針對(duì)傳統(tǒng)地磅數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)抗干擾性差，人工參與度高等缺點(diǎn)，提出一種基于GSM的地磅稱重?cái)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)。在分析該系統(tǒng)組成及原理的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)硬件和軟件兩方面進(jìn) 行了詳絀的設(shè)計(jì)，期望能夠滿足磅房稱重?cái)?shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程管理的實(shí)際需要。

　　0.引言

　　地磅是設(shè)置在地面上的大磅枰， 一般用于煤礦、化工、冶金、建材、港口、碼頭等 大宗載重貨物車(chē)輛的稱重計(jì)算。目前國(guó)內(nèi)用于稱重 數(shù)據(jù)的主要采集方式有人工抄表、RS232/RS485、 局域網(wǎng)、CAN總線和ADSL技術(shù)等幾種u~5]。在實(shí)際 運(yùn)行中，由于磅房各節(jié)點(diǎn)的分散性，人工抄表不 僅浪費(fèi)人力，而且各汽車(chē)衡稱重?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等后續(xù) 處理工作煩瑣、容易出錯(cuò)，同時(shí)也給不法者以可 乘之機(jī);RS232/RS485傳輸需要布線，系統(tǒng)抗干擾 差，實(shí)時(shí)性和糾錯(cuò)能力弱，對(duì)于分布偏遠(yuǎn)的磅房 和控制中心布線困難;局域網(wǎng)傳輸雖不用布線， 但受黑客攻擊易造成系統(tǒng)崩潰，存在信息丟失的 風(fēng)險(xiǎn);ADSL技術(shù)需要在本地交換中心局和主要交 換局安裝新型設(shè)備，成本較高。

　　GSM(global system for communication) 網(wǎng)絡(luò)的短消息業(yè)務(wù)功能(short message service,簡(jiǎn) 稱SMS)成熟完善、覆蓋面廣、功能強(qiáng)，在國(guó)內(nèi) 已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。SMS功能可發(fā)送文本文件， GSM端設(shè)備之間能通過(guò)SMS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。利 用此功能，本文提出了一種基于GSM短消息業(yè)務(wù) 的新型地磅稱重?cái)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)可 、可靠地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及管理中心對(duì)汽 車(chē)遠(yuǎn)程調(diào)度，對(duì)提高工作效率，降低人為因素具 有重要意義。

　　1.系統(tǒng)組成及原理

　　地磅稱重?cái)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集端和管理中心2部分組成。數(shù)據(jù)采集端包 含智能控制器、地磅系統(tǒng)、射頻卡系統(tǒng)、i/o控 制、道閘系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)和GSM通信模塊，如圖1所示。

　　智能控制器采用FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)協(xié) 調(diào)控制射頻卡系統(tǒng)、汽車(chē)衡系統(tǒng)、I/O控制、道閘 系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等工作順序，能自動(dòng)完成稱重。 射頻卡系統(tǒng)配置2臺(tái)非接觸式遠(yuǎn)距離讀卡器，在 駕駛員不出駕駛室的情況下，讀取車(chē)輛的1C卡信 息，即可進(jìn)入磅房稱重;道閘系統(tǒng)配備左右2臺(tái)帶 地感線圏道閘，控制車(chē)輛的進(jìn)入;I/O控制系統(tǒng)讀 取紅外光電開(kāi)關(guān)信號(hào)，判定車(chē)輛是否*上磅; 汽車(chē)衡系統(tǒng)根據(jù)接口協(xié)議，將稱重?cái)?shù)據(jù)傳輸至智能控制器;然后智能控制器將稱重?cái)?shù)據(jù)和1C卡信 息以短消息編碼發(fā)送至數(shù)據(jù)庫(kù)管理中心。視頻系 統(tǒng)由一臺(tái)數(shù)據(jù)錄像機(jī)、視頻卡和左右兩臺(tái)攝像機(jī) 組成，完成車(chē)牌的抓拍和稱重車(chē)輛的錄像。

