基于ARM和GPRS的數據采集傳輸儀系統設計

摘要：文章設計了一種以ARM單片機為核心、采用GPRS作為無線傳輸方式的數據采集傳輸儀，此設備通過串口與傳感器進行通信實現采集數據，然后通過GPRS模塊把傳感器數據發送到控制中心。文章首先介紹了ARM處理器的優點和GPRS無線傳輸的特點，然后重點介紹了數據采集傳輸儀的硬件系統，并對設計重點做了詳細分析，最后對此數據采集儀的技術優勢和潛在應用做了分析和展望。
關鍵詞：ARM；單片機；GPRS；數據采集；串口通信

0 引言
隨著物聯網技術的發展，在分散的、環境惡劣的作業點，特別是存在突發、小數據量傳輸的場合，以有線傳輸作為通信媒介已不太合適。物聯網技術的發展和應用迅速推動了無線通信技術在工業控制領域的發展，無線傳感器終端逐漸成為主流。
GPRS是通用分組無線服務技術的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數據業務。它的出現，使低成本無線傳感器網絡的構建成為可能，具有資費低、覆蓋區域大、實時在線、傳輸率高、呼叫建立時間短等優勢，因此采用GPRS方式設計無線傳感器終端的數據采集儀是當今比較好的解決方案。
ARM(Advaneed RISC Machines)微處理器是32位、高性能、廉價、耗能低的RISC處理器。現已廣泛應用于多種領域，比如嵌入控制、消費／教育類多媒體和移動式應用等。

1 系統總體設計
本系統主要由GPRS通訊模塊、MCU控制模塊、數據采集模塊和電源管理模塊4部分組成，軟件部分由單片機驅動、數據采集、GPRS無線通信、系統監控等部分組成，硬件部分由電源管理、微處理器、GPRS模塊、SIM卡座、串行通信接口和數據存儲器等部分組成。微處理器用于控制GPRS模塊的信息接收和發送，通過串行通信口和外部傳感器進行數據通訊，數據存儲器用于存儲通過GPRS傳輸的數據，以備GPRS數據傳輸丟失時可以補傳。本數據采集傳輸系統原理結構如圖1所示。

2 硬件設計
本系統硬件使用ARM處理器作為核心控制器，以西門子公司的MC52i模塊作為GPRS無線通信模塊，使系統具有低功耗、高效率、實時在線的特點。
2．1 嵌入式微處理器單元
本硬件平臺的MCU采用ST公司的STM32F105RCT6，該單片機使用當前最流行的Cortex-M3內核，采用64腳封裝，擁有獨立的256 kBflash和
64k的RAM，最高允許頻率可達72MHz，同時具有5路UART、12路DMA控制器、片內RTC、51個I／O口、片內16通道12位ADC、2個IIC接口、3個SPI接口和2個CAN總線接口。本系統通過合理利用片內集成的多種功能模塊，大大降低了設計的復雜性，也降低了系統成本。該MCU在本設計中的設計管腳應用如圖2所示。

如圖1所示，系統具有兩個晶振，其中8MHz晶振為主晶振，通過MCU內部倍頻到72MHz為系統提供運行頻率；32．768kHz為系統的RTC提供運行時鐘。當單片機的1腳也就是VBAT腳接使用電池供電時，RTC在系統斷電情況下可以由電池供電，從而可以保證RTC在斷電情況下繼續正常運行。