一种工业GPRS监控终端制造技术

本发明专利技术具体公开了一种工业GPRS监控终端，该监控终端包括硬件电路、运行于硬件中的软件系统，硬件电路包括嵌入式微控制器、GPRS无线通信模块、电源模块、GPRS电源管理模块、存储模块、输入输出模块、硬件看门狗及指示灯；嵌入式微控制器通过控制GPRS电源管理模块开启或停止对GPRS无线通信模块的供电；软件系统由底层硬件驱动程序、嵌入式操作系统及多任务应用程序构成；本发明专利技术实现了一种高可靠性GPRS监控终端，使其能够在光伏电站、风电场等恶劣的应用环境中正常工作。

【技术实现步骤摘要】
一种工业GPRS监控终端
本专利技术涉及无线通信
，具体公开了一种高可靠性的工业GPRS监控终端。
技术介绍
在光伏电站、风电场等恶劣的工业应用场合，为了保证现场设备的可靠运行，需要对这些设备进行远程监控。GPRS是物联网应用中最重要的数据传输方式之一，现已广泛应用于工业自动化、智能电网、智能交通、智能家居、物流、水文、气象等行业领域。采用GPRS技术可方便地构建现场设备远程智能监控系统，用于满足用户的需求。一方面，设备生产厂家通过该监控系统可方便地实现设备运行状态的长期监测及远程升级，从而实现设备的远程维护，不断地提高产品的可靠性，节省大量出差费用和人力成本；另一方面，现场设备的使用者也能够通过该远程监控系统方便地查看设备的运行状态，配置设备参数，从而降低设备运行的维护成本，并获得更好的用户体验。但是，在实际的工业应用场合如光伏电站、风电场等工业现场，恶劣的物理环境及各种电磁干扰可能导致布置于工业现场的GPRS监控终端不能正常工作，即工业现场对GPRS监控终端的可靠性具有很高的要求。本专利技术提供一种高可靠性GPRS监控终端，该监控终端能够满足光伏电站、风电场等恶劣应用环境的远程监控需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高可靠性GPRS监控终端，满足光伏电站、风电场等恶劣应用环境对GPRS监控终端的高可靠性要求。为解决上述技术问题，本专利技术采用了以下技术方案：一种工业GPRS监控终端，其中该监控终端包括硬件电路、运行于硬件中的软件系统，硬件电路包括嵌入式微控制器、GPRS无线通信模块、电源模块、GPRS电源管理模块、存储模块、输入输出模块、硬件看门狗及指示灯；其中，GPRS无线通信模块通过串口与嵌入式微控制器相连接，GPRS电源管理模块通过通用IO口与嵌入式微控制器相连接，电源模块分别与嵌入式微控制器、GPRS电源管理模块相连接，嵌入式微控制器还与存储模块、输入输出模块、硬件看门狗及指示灯相连接，嵌入式微控制器通过控制GPRS电源管理模块开启或停止对GPRS无线通信模块的供电；软件系统由底层硬件驱动程序、嵌入式操作系统及多任务应用程序构成；所述监控终端通过输入输出模块连接工业现场设备，能够实时监测工业现场设备的工作状态，并通过GPRS网络连接后台服务器，实时传输工业现场设备的工作状态和后台服务器的控制指令。进一步的，所述电源模块、输入输出模块均有TVS管，用于防雷击、防过电压、抗干扰、吸收浪涌功率等。进一步的，所述多任务应用程序基于多任务设计方式实现，多任务包括：开始任务、Modem串口接收任务、GPRS调度任务、数据解析转换任务、GPRS链路建立及保持任务、系统监控告警任务、设备数据采集存储上传任务；开始任务：首先启动GPRS无线通信模块，接着检测嵌入式微控制器本地配置串口是否接收到进入配置状态的指令，若在设定时间内未检测到该指令，则进入系统正常启动状态，否则进入系统参数配置状态；Modem串口接收任务：Modem串口接收任务主要负责定期查询与GPRS无线通信模块相连接的嵌入式微控制器的串口缓冲区中是否有GPRS无线通信模块发来的数据，若有，则取出并送入Modem接收数据消息队列；GPRS调度任务：GPRS调度任务完成GPRS无线通信模块数据、短信息的接收，以及GPRS数据、短消息的发送；数据解析转换任务：数据解析转换任务定期依次查询以下标志位并进行相应的处理：查询数据接收标志位，若该标志位为真，则对接收到的数据进行解析；查询数据发送标志位，若该标志位为真，则构建发送数据包并传递给GPRS调度任务进行无线发送；系统监控告警任务：系统监控告警任务完成对系统状态及采集到的设备实时数据的异常监测，通过定期检测系统的运行状态，从而及时发现系统异常，并在检测到异常事件时置位相应的告警标志位，并置位发送系统异常告警数据包的标志位，以便数据解析转换任务进行查询、构建并传递系统告警数据包至GPRS调度任务进行无线发送；设备数据采集存储上传任务：设备数据采集存储上传任务定期完成对设备实时数据的采集、存储及上传；GPRS链路建立及保持任务：GPRS链路建立及保持任务完成GPRS通信链路的建立及维持，该任务采用了状态机实现，该状态机由“GPRSModem初始化”状态、“建立GPRSPPP连接”状态、“建立GPRSTCP/UDP连接”状态、“登录远程服务器”状态、“检测GPRSPPP连接状态”状态、“检测GPRSTCP/UDP连接状态”状态、“GPRSModem硬件复位”状态、“GPRSModem重上电”状态、及“软件系统软复位”状态构成。