　　管理中心由稱重上位機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組 成。稱重上位機(jī)完成遠(yuǎn)程稱重?cái)?shù)據(jù)接收和控制命 令的發(fā)送以及報(bào)表打印。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提供稱重 計(jì)量數(shù)據(jù)的存取、查詢服務(wù)。

　　2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1智能控制器

　　FPGA全部控制邏輯由硬件完成，具有時(shí)鐘頻 率高，內(nèi)部延時(shí)小，運(yùn)行速度快、10接口多等特 點(diǎn)，且組成形式靈活，可以集成外圍控制、譯碼 和接口電路m。因此，在本系統(tǒng)中，采用XILINX 公司的XC2S30型FPGA作為系統(tǒng)的核心控制部 分，可以有效控制存儲(chǔ)器訪問(wèn)、自動(dòng)道閘、信號(hào) 燈等功能模塊的控制邏輯順序，連接GSM:無(wú)線通 訊模塊實(shí)現(xiàn)與管理中心遠(yuǎn)程通信。射頻讀卡器選 用韓國(guó)3Logic公司的TRH031M芯片m。數(shù)據(jù)采集 端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　2.2地磅

　　SCS系列地磅由秤臺(tái)、連接裝置、傳 感器、接線盒、纜線、稱重顯示控制器，限位 裝置構(gòu)成。重量數(shù)據(jù)接口可采用標(biāo)準(zhǔn)串行輸出 RS-232，串口設(shè)置如下：數(shù)據(jù)位7位、無(wú)奇偶校 驗(yàn)、1個(gè)停止位。FPGA檢測(cè)到UART的通信起始位 后，允許接收串行稱重?cái)?shù)據(jù)。由于芯片工作電壓 為2.7V~5_5V, RS-232接口工作電平 12V~-12V,故 需通過(guò)接口芯片MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

　　2.3 GSM模塊

　　數(shù)據(jù)傳送采用西門(mén)子公司的GSM/GPRS雙模 模塊MC35i。MC35i支持標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口，通信 波特率支持300bps~230400kps,通過(guò)RXD、TXD 和GND引腳與FPGA芯片實(shí)現(xiàn)串口通信。MC35i接 口支持AT指令集，支持Text和PDU格式的SMS, 通過(guò)AT指令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，其主要操作 是通過(guò)AT+CMGS和AT+CMGR指令分別進(jìn)行短信 發(fā)送和讀取。

　　3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為兩部分：稱重?cái)?shù)據(jù)采集 端和管理中心。采集端負(fù)責(zé)地磅稱重?cái)?shù)據(jù) 的采集與處理：1) FPGA協(xié)調(diào)控制射頻卡系統(tǒng)、 地磅系統(tǒng)、I/O控制、道閘系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等 邏輯順序;2) FPGA與GSM模塊MC35i的串口通 信。管理中心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收、調(diào)度指令發(fā)送、系 統(tǒng)設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。

　　3.1稱重?cái)?shù)據(jù)采集端程序設(shè)計(jì)

