摘 要： 介紹了一種基于GPRS/GSM的網絡化電梯遠程監測系統，重點討論了其中嵌入式監控終端硬件和軟件的設計與實現。該嵌入式監控終端基于32位高性能嵌入式微處理器和嵌入式實時操作系統，可通過以太網口或嵌入式Modem基于TCP/IP協議進行網絡通信，具有高可靠性、高實時性和運行費用低的特點。
關鍵詞： GPRS/GSM; 電梯； 遠程監測系統
目前，我國在用電梯近100萬部，電梯的安全運行倍受關注，電梯遠程監控是提高電梯運行安全的重要方式，監控中心可通過監測系統實時監測電梯的運行狀態，采集電梯運行參數，實現故障的早期預告和排除。在當前電梯遠程監測系統中，遠程監控中心主要通過電話線與電梯控制器進行數據通信。這種方式的運行成本高且監控容量受到限制。隨著GPRS/GSM(Genral Packet Radio Service/Global System for Mobile communication)移動數據傳輸技術、計算機網絡和嵌入式技術的發展，可以方便、低廉地將信息傳送到幾乎世界上的任何一個地方。本文設計了一種基于GPRS/GSM電梯遠程監控系統，該系統中嵌入式監控終端通過GPRS/GSM無線網絡與遠程監控中心和樓宇監測中心通信，最后可通過計算機網絡與政府公共安全網絡連接，具有高可靠性、高實時性、運行費用低和監控容量大的特點。
1 嵌入式無線遠程監控系統
網絡化電梯無線遠程監測系統如圖1 所示。安裝在電梯現場的嵌入式監控終端不間斷地采集電梯信息，通過無線通信平臺GPRS或CDMA與電梯遠程監測中心的服務器通信，解釋遠程監測中心下傳的命令，實現自動報警以及詳細監測和設置功能；另一方面，小區的樓宇監測中心可以通過局域網訪問電梯遠程監測中心的服務器，實現一些基本的實時監測和設置功能（如樓層召喚、樓層屏蔽等）。
2 嵌入式無線監控終端系統設計
嵌入式無線監控終端需運行TCP/ IP、PPP、TFTP 等協議進行網絡通信，對嵌入式微處理器的運算能力要求很高。嵌入式監控終端硬件系統選用Philips公司的LPC2294 為核心進行設計，其系統結構如圖2所示。LPC2294 是基于ARM7結構的32 位高性能嵌入式微處理器[2]。它集成了多功能的內存控制器和4路CAN_BUS控制器，主頻高達到90 MHz，具有強大的運算能力以及通信優化能力。本系統含128 MB Flash 用于存放代碼和運行參數，系統啟動后LPC2294從Flash 中讀取指令開始運行；擴展8 MB 的SDRAM 模塊用于存放動態數據和運行下載程序；擴展以太網接口模塊和嵌入式無線通信模塊分別用于接入局域網或無線傳輸網，通過CAN_BUS現場總線和電梯控制器進行通信，采集電梯信息。其他的擴展硬件模塊還包括人機交互接口(鍵盤與液晶顯示模塊等)以實現現場監測和設置。為保證包括高速器件的系統硬件設計的可靠性，硬件系統的仿真設計均在Philips公司的EDA 環境（PCB design studio）下，采用高速PCB 設計方法實現。
嵌入式監控終端軟件系統是基于WindRiver 系統公司的pSOSystem 操作系統平臺開發的。pSOSystem 是一種專門為嵌入式微處理器設計的模塊化、高性能的多任務實時操作系統。pSOSystem 采用了一種模塊化的結構，圍繞實時多任務核心，是標準的可編譯、可裁減、自包含的代碼模塊。任何模塊的組合都可以由用戶通過配置表配置系統以滿足實時需要和定制軟件功能。pSOSystem 的模塊化結構的優點在于可定制體積最小的系統，占用更少資源，獲取更高效率。嵌入式監控終端軟件圍繞pSOS+實時內核,在pSOSystem系統內部配置了pNA+(TCP/IP 協議棧)、pROBE+調試與終端模塊、pRPC+遠程調用模塊、pREPC+標準C/C++函數庫，并通過I/O系統進行中斷處理和驅動程序管理。圖3為嵌入式監控終端軟件模塊結構。另一方面，電梯監控終端系統功能復雜，實時性要求高，網絡通信量大，pSOSystem高性能的多任務調度方法降低了程序編寫的復雜性，使復雜的嵌入式監控終端軟件系統的可靠實現成為可能。根據要實現的功能，嵌入式監控終端軟件采用任務調度方法進行設計，將多任務監控軟件劃分為主任務、實時采集任務、實時分析任務、網絡通信任務、界面交互任務、消息框處理任務。各個任務之間通過消息、旗語、事件實現相互間的數據交換及同步，通過設定任務的優先級保證實時性。為模塊化設計，如圖3所示，將嵌入式監控終端軟件系統分為CAN_BUS通信模塊、實時任務模塊、無線網絡通信模塊、人機交互模塊、遠程加載模塊5個模塊。
3 關鍵模塊實現
3.1 CAN_BUS 通信模塊
CAN_BUS通信模塊負責串行通信，并在此基礎上為其他模塊提供可靠的串行數據調用接口函數。其中CAN_BUS接口設計要求與電梯控制器的CAN_BUS接口輸出特性匹配。監控終端系統與電梯控制器之間CAN_BUS通信的基本應答流程是：終端系統先向電梯控制器發送命令碼，電梯控制器在驗證該命令碼合法之后，向終端系統發送反應碼。終端系統讀取反應碼，并從中提取監測信息和報警信息。反應碼具有以下特點：
