??? 摘 要： 用GSM MODEM實(shí)現(xiàn)Hostlink系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控" title="遠(yuǎn)程無線監(jiān)控">遠(yuǎn)程無線監(jiān)控的方法，通過Hostlink協(xié)議的串行通訊成功地解決了單片機(jī)與使用Hostlink協(xié)議PLC的數(shù)據(jù)交換問題，實(shí)現(xiàn)了使用手提電話或計(jì)算機(jī)對Hostlink系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控。
??? 關(guān)鍵詞： Hostlink；GSM；遠(yuǎn)程無線監(jiān)控
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??? 可編程程序控制器PLC以其可靠性高、抗干擾強(qiáng)、開發(fā)周期短而廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)與控制的各個(gè)領(lǐng)域中。OMRON是世界主要的PLC生產(chǎn)商之一，大、中、小型PLC產(chǎn)品種類繁多，其產(chǎn)品較早就在國內(nèi)廣泛應(yīng)用。但目前應(yīng)用中的大量PLC工業(yè)系統(tǒng)都是單機(jī)運(yùn)行，具體設(shè)備的工作狀態(tài)只能在現(xiàn)場獲取。在現(xiàn)代化的生產(chǎn)與控制中，通過遠(yuǎn)程無線方式實(shí)現(xiàn)人與系統(tǒng)數(shù)據(jù)和命令的交換，對于傳統(tǒng)的單臺PLC控制的工業(yè)系統(tǒng)實(shí)施遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控顯得越來越有必要。目前，層出不窮的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)迎合了廣大現(xiàn)場工作人員的需求，大大解放了勞動力。
??? 隨著通信技術(shù)的發(fā)展，基于移動通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)功能向工業(yè)遙控領(lǐng)域有不斷擴(kuò)大的趨勢。為適應(yīng)這種需要，西門子公司推出了新一代無線通信GSM模塊TC35i。基于該模塊的短消息功能，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)用戶信息處理等功能，特別適用于控制中心與終端設(shè)備距離很遠(yuǎn)，或不便采用有線通信介質(zhì)等場合。
??? 目前，使用GSM模塊或GSM MODEM開發(fā)的各種無線數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、抄表系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)等不斷產(chǎn)生，但使用單片機(jī)通過GSM網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控基于Hostlink協(xié)議的PLC系統(tǒng)目前還是空白。
1 Hostlink通信解析
1.1 Hostlink簡介
??? 上位機(jī)" title="上位機(jī)">上位機(jī)鏈接系統(tǒng)即Hostlink系統(tǒng)是對于FA系統(tǒng)一種即優(yōu)化又經(jīng)濟(jì)的通信方式，是OMRON PLC產(chǎn)品采用的一種實(shí)用有效的通信方式，它適合一臺上位機(jī)與一臺或多臺PLC進(jìn)行鏈接。上位機(jī)可對PLC傳送程序，并監(jiān)控PLC的數(shù)據(jù)區(qū)及控制PLC的工作情況。
??? Hostlink系統(tǒng)允許一臺上位機(jī)通過上位機(jī)鏈接命令向Hostlink系統(tǒng)的PLC發(fā)送命令，PLC處理來自上位機(jī)的每條指令，并把結(jié)果傳回上位機(jī)。
1.2 Hostlink通信方式
??? Hostlink系統(tǒng)通信既可以采用RS－232C方式，又可采用RS－422方式。RS－232C方式基于1對1通信，最大距離為15m；RS－422方式基于1對N的通信，即一臺上位機(jī)與多臺PLC進(jìn)行通信，最多可有32臺PLC連接到上位機(jī)，最大通信距離可達(dá)500m。
??? 表1是Hostlink系統(tǒng)最主要的一個(gè)通信參數(shù)寄存器設(shè)置情況，采用最基本的RS-232C標(biāo)準(zhǔn)通信，系統(tǒng)中的DM6645設(shè)置值為4位、16進(jìn)制數(shù)1000。當(dāng)然，還有波特率等參數(shù)的設(shè)置寄存器，因?yàn)槿笔?shù)即可用，這里不再具體講述。
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1.3 Hostlink協(xié)議解析
