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基于GSM的工业过程控制的实现

  1.引言

  随着社会信息化技术的发展及普及,工业过程控制的自动化水平越来越高,各种对工业现场的数据采集越来越普遍,但是在对现有的一些工业现场进行改造的时候发现其对工业现场数据的采集存在一些困难,比如数据采集控制中心离工业现场距离太远,或者根本就不在一个地区,有可能分布在几个不同的城市或者地区,也许由于是老厂区,如果在老厂区在进行走线有可能影响生产或者不可以穿墙凿洞或者是深埋地下的情况下,都必须使用别的方法对数据进行采集,其中无线是应用比较普遍的方法,因为无线技术不需要进行二次布线,数据采集点可以灵活设置,可以多点采集。在无线数据采集中又有多种形式,比如无线输出技术,zigbee技术,蓝牙技术、红外技术等等,在本文中我们介绍的是基于GSM网络的数据采集技术,由于现在GSM网络的覆盖已经遍布全国,借助GSM网络,在国内甚至全球只要有手机信号的地方都可以对特定的工业现场数据进行采集和监控。在本文中,以工业现场中的温湿度采集作为采集目标,将温湿度信息通过GSM模块发送到控制终端,然后根据温湿度信息对工业现场的各个开关量进行控制使工业现场的温湿度维持在一个稳定的范围内。

  2.系统分析与需求

  (1)需求分析

  首先系统需要将工业现场的温湿度信息收集起来,然后再控制GSM模块发送信息,当控制终端接收到信息并处理完成之后还需要接受控制终端的控制信息,并对控制终端的控制信息做出相应的响应。

  (2)系统设计

  根据上述设计思想,首先需要一个智能控制芯片,本文选用比较普遍使用的51单片机系统,当工业过程控制的复杂程度提高的时候,可以响应的使用arm系列控制芯片或者DSP之类的芯片并且结合嵌入式操作系统完成整个过程的控制。当数据采集完成之后还要通过GSM模块发送到数据终端,所以整个采集系统需要由三部分组成:温湿度传感器、智能控制芯片、与控制终端的通信模块——GSM模块。

  3.元器件说明

  温度采集传感器:

  由于采用51单片机作为控制核心,51单片机由于其本身的限制,如果采用模拟传感器的话势必会增加更多的外围电路,而且由于工业现场的各种干扰严重,所以采用了一款数字式的温度传感器DS18B20作为温度采集探头。DS18B20采用单总线结构,只要一根数据线就可以实现数据采集,而且可以实现在一根总线上实现多点测量,即在一个总线上挂载多个温度传感器。而且在距离较近的情况下还可以实现用数据线供电从而减少线缆使用,简化接线,供电电压范围广,兼容3.3V和5.5V供电,而且可以定义温度报警信息。同时该传感器的温度测量范围也很广,从-55度到正的125度,正常的工业现场的温度采集已经足够,其温度的精度范围从0.5度到0.065可调。同样的,采用DHT11作为湿度采集探头。也是单总线的数字式传感器,非常适合作为低成本的数字式湿度采集系统中的传感器使用。

  系统中在GSM通信方面,采用Q2406B作为通信模块实现控制终端与现场的51单片机进行通信。Q2406B是法国wavecom公司生产的一款性能非常优越的GSM模块,其内部自带AT指令系统,使其很容易的和外部通过串行接口实现通讯,完成信息交互和控制模块的信息接收发送任务。

  4.硬件原理图

  4.1电气连接图

  51单片机通过数据总线将现场环境的数据采集到MCU中暂存,然后通过GSM模块将数据发送出去,如图1所示。

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