(1) 不間斷性：電梯控制器在收到合法命令后，不斷地從CAN_BUS接口發送反應碼，其中有用信息重復發送。
(2) 非規范性：電梯控制器的輸出信息中可能包括回車符、換行符，也可能不包括。
(3) 通信速率100 Kb/s,32位CRC校驗。
由于CAN_BUS總線采用通信沖突硬件自動仲裁機制，平時按問答式通信，特殊情況下，各節點可主動發送緊急信息，總線不會因發生沖突導致癱瘓。為提高CAN_BUS總線的速度和可靠性，對CAN_BUS總線控制器初始化作如下修改：
void CAN_init(void)
{
CSR=0x81；
while (!CSR_HALT)；
TCANR = 0xffff；
BVALR = 0；
BTR = BTR_16M_100K0_22_68_3； /*波特率100 Kb/s*/
CSR = 0x0080；
while (CSR_HALT)；
AMRX0=0Xffffffff
AMRX1 = 0Xffffffff
/*采用全比較濾波方式*/
}
3.2 實時任務模塊
實時任務需完成實時監測異常、為其他任務提供電梯實時運行狀態的數據等2個功能。基于pSOSystem對多任務并行的支持，并考慮到基于CAN_BUS 2.0B協議的串行通信硬件處理速度和CPU 處理速度的差距,采用實時采集任務（r mlll）和實時分析任務（p mlll）并行運行的方法，不但充分利用CPU 資源，而且提高了電梯監控的實時性。實時采集任務和實時分析任務如圖4 所示，任務r mlll 負責與電梯控制器進行串行通信,采集信息；任務p mlll 負責對采集來的信息進行分析提取，判斷異常，并向其他任務提供電梯實時運行狀態的數據。在任務r mlll讀串行信息的同時,任務p mlll 處理上一次任務r mlll 讀入的數據。
3.3 無線網絡通信模塊
無線網絡通信模塊嵌入了西門子公司MC35I/MC39I高度集成的GSM/GPRS模塊,該模塊支持EGSM900和GSM1800雙頻，支持數字、語音、短消息和傳真，標準協議的認證、采用GSM Phase2/2+標準，處于睡眠狀態時電流為3 mA，支持3種語言編碼的傳送速率。
無線網絡通信任務模塊應用層設計分為網絡層、無線接口層和應用通信層。網絡層屏蔽連接差異，提供統一的通用接口為系統服務。因此無論系統采用GPRS、CDMA或局域網方式連接網絡，上層通信軟件均統一為TCP/IP。接口層提供函數連接網絡層與應用通信層。應用通信層主要在網絡層上根據本系統的特定應用通信協議，提供協議握手、應答等，并且對監控中心下傳的命令、數據進行解釋，作出相應的處理。應用通信協議為電梯遠程監控系統專門定制，定義了各類命令的應答流程以及命令包和數據包的格式，其中協議應答流程類型分為5類：操作類命令應答流程、設置類命令應答流程、上傳類命令應答流程、終端忙時命令應答流程、報警類命令應答流程。圖5為電梯操作類命令應答流程。監控中心處于監聽狀態，通信開始由終端系統主動提出連接請求，在與監控中心的服務器端SOCKET 建立連接后，監控中心發送設置和上抄命令，終端系統解釋命令，并通過CAN_BUS 上抄相應電梯信息，發送回監控中心。監控中心完成通信任務后，發送給終端系統結束標志。終端在協議應答過程中，定義了2種類型的包：命令包和數據包。
3.4 人機交互模塊
人機交互模塊包括界面交互任務和消息框顯示任務兩部分。界面交互任務為電梯現場的電梯參數設置和實時監測提供界面交互功能。它的優先級最高，當有鍵按下時，必須立即響應。消息框顯示任務顯示提示信息，本終端系統提供3 種類型的消息框：固定時間長度消息框、等待用戶響應消息框、任務控制消息框。遠程加載模塊用于支持監控終端軟件的遠程更新。
基于計算機網絡、嵌入式技術和電梯無線遠程監控技術，本文設計了一個基于無線網絡的電梯遠程監控系統。系統終端以32位高性能嵌入式微處理器和嵌入式實時操作系統為核心，無線通信網絡基于現有成熟網絡，具有高可靠性、高實時性、組網靈活方便、運行費用低、監測容量大的特點。該系統已批量應用于國內電梯遠程監控系統中，并出口到新加坡建屋局HDB項目中，取得了很好的效果。
參考文獻
[1] BATE I， LIU S. Rea12time embedded Systems.Computing & Control Engineering，2002，13(4)：154-155.
[2] 周立功. ARM嵌入式系統基礎教程[M].北京:北京航空航天大學出版社, 2005.
[3] 朱昌明.電梯市場和技術發展趨勢. 中國電梯，2000(1).
[4] 徐超漢.住宅小區智能化系統.北京：電子工業出版社,2002.
[5] GB 7588-2003. 電梯制造與安裝安全規范,2003.