　　3.1.1智能控制器程序

　　數(shù)據(jù)采集過(guò)程由狀態(tài)機(jī)(ASM)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng) 工作過(guò)程如下：射頻卡讀卡器讀取車(chē)輛非接觸式 1C卡信息通過(guò)RS-232串口上傳至FPGA。當(dāng)駕駛員 無(wú)卡時(shí)，讀卡器報(bào)警并語(yǔ)音提示去射頻卡管理中 心辦卡并注冊(cè)。有卡時(shí)，控制系統(tǒng)工作在自動(dòng)運(yùn) 行方式，自動(dòng)道閘初始為落下?tīng)顟B(tài)，當(dāng)持有非接 觸式1C卡的車(chē)輛開(kāi)到汽車(chē)衡入口時(shí)，自動(dòng)識(shí)別系 統(tǒng)先對(duì)1C卡進(jìn)行驗(yàn)證，判斷是否注冊(cè)。如為非注冊(cè)IC卡則語(yǔ)音提示到射頻卡管理中心注冊(cè)。如 果已注冊(cè)，則信號(hào)燈綠燈點(diǎn)亮，自動(dòng)道閘升起， 需計(jì)量的車(chē)輛可以開(kāi)到衡上進(jìn)行計(jì)量。當(dāng)車(chē)輛完 全上磅，信號(hào)燈紅燈點(diǎn)亮、自動(dòng)道閘落下，以阻 擋后面車(chē)輛入，計(jì)量并采集數(shù)據(jù)，同時(shí)大屏幕顯 示稱量數(shù)據(jù)，控制器完成各種數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程發(fā)送。車(chē) 輛開(kāi)下汽車(chē)衡，紅綠信號(hào)燈熄滅，至此稱量過(guò)程完 成，可以進(jìn)行下一次的稱量，圖3是系統(tǒng)ASM圖。

　　3.1.2 GSM通信程序

　　GSM模塊支持AT指令，管理中心通過(guò)串口發(fā) 送相應(yīng)AT指令完成模塊初始化、接收短消息、發(fā) 送短消息操作，完成磅房數(shù)據(jù)査詢、報(bào)表匯總， 信息調(diào)度。數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中為消除干擾，保證數(shù) 據(jù)交換的可靠性和有效性，每個(gè)鎊房采集端 GSM模塊的SIM卡與稱重?cái)?shù)據(jù)一并打包并發(fā)送， 存儲(chǔ)到管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，管理中心設(shè)置短 消息格式：操作功能(4位)+ID(8位)+相關(guān)消息內(nèi) 容(可調(diào))。GSM通信流程圖如圖4所示，開(kāi)機(jī)后系 統(tǒng)先初始化，不斷與事先設(shè)置好的服務(wù)器IP建 立網(wǎng)絡(luò)連接。一旦連接成功，就按照管理中心系 統(tǒng)設(shè)置的模式開(kāi)始數(shù)據(jù)采集并打包封裝傳送至管 理中心;如果接收到結(jié)束采集的命令，即刻斷網(wǎng) 進(jìn)入等待連接狀態(tài)。

　　3.2管理中心數(shù)據(jù)接收程序

　　管理中心由稱重上位機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器構(gòu) 成。稱重上位機(jī)完成遠(yuǎn)程稱重?cái)?shù)據(jù)采集、指令傳 輸和報(bào)表打印。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提供稱重計(jì)量數(shù)據(jù) 的存取、査詢服務(wù)。質(zhì)檢部門(mén)、銷(xiāo)售部門(mén)、調(diào)度 部門(mén)通過(guò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及時(shí)統(tǒng)計(jì)、匯總報(bào) 表、作出調(diào)度。部門(mén)可通過(guò)管理中心通信 端發(fā)布控制信息，靈活控制采集現(xiàn)場(chǎng)。管理 中心數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送是利用VC++6.0軟件中的 MSComm控件實(shí)現(xiàn)，在本系統(tǒng)中串口通訊采用中 斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，管理中心數(shù)據(jù)接收軟件流程圖如 圖5所示。

　　4.結(jié)束語(yǔ)

　　設(shè)計(jì)的基于GSM地磅稱重?cái)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集系 統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)的人工采集、有線傳輸和局域網(wǎng) 等方式傳輸?shù)南拗疲瑢?shí)現(xiàn)了管理中心通過(guò)通信協(xié) 議對(duì)多點(diǎn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集與管理，大 地降低了建設(shè)成本，防止了徇私舞弊現(xiàn)象發(fā)生， 具有較好的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景，對(duì)實(shí)現(xiàn)磅房無(wú) 人職守具有重要意義。今后，在信息數(shù)據(jù)海量存 儲(chǔ)及系統(tǒng)可靠性方面還需要進(jìn)一步研究完善。