??? PLC通過Host Link協(xié)議與單片機(jī)進(jìn)行1：1上位鏈接通信，單片機(jī)作為上位機(jī)發(fā)送讀寫命令，實(shí)現(xiàn)的功能有： 讀寫PLC的運(yùn)行狀態(tài)、讀寫繼電器區(qū)(IR/HR/AR/LR)和數(shù)據(jù)區(qū)DM的內(nèi)容。
??? 上位機(jī)鏈接通信通過在上位機(jī)和PLC間交換命令和應(yīng)答實(shí)現(xiàn)。在一次交換中傳輸?shù)拿罨驊?yīng)答數(shù)據(jù)稱為1幀，1幀最多可包含131個(gè)數(shù)據(jù)字符。上位機(jī)鏈接命令的格式可參考C200HE/HG/HX編程手冊。
??? 上位機(jī)到PLC的命令數(shù)據(jù)幀格式如圖1(以讀取DM區(qū)為例)。
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??? 當(dāng)傳送一個(gè)幀時(shí)，在終止符的前面安排一個(gè)校驗(yàn)碼，用來檢查傳送時(shí)是否存在數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。校驗(yàn)碼（FCS）是一個(gè)轉(zhuǎn)換成2個(gè)ASCII字符的8位數(shù)據(jù)。每次接收到1幀，都要把校驗(yàn)碼前所有字符的ASCII碼按位連續(xù)進(jìn)行異或操作，計(jì)算FCS校驗(yàn)碼，與幀中所包含的FCS碼進(jìn)行比較，從而檢查幀中的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。
??? 校驗(yàn)碼（FCS校驗(yàn)）的計(jì)算方法見表2。
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??? PLC返回上位機(jī)的數(shù)據(jù)幀格式如圖2(以讀取DM區(qū)返回幀為例)。
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??? 結(jié)束碼是在應(yīng)答幀中返回的，表3列舉常見的幾種。
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2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)框圖
??? 系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成，使用GSM網(wǎng)絡(luò)通過無線收發(fā)短信息" title="短信息">短信息的方式實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)間的通信如圖3所示。上位機(jī)主要是用戶手機(jī)或連接有GSM MODEM的計(jì)算機(jī)，下位機(jī)則是由Hostlink系統(tǒng)、Hostlink接口單元電路和下位GSM MODEM組成。
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2.2 GSM MODEM與Hostlink系統(tǒng)硬件接口電路
??? GSM MODEM與Hostlink系統(tǒng)接口單元電路圖如圖4所示。接口電路" title="接口電路">接口電路中的核心器件是Microchip公司的一款PIC單片機(jī)16F877。PIC的總線結(jié)構(gòu)為哈佛結(jié)構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)空間完全分開，一個(gè)用于指令，一個(gè)用于數(shù)據(jù)，由于可以對程序和數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行訪問，所以提高了數(shù)據(jù)吞吐率。正因?yàn)樵赑IC系列單片機(jī)中采用了哈佛雙總線結(jié)構(gòu)，所以與常見的微控制器不同的一點(diǎn)是：程序和數(shù)據(jù)總線可以采用不同的寬度。數(shù)據(jù)總線都是8位的，但16F877指令總線位數(shù)為14位。該單片機(jī)用來控制向GSM MODEM和Hostlink系統(tǒng)的串口" title="串口">串口發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，還將接收到Hostlink系統(tǒng)傳上來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)與上下限幅值進(jìn)行比較，有越限現(xiàn)象時(shí)，立即向上位機(jī)發(fā)送報(bào)警信息。
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圖4? GSM MODEM與Hostlink系統(tǒng)接口單元電路圖
