基于ARM7的路灯监控通信终端的设计

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       引言

  对于城市路灯管理部门来说,防盗、节能等一直是一件非常头疼的事情,需要投入大量的人力、物力和财力,因为路灯数量众多,地理位置分散,给工作人员带来极大的困难。

  GPRS即通用分组无线业务[1],英文全称为General Packet Radio Service,这种无线业务是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输业务。GPRS采用分组交换技术,它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输,具有实时在线、按量计费、快捷登录、高速传输、自如切换等优点。因此,利用GPRS组建的无线通信系统是一种造价低,易于维护和推广,无制约,可靠性高,稳定性好,具有一定的先进性,标准性且易于扩充的系统。可以说,将GPRS应用于路灯监控系统的数据传输是目前最理想的选择。

  本系统设计一种基于ARM7处理器以及利用GPRS技术的路灯监控通信系统的终端,实现远程无线的各路现场数据的传输。结合上位机软件,将各路数据实时传递到集中监控中心,以实现对路灯运行情况的统一监控和分布式管理。系统结构模型图如图1所示。

  图1   GPRS路灯监控通信系统模型图

  1  主要芯片简介

  1.1  LPC2106芯片[2]

  LPC2106处理器是菲利普公司的ARM7TDMI-S 处理器,该芯片带有一个支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI-SCPU,并嵌入了128KB的高速Flash存储器。具有ISP 和IAP 功能,128位的储存器接口和特别的允许在最高时钟周期执行32位代码的加速体系,在代码长度起关键作用的程序中,可选的16位的Thumb模式在最少的代价下能够减少了超过30%的代码,CPU 操作频率可达60MHz ;LPC2106体积很小,它有两个低功耗模式:空闲和掉电,使系统保证在低功耗使用,非常省电,在路灯监控系统中,它是非常理想的选择。它内部RAM达到64K大小,提供I2C 串行和SPI 串行接口等接口,使得LPC2106在GPRS系统中能够进行各种扩充;它的两个定时器,分别具有4 路捕获/比较通道,适合路灯控制多路数据处理,看门狗定时器确保了系统的安全,双电源技术保证了系统的可靠性。

  1.2  P87LPC760芯片[3]

  P87LPC760是14 脚封装的单片机,适合于许多要求高集成度低成本的场合,可以满足多方面的性能要求。它是菲利普公司小型封装系列中的一员,P87LPC760提供高速和低速的晶振和RC 振荡方式,可编程选择具有较宽的操作电压范围,可编程I/O口线输出模式选择,可选择施密特触发输入LED 驱动,输出有内部看门狗定时器,P87LPC760采用加速80C51处理器结构,指令执行速度是标准80C51 MCU的两倍特性。在路灯监控通信终端中作为从处理器。

  2  硬件系统结构

  2.1  GPRS通信终端硬件结构

  GPRS路灯监控系统终端安装在路灯的各个数据采集点,通过RS232口和RS485口与GPRS透明数据传输终端连接,数据经过协议封装后发送到中国移动的GPRS数据网络,通过GPRS数据网络将数据传送至路灯监控中心,实现路灯终端和路灯监控中心系统的实时在线连接。GPRS通信终端硬件结构采用主从CPU的设计方法,这样提高系统的可靠性和运行速度,主处理器采用菲利普公司的ARM7TDMI-S 处理器LPC2106,主要负责协议的封装,与GPRS通信的实现;从处理器采用菲利普公司的P87LPC760,主要负责对ARM7芯片和GPRS模块的控制。GPRS监控通信终端的实现结构图如图2所示。

  图2  GPRS监控通信终端结构图

  2.2  监控通信硬件的实现

  在路灯监控通信终端中,主处理器是基于AMR7核心的LPC2106处理器,它是整个系统的硬件核心,连接结构图如图3所示,主要功能是实现GPRS下的通信协议封装及数据传输,同时采用适用于GPRS的AT指令,使用TCP/IP协议将数据打成IP包,经GPRS接口接入无线GPRS网络,并应用Winsock控件来实现接收数据及数据交换。

  2.3  监控通信控制的实现

  从处理器使用P87LPC760,主要功能是对LPC2106处理器与GPRS模块的数据传输通信控制;

  2.4  监控通信接口的实现

  由于监控通信终端是3.3V的系统,而且核心处理器LPC2106的UART1带有完全的调制解调器接口,使用TTL电平,所以使用8 路的RS232 转换芯片SP3238进行RS232电平转换及串口通信,SP3238芯片是+3.0V和+5.5V的RS232转换器。具有低功耗、高数据速率、增强型ESD保护等特性。MAX3485是RS485电平转换,这些口线可保留给用户作为其它功能使用。

  2.5  GPRS模块的实现

  中兴ZTE815主要是用来实现GPRS模块,使用SIM卡进行实现。SIM卡的1和4脚接电源,2脚接地,3脚是复位,与ZTE815的41脚相连;5脚是时钟,与ZTE815的45脚相连;6脚是通信读写I/O引脚,与ZTE815的43脚相连。

  图3   LPC2106连接结构图

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