波頻率為315mHz或者433mHz，遙控95遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件96無線數(shù)傳模塊nRF24.L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4GHz～2.5GHzISM頻段。其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9mA;接收時，工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設計更方便

無線數(shù)傳模塊nRF24.L01是一款新型單片射頻收發(fā)器97CC2500工作頻率可達2.4GHz。在空曠傳輸距離大于50米。自帶PCB天線，無需再配天線！低電流損耗，發(fā)射電流11mA到21mA軟件可調，接收電流15mA.休眠電流小于20uA.帶無線喚醒（WOR）功能,可以通過無線方式喚醒您的單片機！CC2500工作頻率可達2.4GHz。在空曠傳輸距離大于5098CC1101是一款低于1GHz高性能射頻收發(fā)器，設計旨在用于極低功耗RF應用。其主要針對工業(yè)、科研和醫(yī)療(ISM)以及短距離無線通信設備(SRD)。CC1101可提供對數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)傳輸、接收信號強度指示(RSSI)、空閑信道評估(CCA)、鏈路質量指示以及無線喚醒(WOR)的廣泛硬件支持。CC1101在代碼、封裝和外引腳方面均與CC1100兼容，可用于全球最為常用的開放式低于1GHz頻率的RF設計。

CC1101是一款低于1GHz高性能射頻收發(fā)器，設計旨在用于99采用SiliconLabsEZRadioPRO系列ISM頻段無線芯片SI4432,在240-960MHZ頻段下最大輸出功率可以達到+20DBm。通信距離可達1000m

。采用SiliconLabsEZRadioPRO系列ISM100ZigbeeZigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。CC2530是用于2.4-GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。ZigbeeZigbee是基于IEEE802.15.4標準的101GSM(CDMA)公用網(wǎng)絡

GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)系統(tǒng)是目前基于時分多址技術的移動通訊體制中比較成熟、完善、應用最廣泛的一種系統(tǒng)。目前已建成的覆蓋全國的GSM通信網(wǎng)，是公眾移動通信網(wǎng)的主要方式。由于GSM網(wǎng)絡在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡能力強的特點，用戶無需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡覆蓋范圍的同時為客戶節(jié)省了昂貴建網(wǎng)費用和維護費用。GSM無線通信是雙向通信，而且性能穩(wěn)定?，F(xiàn)階段利用GSM網(wǎng)絡的最主要有兩種數(shù)據(jù)通信方式：SMS和GPRS。GSM(CDMA)公用網(wǎng)絡102短消息業(yè)務(ShortMessageService)是通過GSM網(wǎng)的控制信道傳輸用戶分組信息的一種增值服務，經(jīng)短消息業(yè)務中心完成存儲和前轉功能，每個短消息最大為140個字節(jié)。通用分組無線業(yè)務GPRS(GeneralPacketRadioService)是一種基于分組交換傳輸數(shù)據(jù)的高效率無線傳輸平臺。GPRS最顯著的優(yōu)點就是數(shù)據(jù)速率最高可達170kb/s，對于GSM網(wǎng)現(xiàn)有電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(CSD)和短消息業(yè)務(SMS)來說，GPRS是一種補充而不是替代。GPRS可以根據(jù)用戶需要靈活地動態(tài)分配無線資源，從而實現(xiàn)多用戶共享信道，提高頻率利用率以及時時在線等，同時計費也將由傳統(tǒng)的按時方式改為根據(jù)用戶數(shù)據(jù)的傳輸量來計費（3分/KB）或包月。GPRS目前還大量用于電力負荷控制或遠程抄表系統(tǒng)中。短消息業(yè)務(ShortMessageSer103通信協(xié)議的設計(1)在PC讀數(shù)據(jù)時遵循讀命令等數(shù)據(jù)報告即PC下達一命令等待接收數(shù)據(jù)再據(jù)所接收數(shù)據(jù)的正誤向應用程序報告此命令的執(zhí)行情況(2)在PC寫數(shù)據(jù)時遵循寫命令等回應報告即PC下達一寫命令此時所要寫的數(shù)據(jù)含于此命令中等待單片機發(fā)來的已正確接收的回應信號并向應用程序報告此命令執(zhí)行完畢(3)如果在轉輸過程中其間PC或MCU所接收任何一幀信號出現(xiàn)錯誤時均會向對方發(fā)送重發(fā)此幀信號的請求如果連續(xù)三次轉輸失敗則退出通信并向應用程序報告通信協(xié)議的設計(1)在PC讀數(shù)據(jù)時遵循讀命令等數(shù)據(jù)104信號幀分類(1)讀命令幀當PC讀數(shù)據(jù)時PC向MCU發(fā)送的命令信號(2)寫命令幀當PC寫數(shù)據(jù)時PC向MCU發(fā)送的命令信號內(nèi)含所要寫的數(shù)據(jù)(3)數(shù)據(jù)幀當PC讀數(shù)據(jù)時MCU向PC發(fā)送的內(nèi)含數(shù)據(jù)信息的信號(4)正回應幀當PC寫數(shù)據(jù)時MCU向PC報告數(shù)據(jù)已正確接收的信號(5)重發(fā)命令幀當PC讀/寫數(shù)據(jù)時MCU所接收的信號幀讀/寫命令幀有誤時向PC發(fā)出的請求重發(fā)信號(6)放棄命令幀當PC讀/寫數(shù)據(jù)時出現(xiàn)了使程序無法正常執(zhí)行時PC或MCU向對方發(fā)出的退出通信的通知信號信號幀分類(1)讀命令幀當PC讀數(shù)據(jù)時PC向MC105信號幀格式幀頭標志(1Byte)表示此數(shù)據(jù)包屬于本串口通信協(xié)議并為是否接收此包數(shù)據(jù)的標志幀類型1Byte所用信號幀的識別標志即1.2.1信號幀分類中的各類型信號的標志字節(jié)器件地址1BytePC所要訪問的外部器件的地址即是哪一個外部器件起始地址2BytePC所要訪問的器件的存貯器起始地址長度1Byte一次命令所轉輸?shù)臄?shù)據(jù)長度校驗和1Byte此幀信號的校驗字節(jié)為異或校驗幀尾標志1Byte此幀信號的結束標志信號幀格式幀頭標志(1Byte)表示此數(shù)據(jù)包屬于本串106其他指令幀00H執(zhí)行PC命令發(fā)放棄幀回應被動退出通訊01HMCU方寫入芯片發(fā)生錯誤主動通知PC退出通訊其他指令幀00H執(zhí)行PC命令發(fā)放棄幀回應被動退出107遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件108遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件109二、水質實時遠程遙測1、項目設計要求現(xiàn)場水質變送器和控制室無線通信距離：＞20km；無光照時，后備電池持續(xù)工作時間：100h；溫度檢測范圍：-5℃--+45℃精度±1%；PH值檢測范圍：0--14.0PH精度±2%；溶氧值檢測范圍：0--25.0mg/l精度±2%；電導值檢測范圍：0--2000μS/cm精度±2%；可由鍵盤任意設定水質參數(shù)上、下限值，越限報警；各網(wǎng)箱內(nèi)水質參數(shù)實時連續(xù)顯示；可任意設定水質參數(shù)采樣周期及無線通信周期；水質參數(shù)時、日、周、月變化曲線和報表自動生成，并可由PC機顯示和打?。欢?、水質實時遠程遙測1102、系統(tǒng)結構2、系統(tǒng)結構111A、通過PC機，完成系統(tǒng)控制參數(shù)的設定。B、向各個現(xiàn)場RTU發(fā)送開、關水質傳感器控制命令，另一方面接收各個現(xiàn)場RTU上傳的數(shù)據(jù)狀態(tài)信息。C、接收現(xiàn)場RTU的各種報警信息，并提醒用戶。D、水質參數(shù)時、日、周、月變化曲線和報表自動生成，并可由PC機顯示和打印。3、監(jiān)控中心任務A、通過人機交互設備，完成RTU現(xiàn)場參數(shù)（RTU地址，水質參數(shù)采集間隔時間等）的設置，并且動態(tài)顯示RTU現(xiàn)場的各種信息。B、完成RTU現(xiàn)場數(shù)據(jù)（溫度、電導、溶氧、PH值等）的采集、分析、處理，并通過GPRS定時向監(jiān)控中心上傳數(shù)據(jù)。C、接收來自監(jiān)控中心的操作命令，完成開關水質傳感器控制，并且上傳警告信息。4、現(xiàn)場RTU任務A、通過PC機，完成系統(tǒng)控制參數(shù)的設定。3、監(jiān)控中心任務A、112現(xiàn)場RTU結構圖現(xiàn)場RTU結構圖113A、SIM100是SIMCOM公司生產(chǎn)的GSM/GPRS雙頻模塊，該模塊主要為語音傳輸、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務提供無線接口，應用領域如移動電話、PDA、無線抄表系統(tǒng)；B、發(fā)射功率：Class4(2W)/(EGSM),Class1(1W)/(1800MHz)；C、正常工作電壓范圍為+3.3V~+4.6V直流，待機電流為4mA；D、工作溫度：-35℃~+75℃。4.1GSM模塊介紹A、SIM100是SIMCOM公司生產(chǎn)的GSM/GPR114SIM100模塊接口SIM100模塊接口1154.2MCU選擇考慮到傳感器數(shù)據(jù)采集和GSM模塊數(shù)據(jù)需要兩個UART口故選用ATMEL公司MEGA64單片機。4.2MCU選擇116遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件117遠程數(shù)據(jù)通信及其應用要點課件118水質傳感器的性能對整個系統(tǒng)的性能指標起到?jīng)Q定性的作用，因此需要根據(jù)不同的水體、測量的水體深度、工作環(huán)境的溫度以及可測量參數(shù)的數(shù)量和精度等要求選擇合適的水質傳感器；系統(tǒng)采用美國金泉(YSI)公司生產(chǎn)的YSI600R型集成探頭水質傳感器，600R型是一個用于地表水和地下水水質測試的小巧配置，可同時測試8個參數(shù)。該集成探頭可以直接輸出模擬電壓信號，也可以輸出數(shù)字信號，通過RS-232接口或SDI-12接口和主機通信，使用相當?shù)姆奖恪?.3水質傳感器水質傳感器的性能對整個系統(tǒng)的性能指