??? CD4016是一款4雙向模擬開關(guān)，用來實(shí)現(xiàn)GSM MODEM和Hostlink系統(tǒng)對接口電路串口的共享。用PIC單片機(jī)的2個(gè)I/O口——RB5和RB6控制開關(guān)的通斷，需要與GSM MODEM通信時(shí)，將RB5置高，RB6置低；反之將RB5置低，RB6置高便可關(guān)閉與GSM MODEM的通信，接通與Hostlink系統(tǒng)的串口連接。
??? 接口電路與Hostlink系統(tǒng)（OMRON PLC）通信時(shí)，可以采用兩種通信方式。一種是RS232方式，實(shí)現(xiàn)接口電路與Hostlink系統(tǒng)的一對一通信；另一種是RS485通信，實(shí)現(xiàn)與多臺Hostlink系統(tǒng)的1對N通信，線路中的MAX485芯片用來將單片機(jī)串口信號轉(zhuǎn)換成RS485信號從A、B兩個(gè)端子輸出。電路中設(shè)有一個(gè)4bit的指撥開關(guān)，用來切換串口的通信方式。
3 軟件設(shè)計(jì)
??? 系統(tǒng)軟件流程如圖5所示。
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3.1 GSM MODEM的SMS發(fā)送與接收
??? SMS（短信息）的發(fā)送和接收是單片機(jī)通過串口發(fā)送AT指令完成的，不同的AT命令可以完成不同的SMS操作功能。
??? 發(fā)送短信時(shí)，首先設(shè)置TC35i模塊的工作模式：AT+CMGF=n，n=0為PDU模式，n=l為文本模式。通常設(shè)置為PDU模式，在這種模式下可以接收和發(fā)送中文信息。但PDU模式下，每條短信信息量只有70個(gè)字符，而文本模式可以發(fā)送160個(gè)ASCII碼字符，所以本系統(tǒng)向GSM MODEM發(fā)送AT+CMGF=1，工作模式設(shè)成文本模式，有利于提高單條短信的信息量，同時(shí)還簡化了接收短信的解析工作量。
??? 然后要設(shè)置短信息的操作方式，如向GSM MODEM發(fā)送AT+CNMI =1,2,2命令，這樣短信不存，省去清理短信的麻煩，MODEM收到短信直接向串口發(fā)送：
??? +CMT: ″13*********″，，″06/07/13，02:46:53+32″
??? ××××××××××××（短信內(nèi)容）
??? 這樣通過接口電路的串口中斷，就可以接收并緩沖GSM MODEM收到的上位機(jī)命令。
??? GSM MODEM可以用AT＋CMGS命令向上位機(jī)發(fā)送返回信息，具體格式為：AT+CMGS=″13*********″。延時(shí)幾毫秒等待MODEM回復(fù)一個(gè)準(zhǔn)備接收的字符后，即可通過串口向上位機(jī)發(fā)送信息的具體內(nèi)容了，最后跟上一個(gè)結(jié)束符，ASCII碼為0x1A。
??? 系統(tǒng)中用到的幾個(gè)AT命令說明如表4。
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3.2 GSM MODEM與Hostlink系統(tǒng)的通訊編程
??? 系統(tǒng)程序在Microchip IDE V7.31環(huán)境下開發(fā)，采用CCS的C語言編程。下面提供幾個(gè)有關(guān)串口通信的程序段。
??? (1)初始化程序段
??? #include<16F877.h>//包含CPU庫文件
??? #fuses HS，NOWDT，NOPROTECT，NOLVP//設(shè)置編譯參數(shù)
?? ?#use delay(clock=4000000)//設(shè)定晶振頻率
??? #use rs232(baud=9600，xmit=PIN_C6，rcv=PIN_C7)//設(shè)定串口通信參數(shù)
?????? set_timer0(224)；//設(shè)定定時(shí)器參數(shù)
?????? setup_timer_0(RTCC_DIV_16|RTCC_INTERNAL)；
?????? enable_interrupts(INT_timer0)；//開啟定時(shí)器中斷
?????? enable_interrupts(global)；
?????? enable_interrupts(int_rda)；//開啟串口中斷
??? char string[75]//置短信息數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
??? (2)串口中斷程序段
??? #int_rda
??? void serial_isr()//用中斷方式從串口接收數(shù)據(jù)
??? {
????????? string[i]=getc()；i++；//串口接收的數(shù)據(jù)導(dǎo)入緩沖區(qū)
??? }
??? (3)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信息程序段
??? void SendDataToUser()
????? {? printf(″at+cmgs=%c″，34)；//向GSM MODEM發(fā)送短信息發(fā)送命令
