??? 摘 要： 用GSM MODEM實現Hostlink系統的遠程無線監控" title="遠程無線監控">遠程無線監控的方法，通過Hostlink協議的串行通訊成功地解決了單片機與使用Hostlink協議PLC的數據交換問題，實現了使用手提電話或計算機對Hostlink系統的遠程無線監控。
??? 關鍵詞： Hostlink；GSM；遠程無線監控
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??? 可編程程序控制器PLC以其可靠性高、抗干擾強、開發周期短而廣泛應用于工業生產與控制的各個領域中。OMRON是世界主要的PLC生產商之一，大、中、小型PLC產品種類繁多，其產品較早就在國內廣泛應用。但目前應用中的大量PLC工業系統都是單機運行，具體設備的工作狀態只能在現場獲取。在現代化的生產與控制中，通過遠程無線方式實現人與系統數據和命令的交換，對于傳統的單臺PLC控制的工業系統實施遠程網絡監控顯得越來越有必要。目前，層出不窮的遠程監控系統迎合了廣大現場工作人員的需求，大大解放了勞動力。
??? 隨著通信技術的發展，基于移動通信網絡的服務功能向工業遙控領域有不斷擴大的趨勢。為適應這種需要，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現用戶信息處理等功能，特別適用于控制中心與終端設備距離很遠，或不便采用有線通信介質等場合。
??? 目前，使用GSM模塊或GSM MODEM開發的各種無線數據監控系統、防盜系統、抄表系統、智能交通系統等不斷產生，但使用單片機通過GSM網絡監控基于Hostlink協議的PLC系統目前還是空白。
1 Hostlink通信解析
1.1 Hostlink簡介
??? 上位機" title="上位機">上位機鏈接系統即Hostlink系統是對于FA系統一種即優化又經濟的通信方式，是OMRON PLC產品采用的一種實用有效的通信方式，它適合一臺上位機與一臺或多臺PLC進行鏈接。上位機可對PLC傳送程序，并監控PLC的數據區及控制PLC的工作情況。
??? Hostlink系統允許一臺上位機通過上位機鏈接命令向Hostlink系統的PLC發送命令，PLC處理來自上位機的每條指令，并把結果傳回上位機。
1.2 Hostlink通信方式
??? Hostlink系統通信既可以采用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，即一臺上位機與多臺PLC進行通信，最多可有32臺PLC連接到上位機，最大通信距離可達500m。
??? 表1是Hostlink系統最主要的一個通信參數寄存器設置情況，采用最基本的RS-232C標準通信，系統中的DM6645設置值為4位、16進制數1000。當然，還有波特率等參數的設置寄存器，因為缺省參數即可用，這里不再具體講述。
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1.3 Hostlink協議解析
??? PLC通過Host Link協議與單片機進行1：1上位鏈接通信，單片機作為上位機發送讀寫命令，實現的功能有： 讀寫PLC的運行狀態、讀寫繼電器區(IR/HR/AR/LR)和數據區DM的內容。
??? 上位機鏈接通信通過在上位機和PLC間交換命令和應答實現。在一次交換中傳輸的命令或應答數據稱為1幀，1幀最多可包含131個數據字符。上位機鏈接命令的格式可參考C200HE/HG/HX編程手冊。
??? 上位機到PLC的命令數據幀格式如圖1(以讀取DM區為例)。
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??? 當傳送一個幀時，在終止符的前面安排一個校驗碼，用來檢查傳送時是否存在數據錯誤。校驗碼（FCS）是一個轉換成2個ASCII字符的8位數據。每次接收到1幀，都要把校驗碼前所有字符的ASCII碼按位連續進行異或操作，計算FCS校驗碼，與幀中所包含的FCS碼進行比較，從而檢查幀中的數據錯誤。
??? 校驗碼（FCS校驗）的計算方法見表2。
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??? PLC返回上位機的數據幀格式如圖2(以讀取DM區返回幀為例)。
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??? 結束碼是在應答幀中返回的，表3列舉常見的幾種。
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2 硬件設計
2.1 系統框圖
??? 系統由上位機和下位機組成，使用GSM網絡通過無線收發短信息" title="短信息">短信息的方式實現上位機與下位機間的通信如圖3所示。上位機主要是用戶手機或連接有GSM MODEM的計算機，下位機則是由Hostlink系統、Hostlink接口單元電路和下位GSM MODEM組成。
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2.2 GSM MODEM與Hostlink系統硬件接口電路
??? GSM MODEM與Hostlink系統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16F877。PIC的總線結構為哈佛結構，指令和數據空間完全分開，一個用于指令，一個用于數據，由于可以對程序和數據同時進行訪問，所以提高了數據吞吐率。正因為在PIC系列單片機中采用了哈佛雙總線結構，所以與常見的微控制器不同的一點是：程序和數據總線可以采用不同的寬度。數據總線都是8位的，但16F877指令總線位數為14位。該單片機用來控制向GSM MODEM和Hostlink系統的串口" title="串口">串口發送或接收數據，還將接收到Hostlink系統傳上來的現場數據與上下限幅值進行比較，有越限現象時，立即向上位機發送報警信息。
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圖4? GSM MODEM與Hostlink系統接口單元電路圖
??? CD4016是一款4雙向模擬開關，用來實現GSM MODEM和Hostlink系統對接口電路串口的共享。用PIC單片機的2個I/O口——RB5和RB6控制開關的通斷，需要與GSM MODEM通信時，將RB5置高，RB6置低；反之將RB5置低，RB6置高便可關閉與GSM MODEM的通信，接通與Hostlink系統的串口連接。
