利用GPRS網絡技術實現油田抽油機遠程控制系統的設計

GPRS技術是在現有的GSM系統上發展出來的一種新的分組數據承載業務，其最大優勢在于它的數據傳輸速度大大提高，目前已達到了115Kbps，其次GPRS是按GSM標準定義的封包交換協議，可快速接入數據網絡。它在移動終端和網絡之間實現了“永遠在線”的連接，網絡容量只有在實際進行傳輸時在被占用，基于這些優勢，GPRS技術適合進行數據傳輸，同時由于其可靠性，可以進行遠程控制的設計，本文以油田抽油機為實際應用背景，介紹基于GPRS技術的開關磁阻電機調速系統遠程控制的架構和具體實現。

系統整體結構

本系統是通過上位機操作系統，例如無線網絡遠程控制應用于油田抽油機的開關磁阻電機，控制開關磁阻電機的啟動、停止、復位以及轉速設定等參數，并對電機的運行狀態進行采集、如電流參數、溫度參數，轉速信息、故障信息等，并將其返回到上位機操作系統進行分析，判斷電機工作情況和下一步的控制情況，實現遠程控制的目的。

本系統整體工作結構原理圖如圖1。

上位機操作系統

上位機操作系統是人機對話的平臺，本文采用VB語言編寫的可視化界面，編寫了一個TCP/IP超級終端，實現了TCP/IP服務器端的功能，這是Socket的一個簡單應用。由于每次GPRS撥號，系統端獲得的IP地址都一樣，而PC端的IP地址都不一樣，而PC端的IP地址應該是固定的，因此選擇PC端作為服務器端。服務器端創建后開始偵聽來自網絡的數據，循環等待客戶端的連接，如果有客戶端連接，接收到的數據會保存在緩沖器中，然后服務器端會判斷是否是系統發來的數據，如果正確則顯示該客戶端發來的數據，同時服務器端會重新啟動一個線程等待新的客戶連接。

系統硬件設計

如圖2所示，遠程控制系統內部結構可分為系統電源、復位電路、信號采集、控制給定以及其他控制部分，這里著重介紹信號采集、GPRS遠程控制等部分。

本設計需要采集開關磁阻電機的運行狀態，包括電流信號，電壓信號等，需要進行ADC變換，TLC0834是八位逐次逼近模數轉換器，具有輸入可配置的多通道多路器和串行輸入方式，采用串行輸入結構，其供電電壓為5V，輸入與輸出與TTL，CMOS電平兼容，為了節省I/O資源，采用LPC2134的一個I/O口連接到TLC0834的DO端和DI端，DI端只在多路器尋址時被檢測，而此時DO端仍為高阻狀態，經過一個時鐘周期后，DO端才開始在時鐘上升沿時讀出數據。

GPRS遠程控制系統

GPRS遠程控制系統是系統的核心部分，傳輸控制信息以及采集運行狀態，是負責上位機控制系統和底層電機的聯系紐帶，核心部分由ARM7處理器LPC2134和GPRS無線通信模塊MC35i構成。LPC2134與GPRS通信模塊MC35i的通信是通過串口通信來實現的，如圖3所示，通信模塊MC35i的16-23引腳數據輸入/輸出端標準串口的8個引腳分為DSR0、RING0、RXD0、TXD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0，它有固定的參數：8位數據位和1位停止位，無效驗位，波特率在300bps-115000bps之間，為了和開關磁阻電機調速系統正常地進行通信，這里選擇1200bps作為數據傳輸的波特率，硬件握手信號用RTS/CTS，模塊串口支持標準的AT命令集。

模塊的24-29管腳為SIM卡引腳，其中CCVPP引腳與用于檢測SIM卡插槽中SIM卡是否插入正常，CCCLK用于模塊在該周期下定時檢測SIM卡，因此，CCVPP腳會定時出現一個跳變，CCVCC引腳是MC35i模塊為SIM卡提供的供電電源。

系統軟件設計

本設計采用國際化標準組織所定義的開放系統互聯模型，OSI/RM參考模型包括七個協議層來定義數據通訊的協議功能，圖4所示為本設計互聯參考模型結構圖及所涉及的協議。

圖中包括上位機、INTERNET、GPRS網絡、GPRS遠程控制板、開關磁阻電機調試系統以及開關磁阻電機幾大部分的信息通信，其中GPRS遠程控制板和GPRS網絡間的通訊通過PPP（點對點協議）實現，GPRS網絡和INTERNET的通信通過GPRS網關節點實現，INTERNET和上位機的通信通過TCP/IP協議，并通過可視化界面實現。

PPP的設計與實現

本設計環節需要支持GPRS功能的GSM模塊，使移動終端通過串口和GPRS模塊相連，然后通過AT命令先設置好模塊，定義PDP上下文和網絡服務質量，發出進行申請GPRS服務的撥號命令，GPRS模塊的PPP協議服務器端程序進行協商投信，收到撥號命令后，GPRS模塊會進行網絡的附著，網絡分配無線鏈路資源，這時GPRS模塊中的PPP協議服務器端進入NETWORK狀態，得到網絡分配的IP地址并通過IPCP協議分配給移動終端，這樣，移動終端就在串口和GPRS之間用PPP協議建立了一條透明的傳輸通道，并取得了自己的IP地址，可以和數據中心通信了，PPT實現流程見圖5。

TCP/IP小型協議棧uIP的設計和實現

uIP是一個極其小型的TCP/IP協議棧，可以適用于低至8位或16位微處理器的嵌入式系統，它可以被看作是一個代碼庫為系統提供確定的函數，uIP提供三個函數到系統底層uip_init（）、uip_input（）和uip_periodic（）。應用程序必須提供一個回應函數給uIP。當網絡或定時事件發生時，調用回應函數。

VB語言編寫的可視化界面

TCP/IP協議是internet最重要的協議，本設計采用VB語言實現了TCP/IP服務器端的功能，socket接口是TCP/IP網絡的API，網絡的socket數據傳輸是一種特殊的I/O，socket也是一種文件描述符，VB提供了winsock空間，用于在TCP/IP的基礎上進行網絡通信。當使用socket進行網絡通信時，其中一個必須創建Socket服務器偵聽以進行通信，創建服務器，首先創建一個服務端口號，并開始偵聽是否有客戶請求連接，部分VB程序如下：

Private Sub Form_Load（）

Sockserver.LocalPort=3000‘服務器端口號

Sockserve.Listen ’開始偵聽

End Sub

Private sub for_unload（cancel as integer）

sockServer.Close

end sub

private sub sockserver_close（）

sockserver.close

end sub

private sub sockserver_connectionRequest（By ValREQID As long）

sockserver.close

sockserver.Accept REQID‘表示客戶請求連接的ID號

end sub

private sub sockserver_Data Arr（ByVal bytestotal As long）

’當向服務器發送的數據到達后，產生dataArr事件在事件中接收數據

Dim a as string

Sockserver.Getdata a text1.Text=a

End sub

……

結語

綜合以上設計，利用GPRS網絡實現遠程控制的最大好處在于它的可靠性，可在惡劣環境下使用，可通過上網的網絡終端來實現遠程控制和電機運行狀態的接收，同時可實現多點到多點的雙向控制，成本低廉，尤其是象油田抽油機的惡劣的工作環境，更能節省很大的人力及物力，效率很高。

責任編輯：gt