???????? for(k=0x20；k<=0x2A；k++)//讀取上位機(jī)用戶手機(jī)號碼
???????????? {? printf(″%c″，read_eeprom(k))；
??????????? ?}
???????? printf(″%cr″，34)；
???????? delay_ms(80)；//延時(shí)等待GSM MODEM準(zhǔn)備好接收短信息
???????? printf(″Current Limit：r″)；//發(fā)送短信息
???????? for(k=0；k<8；k++)//這里發(fā)送的是當(dāng)前各路參數(shù)的上下限幅值
??????????? {printf(″AI%u：%u--%u%%r″，k，limit[k+8]，limit[k])；}
?????????? printf(″%c″，0x1A)；//短信結(jié)束符
??? }
??? (4)向Hostlink系統(tǒng)發(fā)送讀取命令程序段
??? void SendCmdToHostlink()
??????{? ComputeFCS()；//計(jì)算發(fā)送幀校驗(yàn)碼，得到FcsH和FcsL
???????? printf(″@00RR0000001')；//向Hostlink發(fā)送數(shù)據(jù)幀
???????? printf('%c%c″，F(xiàn)csH，F(xiàn)csL)；接著發(fā)校驗(yàn)碼
???????? printf(″?鄢r″)；//發(fā)命令幀結(jié)束符
????? }
??? GSM MODEM價(jià)格低廉、應(yīng)用廣泛，而且該模塊利用簡單經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用廣泛的RS232串口通信，有利于各種單片機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成。系統(tǒng)硬件成本較低，通過與手機(jī)模塊接口可以方便地設(shè)計(jì)出用戶所需要的數(shù)據(jù)接收終端。在偏遠(yuǎn)地區(qū)等架設(shè)通信線路困難或不經(jīng)濟(jì)的地方，使用這種無線通信方式，使得系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控不再受地形條件的限制。
??? 本文所述的基于GSM的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于小型水輪發(fā)電機(jī)組和汽輪發(fā)電機(jī)組中，對Hostlink系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控已完成實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。該方法不僅適用于對單臺Hostlink設(shè)備的監(jiān)控，也可以將多臺Hostlink設(shè)備通過RS485網(wǎng)組織起來，實(shí)現(xiàn)多臺遠(yuǎn)程無線監(jiān)控。通過Hostlink協(xié)議的串行通訊成功地解決了單片機(jī)與Omron PLC的數(shù)據(jù)交換問題。實(shí)踐表明，該方法非常實(shí)用、靈活方便，依靠GSM成熟通信網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)發(fā)送安全可靠，而且成本低廉，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
[1] 歐姆龍公司．C200HS可編程控制器編程手冊[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2002．
[2] 林粵偉，魏權(quán)利．基于GSM短通信的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)的研制[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2005，(1)：71-72．[3] 曹尉青，韓冰．利用GSM短消息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控[J]．無線電工程.2002，32(10)：21-23．
[4] Microchip Technology Inc．PIC16F87X Data Sheet 2001[DB／OL]．http：//www．microchip．com．
[5] 楊海清，李敏，楊海虹．基于HostLink通訊協(xié)議的制水流程測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[J]．浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，34(2)：190-194．
[6] 徐光憲，劉建輝，陳萬志．串行通信在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2004，20(7)：25-27．