??? 接口電路與Hostlink系統（OMRON PLC）通信時，可以采用兩種通信方式。一種是RS232方式，實現接口電路與Hostlink系統的一對一通信；另一種是RS485通信，實現與多臺Hostlink系統的1對N通信，線路中的MAX485芯片用來將單片機串口信號轉換成RS485信號從A、B兩個端子輸出。電路中設有一個4bit的指撥開關，用來切換串口的通信方式。
3 軟件設計
??? 系統軟件流程如圖5所示。
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3.1 GSM MODEM的SMS發送與接收
??? SMS（短信息）的發送和接收是單片機通過串口發送AT指令完成的，不同的AT命令可以完成不同的SMS操作功能。
??? 發送短信時，首先設置TC35i模塊的工作模式：AT+CMGF=n，n=0為PDU模式，n=l為文本模式。通常設置為PDU模式，在這種模式下可以接收和發送中文信息。但PDU模式下，每條短信信息量只有70個字符，而文本模式可以發送160個ASCII碼字符，所以本系統向GSM MODEM發送AT+CMGF=1，工作模式設成文本模式，有利于提高單條短信的信息量，同時還簡化了接收短信的解析工作量。
??? 然后要設置短信息的操作方式，如向GSM MODEM發送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送：
??? +CMT: ″13*********″，，″06/07/13，02:46:53+32″
??? ××××××××××××（短信內容）
??? 這樣通過接口電路的串口中斷，就可以接收并緩沖GSM MODEM收到的上位機命令。
??? GSM MODEM可以用AT＋CMGS命令向上位機發送返回信息，具體格式為：AT+CMGS=″13*********″。延時幾毫秒等待MODEM回復一個準備接收的字符后，即可通過串口向上位機發送信息的具體內容了，最后跟上一個結束符，ASCII碼為0x1A。
??? 系統中用到的幾個AT命令說明如表4。
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3.2 GSM MODEM與Hostlink系統的通訊編程
??? 系統程序在Microchip IDE V7.31環境下開發，采用CCS的C語言編程。下面提供幾個有關串口通信的程序段。
??? (1)初始化程序段
??? #include<16F877.h>//包含CPU庫文件
??? #fuses HS，NOWDT，NOPROTECT，NOLVP//設置編譯參數
?? ?#use delay(clock=4000000)//設定晶振頻率
??? #use rs232(baud=9600，xmit=PIN_C6，rcv=PIN_C7)//設定串口通信參數
?????? set_timer0(224)；//設定定時器參數
?????? setup_timer_0(RTCC_DIV_16|RTCC_INTERNAL)；
?????? enable_interrupts(INT_timer0)；//開啟定時器中斷
?????? enable_interrupts(global)；
?????? enable_interrupts(int_rda)；//開啟串口中斷
??? char string[75]//置短信息數據緩沖區
??? (2)串口中斷程序段
??? #int_rda
??? void serial_isr()//用中斷方式從串口接收數據
??? {
????????? string[i]=getc()；i++；//串口接收的數據導入緩沖區
??? }
??? (3)向上位機發送數據信息程序段
??? void SendDataToUser()
????? {? printf(″at+cmgs=%c″，34)；//向GSM MODEM發送短信息發送命令
???????? for(k=0x20；k<=0x2A；k++)//讀取上位機用戶手機號碼
???????????? {? printf(″%c″，read_eeprom(k))；
??????????? ?}
???????? printf(″%cr″，34)；
???????? delay_ms(80)；//延時等待GSM MODEM準備好接收短信息
???????? printf(″Current Limit：r″)；//發送短信息
???????? for(k=0；k<8；k++)//這里發送的是當前各路參數的上下限幅值
??????????? {printf(″AI%u：%u--%u%%r″，k，limit[k+8]，limit[k])；}
?????????? printf(″%c″，0x1A)；//短信結束符
??? }
??? (4)向Hostlink系統發送讀取命令程序段
??? void SendCmdToHostlink()
??????{? ComputeFCS()；//計算發送幀校驗碼，得到FcsH和FcsL
???????? printf(″@00RR0000001')；//向Hostlink發送數據幀
???????? printf('%c%c″，FcsH，FcsL)；接著發校驗碼
???????? printf(″?鄢r″)；//發命令幀結束符
????? }
??? GSM MODEM價格低廉、應用廣泛，而且該模塊利用簡單經濟、應用廣泛的RS232串口通信，有利于各種單片機和計算機系統集成。系統硬件成本較低，通過與手機模塊接口可以方便地設計出用戶所需要的數據接收終端。在偏遠地區等架設通信線路困難或不經濟的地方，使用這種無線通信方式，使得系統實時監控不再受地形條件的限制。
??? 本文所述的基于GSM的遠程無線監控系統已經成功應用于小型水輪發電機組和汽輪發電機組中，對Hostlink系統的遠程無線監控已完成實驗室調試。該方法不僅適用于對單臺Hostlink設備的監控，也可以將多臺Hostlink設備通過RS485網組織起來，實現多臺遠程無線監控。通過Hostlink協議的串行通訊成功地解決了單片機與Omron PLC的數據交換問題。實踐表明，該方法非常實用、靈活方便，依靠GSM成熟通信網絡，數據發送安全可靠，而且成本低廉，具有良好的社會效益和經濟效益。
參考文獻
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