进一步的，所述GPRS链路建立及保持任务依次包括：a、进入“GPRSModem初始化”状态，在此状态下进行GPRSModem初始化，在初始化的每一个Modem的AT指令操作时，均采用了“确定性的ModemAT指令操作机制”；若Modem初始化成功则进入“建立GPRSPPP连接”状态，若初始化失败，则进入“GPRSModem硬件复位”状态；b、在“建立GPRSPPP连接”状态下，通过向GPRSModem发送AT指令尝试建立PPP连接，若建立连接成功，则进入“建立GPRSTCP/UDP连接”状态，若连续3次尝试建立PPP连接失败，则进入“GPRSModem硬件复位”状态；c、在“建立GPRSTCP/UDP连接”状态下，根据系统参数的配置选择尝试与指定的服务器端口建立TCP连接或UDP连接，若建立连接成功，则进入“登录远程服务器”状态，若连续3次尝试建立TCP/UDP连接失败，则进入“GPRSModem硬件复位”状态；d、在“登录远程服务器”状态下，采用“可靠登录GPRS网络机制”进行服务器的远程登录操作；置位向服务器发送登录数据包的标志位，等待数据解析转换任务进行检测并构建、传递登录数据包至GPRS调度任务进行无线发送，并等待服务器的登录数据包反馈，若在指定的等待时间内接收到服务器的登录数据包反馈，则说明登录服务器成功，进入“检测GPRSPPP连接状态”状态，否则说明登录服务器失败，若连续3次登录服务器失败，则进入“GPRSModem硬件复位”状态；e、在“检测GPRSPPP连接状态”状态下，实现了“终端实时在线检测机制”，通过定期向GPRSModem发送AT指令检测GPRSPPP连接的状态，若GPRSPPP连接正常，则进入“检测GPRSTCP/UDP连接状态”状态，若连续3次检测到GPRSPPP连接断开，则进入“建立GPRSPPP连接”状态，重新建立GPRSPPP连接；之所以需要定期检测GPRSPPP连接状态，是由于GPRS网络本身的网络状况会导致GPRS无线监控节点掉线，为了保证GPRS无线监控节点与服务器的正常通信，GPRS无线监控节点必须知道何时从GPRS网络上掉线，从而及时重新建立PPP连接以及TCP/UDP连接。f、在“检测GPRSTCP/UDP连接状态”状态下，采用“心跳机制”实现TCP/UDP链路的连接状态检测，通过定期向服务器发送心跳数据包来检测GPRSTCP/UDP连接的状态，若GPRSTCP/UDP连接正常，则进入“检测GPRSPPP连接状态”状态，若连续3次检测到GPRSTCP/UDP连接断开，则进入“建立GPRSTCP/UDP连接”状态，重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业GPRS监控终端，其中该监控终端包括硬件电路、运行于硬件中的软件系统，其特征在于：硬件电路包括嵌入式微控制器、GPRS无线通信模块、电源模块、GPRS电源管理模块、存储模块、输入输出模块、硬件看门狗及指示灯；其中，GPRS无线通信模块通过串口与嵌入式微控制器相连接，GPRS电源管理模块通过通用IO口与嵌入式微控制器相连接，电源模块分别与嵌入式微控制器、GPRS电源管理模块相连接，嵌入式微控制器还与存储模块、输入输出模块、硬件看门狗及指示灯相连接，嵌入式微控制器通过控制GPRS电源管理模块开启或停止对GPRS无线通信模块的供电；软件系统由底层硬件驱动程序、嵌入式操作系统及多任务应用程序构成；所述监控终端通过输入输出模块连接工业现场设备，并通过GPRS网络连接后台服务器。

【技术特征摘要】
1.一种工业GPRS监控终端，其中该监控终端包括硬件电路、运行于硬件中的软件系统，其特征在于：硬件电路包括嵌入式微控制器、GPRS无线通信模块、电源模块、GPRS电源管理模块、存储模块、输入输出模块、硬件看门狗及指示灯；其中，GPRS无线通信模块通过串口与嵌入式微控制器相连接，GPRS电源管理模块通过通用IO口与嵌入式微控制器相连接，电源模块分别与嵌入式微控制器、GPRS电源管理模块相连接，嵌入式微控制器还与存储模块、输入输出模块、硬件看门狗及指示灯相连接，嵌入式微控制器通过控制GPRS电源管理模块开启或停止对GPRS无线通信模块的供电；软件系统由底层硬件驱动程序、嵌入式操作系统及多任务应用程序构成；所述监控终端通过输入输出模块连接工业现场设