基于STM32单片机和EM310的无线终端设计-设计应用

精品文档-下载后可编辑基于STM32单片机和EM310的无线终端设计-设计应用摘要：设计了一种基于STM32单片机和EM310模块的无线终端.通过STM单片机实现SCADA系统监测点仪表的串口与EM310之间的数据传输，通过EM310将仪表数据发送到GPRS网络，实现了监测点仪表与控制中心的无线连接.该终端适用于各种SCADA系统，具有结构简单.扩展性强.通用性强.建设成本低.传输容量大.传输高速等优点.

0引言

在监测监控及数据采集系统（SCADA）系统中，采集数据的实时性和准确性对系统有很大的影响，合适的通信网络可以有效提高SCADA系统的效益，本文设计的GPRS无线终端在SCADA系统中的应用解决了上述问题，除满足数据实时性和准确性外，还具有建设成本低.结构简单.传输容量大.可远程控制等优势.

1终端简介

1.1终端结构

无线终端由EM310GSM模块和STM32F103单片机构成，以STM32F103单片机为，STM32F103单片机有丰富的通信接口，用于连接EM310和现场仪表；还有丰富的I/O资源，可以扩展较大容量的RAM,一方面存储指令集，用于解读指令并作出相应的动作；另一方面用于暂时存储监测点采集到的数据.终端利用GPRS技术与控制中心进行通信，GPRS的通讯网络具有建设成本低.联网快速.传输容量大.传输高速等优点.如图1为该无线终端和监测点仪表的结构图.

1.2终端在SCADA系统中的应用

在SCADA系统中无线终端的主要任务是通过GPRS网络

和Intemet网络实现监测点与控制中心之间的数据收发，其结构如图2所示.

1.2硬件设计

终端主要实现的功能有：数据收发.指令解读和控制监测点仪表.满足以上功能，电路主要分成几个部分：EM310模块电路.外扩RAM电路.仪表串口电路.

（1）EM310模块在SCADA系统对无线模块传输数据的速度和容量有一定的要求，另外，在某些系统对终端的工作温度要求较高.EM310与西门子MC55相比具有髙低温范围大，可以应用到一些温度要求比较高的场合；与GTM900B相比，体积较小，功能较强，EM310内置协议找，可以发2K字节，能够满足大多SCA-DA系统的要求；有MUX功能，能实现大数据量的传输.

EM310模块的作角是从STM32单片机的串口上接收数据并发送和接收无线数据通过串口传输给STM32单片机，在连接GPRS网络时需要SIM卡的验证，同时通过LPG引脚显示当前的状态.因此，EM310模块电路主要包括串口部分.SIM卡连接部分和LPG指示灯连接部分，另外还有启动和复位部分.

如图3所示SIM_CLK.SIM_VCC.SIMJO.SIM_RST分别为SIM卡的时钟.电源.数据以及复位线；LPG用于连接网络状态指示灯；RST为复位管脚，低电平有效，此管脚在靠近50PINB2B连接器处并联100nF的电容到GND,用于静电释放防护；TERM-ON为开关机管脚，将TERM-ON管脚拉低50ms,即可开机，再将TERMJ3N管脚拉低50ms,即可关机.VDD-IO为I/O口电源管脚，VDD-IO人电压U与/DTR./RTS./TXD外加串联电阻R的关系计算公式：R=3.5*U-11.3K.

（2）外扩RAM

外扩RAM用于存储指令集和暂时存储仪表检测数据.当终端收到数据包时，单片机会根据收到的数据包，在RAM中找到与该数据包相应程序段，并运行该程序段，即做出控制中心要求的动作，如读取仪表的参数.设置仪表参数.读取监测数据等.

RAM的读写速度很大程度上决定了终端收到数据包后的响应速度，因此终端选用高速静态RAMIS61LV25616,采用ISSI的高性能CMOS技术，利用高度可靠的工艺和创新的电路设计技术，具有高性能和低功耗的特点.

IS61LV25616有待机模式，该模式在CMOS输入电平下的功率耗散减少，在终端没有收到指令也无需发送数据时RAM可以处于待机模式；该芯片还可以通过使能接口的连接很好地实现内存的扩展；数据访问包括高字节访问和低字节访问两种.

（3）仪表串口

仪表串口用于监测点仪表与单片机之间的连接，仪表串口电路选择RS232转TTL电平的形式，如图4,DB9的1.4.6短接，RS232电平通过收发器SP3223EA进行数据的收发.在SP3223EA中C1+和C1一之间接极性电容作为电压倍增器的泵电容，C2+和C2一之间接极性电容作为反向电荷泵电容，TXfN为TTL/CMOS驱动器输入，TxOUT为RS一232驱动器输出，RxlN为RS一232接收器输入，RxOUT为TTL/CMOS接收器输出.

SP3223EA通过倍增和反向实现TTL电平到RS232电平的转换.

2软件设计与调试

软件设计需要通过串口通信实现EM310的初始化.参数的设置.数据的发送和接收.

2.1程序流程图

单片机与EM310连接的串口是串口1,与仪表串口是串口2,在主程序中首先定义一些全局变量，然后进行初始化，包括系统及外设时钟的初始化.外设及通用lP端口的初始化.串口初始化.定时器初始化，进入循环一直检测是否有收到数据或者仪表串口是否需要发送数据.若收到数据则进入接收数据的子程序，若需要发送数据则进入发送数据的子程序.程序流程图如图5所示.

2.2调试过程与结果

这里采用了串口调试工具模拟监测点仪表，可以给GPRS无线数据终端传数据，再由EM310发送到控制中心，也可以从EM310读取其收到的数据；用TestGPRS软件模拟控制中心软件.可以显示从串口调试工具发送来的数据，也可以通过网络向串口调试工具发送数据.

（1）EM310初始化

EM310的初始化包括信号检测.SIM卡检测.模式选择.注册网关.用户名和密码.在信号强度足够.SlM卡正确连接的情况下就可以进行注册了，首先进行模式选择，确定是否让模块对输入输出数据进行压缩转换；然后注册网关.用户名和密码；等待分配lP.初始化顺序为：①检测信号强度；②检测SIM卡是否正确连接；③选择模式；④注册网关；⑤注册用户名和密码.

（2）设置命令及收发测试

设置命令主要是协议类型.IP和端口号的设置，IP和端口号必须与数据中心的lP.端口号一致，之后才能通过AT命令进行数据的收发.设置和收发数据的方法如下：

发送：AT%IPOPEN=“TCP”“210.32.34.65″，8001

返回：CONNECT

发送：AT%IPSEND=”31323334354142″发送数据12345AB

返回：%IPSEND:1,15

OK

利用TestGPRS软件向8001端口发送AB1234,然后在串口测试工具里会显示：%IPDATA:1,1,6

发送：AT%IPDR

返回：%IPDR:1,1,6,“414231323334″

OK