基于GPRS的电梯在线监控系统的设计

摘要：为了解决信号在CAN总线中的有效传输距离有限的问题，提出了一种基于嵌入式ARM处理器和GPRS无线通信技术的电梯远程监控系统方案。该方案通过LPC2148和EM310组成的电梯终端来将电梯的运行状况和故障信息经GPRS网络发送到远程监控中心，然后对监控中心上位机软件进行操作来实现电梯的远程监控，从而解决了信号传输的距离问题。
关键词：GPRS；电梯；信号传输；无线通信；远程监控

0 引言
    目前，我国电梯拥有量随着高层建筑的增多而迅猛增长，为生产与生活提供了极大的便利。而如何保证每台电梯都能够可靠运行，及时发现故障和排除故障，已成为提高物业管理水平和电梯技术进步的关键所在。电梯运行质量直接由监控系统的功能决定，目前国内电梯的集中监控系统多采用固定传输或CAN总线现场数据采集，而CAN总线最大传输距离为10 km，要在更大范围内实现电梯的集中监控，就需要增加
系统硬件设备。为此本文设计了一种基于GPRS技术的远程电梯监测系统。无线GPRS网络具有永远在线和传输速率高等突出特点，此外在保证数据传输及时、准确的前提下，能将系统运行维护费用降到最低。

1 系统总体结构
    本文介绍的电梯远程监控系统如图1所示。本系统由监控站点控制部分、GPRS数据传输部分和远程监控通信服务中心等3部分组成。监控站点通过控制模块与GPRS Modem进行数据交互，实时地将数据发送给GPRS Modem，同时接收Modem发来的数据并完成相应的控制功能。GPRS Modem在收到控制模块发来的数据后，会立即通过GPRS网络转发到远程数据服务中心。

    监控站点控制部分由数据采集板、控制设备及数据采集程序、监控程序和数据通信模块组成。数据采集板集成RS232、RS485和CAN接口，以满足不同接口的电梯控制器需求，并以RS232接口与现场工控机相连，通过数据采集程序实时采集电梯运行状态信息，并保存成日志文件。监控程序则设计良好的人机界面，根据采集的状态信息显示电梯的运行状况(包括上行、下行、开门、关门、所在楼层等)。数据通信模块将从不同电梯控制器接口采集的信息封装成统一的数据帧格式，并通过串口写入GPRS Modem数据传输单元中。
    GPRS数据传输部分包括GPRS Modem、移动GPRS网络、Internet和远程服务中心的GPRS通信模块。GPRSModem采用深圳倚天开发有限公司ETPRO-211Ai，其GPRS通信模块采用西门子公司的MC35模块，支持GSM GPRS900／1800MHz双频设计，支持数字、语音、短消息和传真，提供SIM应用工具箱，采用GPRS分时复用的Class 8的标准，最大传输速率可达85．6 Kb／s，它以RS232接口与监控站点的数据通信模块通信。工作时需要一张中国移动的SIM卡，并且要开通GPRS服务，这样ETPRO-211Ai就很容易地与中国移动GPRS网络进行数据交互。移动GPRS网络上的CGSN与Internet有通道接口，这样移动CGSN服务器可将数据经Internet再转发到远程监控中心服务器的GPRS通信模块。GPRS通信模块工作方式分主动工作状态和被动工作状态：主动工作状态是通过给监控站点的ETPRO-211Ai拨号，ET-PRO-211Ai响铃两声后，自动挂断，并请求与监控中心连接，将电梯的运行状态数据发送到监控中心；被动工作状态是监控站点的电梯一旦出现故障，则立即请求与监控中心连接，监控中心接收连接请求后，将故障报告发送到监控中心。
    远程监控服务中心实际上是一个局域网(LAN)，主要由ADSL Modem、路由器、防火墙、通信服务器、数据库服务器、远程监控工作站、Internet服务器以及相应的监控软件、查询软件和数据库管理程序等构成。通信服务器有固定的IP地址，通过ADSL Modem与Internet相连，通过编写应用系统软件，接收远程发送来的数据，并转发到数据库服务器保存。数据库服务器负责保存各监控站点的数据，以供查询。远程监控工作站对各地电梯运行情况进行监控，必要时通过通信服务器对远程电梯发出控制指令，或者发出调整电梯运行参数的指示，由电梯控制器执行参数调整。Internet服务器建立WEB服务，电梯用户和技术人员可以登陆WEB查询电梯的历史信息。

2 远程监控系统软件
    远程监控系统软件可采用C++Builder编写，一般由客户端软件和服务器端软件组成。
2．1 客户端软件的实现
    客户机通过串口通信的方式控制GPRS模块，通过向串口写命令，对模块发出控制指令，根据串口返回的信息判断执行的情况。这个过程和Windows里面的“超级终端”工具十分相似。消息是以AT指令的形式发出。AT指令集有一整套完备的功能，标准的通信模块都予以支持。本项目使用的GPRS通信模块是西门子公司的MC35模块，支持标准的AT指令集，并且提供相应的扩展指令。GPRS模块支持断线重播机制，可以实现自动连接的功能。客户机端首先建立一个Socket，向具有固定IP地址的服务器发送一个连接请求：AT+iSTCP：<host>，<port>。<host>是服务器端的主机名或IP地址，<port>是端口号，范围0～655 35。连接成功后，将电梯运行状态数据或故障信息打包成固定数据帧格式，通过GPRS Mo-dem发送到远程监控中心服务器：AT+iSSND：<hn>，<sz>，<stream>。<hn>为Socket连接句柄，<sz>为数据字节数，<stream>为8位字节流。发送完成后，发送指令：AT+iSCLS：<hn>，结束Socket连接。
2．2 服务器端软件的实现
    在服务器端，服务器始终处于监听状态。当有连接请求时，验证客户身份，返回应答连接请求和连接句柄，并生成一个单独的线程来接收数据。数据接收完成后，释放线程。数据传输的格式是将基本信息头和数据放在一起，定义为如下的结构类型：
    typedef struct{
    DWORD m-client／／客户机代号CCID
    BYTE m-type／／传输的数据类型
    WORD m-length／／传输数据的长度
    BYTE m-data[128]∥传输的数据内容
    }Data
    客户端在发送数据前先自动填写相应的信息，服务器收到后分离出相应的信息，根据传输的不同数据类型进行相应的处理。服务器会将收到的数据存储在数据库中。当需要这些数据时，公司技术人员可以通过登陆Internet服务器连接到数据库服务器读取或查询需要的数据，客户端软件会对数据进行处理，还原成现场设备运行的状态图，供公司的技术人员调用、参考，为电梯客户提供服务。

3 结语
    本设计的创新点主要包括数据采集系统的研制和在、离线检测技术等。GPRS作为新一代无线通信方式，覆盖面广可靠性高，投入、维护运行成本低，数据传输延迟短、扩展性强。通过基于GPRS无线电梯远程监控系统，客户端可利用Socket连接到已知IP的公网中的服务器，从而使公网中的服务器对客户的连接进行监听；并可随时对电梯运行状态进行监控，及时处理故障报警。这套系统的应用，不但可以解决因复杂地理环境使得数据无法传输及设备监控问题，而且可以达到节约运行费用、提高数据应用率及监控服务水平的目的。