备，并通过GPRS网络连接后台服务器；所述多任务应用程序基于多任务设计方式实现，多任务包括：开始任务、Modem串口接收任务、GPRS调度任务、数据解析转换任务、GPRS链路建立及保持任务、系统监控告警任务、设备数据采集存储上传任务；开始任务：首先启动GPRS无线通信模块，接着检测嵌入式微控制器本地配置串口是否接收到进入配置状态的指令，若在设定时间内未检测到该指令，则进入系统正常启动状态，否则进入系统参数配置状态；Modem串口接收任务：Modem串口接收任务主要负责定期查询与GPRS无线通信模块相连接的嵌入式微控制器的串口缓冲区中是否有GPRS无线通信模块发来的数据，若有，则取出并送入Modem接收数据消息队列；GPRS调度任务：GPRS调度任务完成GPRS无线通信模块数据、短信息的接收，以及GPRS数据、短消息的发送；数据解析转换任务：数据解析转换任务定期依次查询以下标志位并进行相应的处理：查询数据接收标志位，若该标志位为真，则对接收到的数据进行解析；查询数据发送标志位，若该标志位为真，则构建发送数据包并传递给GPRS调度任务进行无线发送；系统监控告警任务：系统监控告警任务完成对系统状态及采集到的设备实时数据的异常监测，通过定期检测系统的运行状态，从而及时发现系统异常，并在检测到异常事件时置位相应的告警标志位，并置位发送系统异常告警数据包的标志位，以便数据解析转换任务进行查询、构建并传递系统告警数据包至GPRS调度任务进行无线发送；设备数据采集存储上传任务：设备数据采集存储上传任务定期完成对设备实时数据的采集、存储，并置位设备实时数据上传标志位，以便数据解析转换任务进行查询、构建并传递设备实时数据包至GPRS调度任务进行无线发送；GPRS链路建立及保持任务：GPRS链路建立及保持任务完成GPRS通信链路的建立及维持，该任务采用了状态机实现，该状态机由“GPRSModem初始化”状态、“建立GPRSPPP连接”状态、“建立GPRSTCP/UDP连接”状态、“登录远程服务器”状态、“检测GPRSPPP连接状态”状态、“检测GPRSTCP/UDP连接状态”状态、“GPRSModem硬件复位”状态、“GPRSModem重上电”状态、及“软件系统软复位”状态构成。2.根据权利要求1所述的一种工业GPRS监控终端，其特征在于：电源模块、输入输出模块均有TVS管。3.根据权利要求1所述的一种工业GPRS监控终端，其特征在于：所述GPRS链路建立及保持任务的状态机的状态转换机制如下：a、进入“GPRSModem初始化”状态，在此状态下进行GPRSModem初始化，在初始化的每一个Modem的AT指令操作时，均采用了“确定性的ModemAT指令操作机制”；若Modem初始化成功则进入“建立GPRSPPP连接”状态，若初始化失败，则进入“GPRSModem硬件复位”状态；b、在“建立GPRSPPP连接”状态下，通过向GPRSModem发送AT指令尝试建立PPP连接，若建立连接成功，则进入“建立GPRSTCP/UDP连接”状态，若连续3次尝试建立PPP连接失败，则进入“GPRSModem硬件复位”状态；c、在“建立GPRSTCP/UDP连接”状态下，根据系统参数的配置选择尝试与指定的服务器端口建立TCP连接或UDP连接，若建立连接成功，则进入“登录后台服务器”状态，若连续3次尝试建立TCP/UDP连接失败，则进入“GPRSModem硬件复位”状态；d、在“登录后台服务器”状态下，采用“可靠登录GPRS网络机制”进行服务器的远程登录操作；置位向服务器发送登录数据包的标志位，等待数据解析转换任务进行检测并构建、传递登录数据包至GPRS调度任务进行无线发送，并等待后台服务器的登录数据包反馈，若在指定的等待时间内接收到后台服务器的登录数据包反馈，则说明登录服务器成功，进入“检测GPRSPPP连接状态”状态，否则说明登录服务器失败，若连续3次登录服务器失败，则进入“GPRSModem硬件复位”状态；e、在“检测GPRSPPP连接状态”状态下，实现了“终端实时在线检测机制”，通过定期向GPRSModem发送AT指令检测GPRSPPP连接的状态，若GPRSPPP连接正常，则进入“检测GPRSTCP/UDP连接状态”状态，若连续3次检测到GPRSPPP连接断开，则进入“建立GPRSPPP连接”状态，重新建立GPRSPPP连接；之所以需要定期检测GPRSPPP连接状态，是由于GPRS网络本身的网络状况会导致GPRS无线监控节点掉线...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立强，凌乐，吴建东，李晋航，董娜，金之铂，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51