摘 要：介绍了一种基于GPRS/GSM的网络化电梯远程监测系统，重点讨论了其中嵌入式监控终端硬件和软件的设计与实现。该嵌入式监控终端基于32位高性能嵌入式微处理器和嵌入式实时操作系统，可通过以太网口或嵌入式Modem基于TCP/IP协议进行网络通信，具有高可靠性、高实时性和运行费用低的特点。
关键词：GPRS/GSM; 电梯； 远程监测系统
目前，我国在用电梯近100万部，电梯的安全运行倍受关注，电梯远程监控是提高电梯运行安全的重要方式，监控中心可通过监测系统实时监测电梯的运行状态，采集电梯运行参数，实现故障的早期预告和排除。在当前电梯远程监测系统中，远程监控中心主要通过电话线与电梯控制器进行数据通信。这种方式的运行成本高且监控容量受到限制。随着GPRS/GSM(Genral Packet Radio Service/Global System for Mobile communication)移动数据传输技术、计算机网络和嵌入式技术的发展，可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个地方。本文设计了一种基于GPRS/GSM电梯远程监控系统，该系统中嵌入式监控终端通过GPRS/GSM无线网络与远程监控中心和楼宇监测中心通信，最后可通过计算机网络与政府公共安全网络连接，具有高可靠性、高实时性、运行费用低和监控容量大的特点。
1 嵌入式无线远程监控系统
网络化电梯无线远程监测系统如图1 所示。安装在电梯现场的嵌入式监控终端不间断地采集电梯信息，通过无线通信平台GPRS或CDMA与电梯远程监测中心的服务器通信，解释远程监测中心下传的命令，实现自动报警以及详细监测和设置功能；另一方面，小区的楼宇监测中心可以通过局域网访问电梯远程监测中心的服务器，实现一些基本的实时监测和设置功能（如楼层召唤、楼层屏蔽等）。
2 嵌入式无线监控终端系统设计
嵌入式无线监控终端需运行TCP/ IP、PPP、TFTP 等协议进行网络通信，对嵌入式微处理器的运算能力要求很高。嵌入式监控终端硬件系统选用Philips公司的LPC2294 为核心进行设计，其系统结构如图2所示。LPC2294 是基于ARM7结构的32 位高性能嵌入式微处理器[2]。它集成了多功能的内存控制器和4路CAN_BUS控制器，主频高达到90 MHz，具有强大的运算能力以及通信优化能力。本系统含128 MB Flash 用于存放代码和运行参数，系统启动后LPC2294从Flash 中读取指令开始运行；扩展8 MB 的SDRAM 模块用于存放动态数据和运行下载程序；扩展以太网接口模块和嵌入式无线通信模块分别用于接入局域网或无线传输网，通过CAN_BUS现场总线和电梯控制器进行通信，采集电梯信息。其他的扩展硬件模块还包括人机交互接口(键盘与液晶显示模块等)以实现现场监测和设置。为保证包括高速器件的系统硬件设计的可靠性，硬件系统的仿真设计均在Philips公司的EDA 环境（PCB design studio）下，采用高速PCB 设计方法实现。
嵌入式监控终端软件系统是基于WindRiver 系统公司的pSOSystem 操作系统平台开发的。pSOSystem 是一种专门为嵌入式微处理器设计的模块化、高性能的多任务实时操作系统。pSOSystem 采用了一种模块化的结构，围绕实时多任务核心，是标准的可编译、可裁减、自包含的代码模块。任何模块的组合都可以由用户通过配置表配置系统以满足实时需要和定制软件功能。pSOSystem 的模块化结构的优点在于可定制体积最小的系统，占用更少资源，获取更高效率。嵌入式监控终端软件围绕pSOS+实时内核,在pSOSystem系统内部配置了pNA+(TCP/IP 协议栈)、pROBE+调试与终端模块、pRPC+远程调用模块、pREPC+标准C/C++函数库，并通过I/O系统进行中断处理和驱动程序管理。图3为嵌入式监控终端软件模块结构。另一方面，电梯监控终端系统功能复杂，实时性要求高，网络通信量大，pSOSystem高性能的多任务调度方法降低了程序编写的复杂性，使复杂的嵌入式监控终端软件系统的可靠实现成为可能。根据要实现的功能，嵌入式监控终端软件采用任务调度方法进行设计，将多任务监控软件划分为主任务、实时采集任务、实时分析任务、网络通信任务、界面交互任务、消息框处理任务。各个任务之间通过消息、旗语、事件实现相互间的数据交换及同步，通过设定任务的优先级保证实时性。为模块化设计，如图3所示，将嵌入式监控终端软件系统分为CAN_BUS通信模块、实时任务模块、无线网络通信模块、人机交互模块、远程加载模块5个模块。
3 关键模块实现
3.1 CAN_BUS 通信模块
CAN_BUS通信模块负责串行通信，并在此基础上为其他模块提供可靠的串行数据调用接口函数。其中CAN_BUS接口设计要求与电梯控制器的CAN_BUS接口输出特性匹配。监控终端系统与电梯控制器之间CAN_BUS通信的基本应答流程是：终端系统先向电梯控制器发送命令码，电梯控制器在验证该命令码合法之后，向终端系统发送反应码。终端系统读取反应码，并从中提取监测信息和报警信息。反应码具有以下特点：
(1) 不间断性：电梯控制器在收到合法命令后，不断地从CAN_BUS接口发送反应码，其中有用信息重复发送。
(2) 非规范性：电梯控制器的输出信息中可能包括回车符、换行符，也可能不包括。
(3) 通信速率100 Kb/s,32位CRC校验。
由于CAN_BUS总线采用通信冲突硬件自动仲裁机制，平时按问答式通信，特殊情况下，各节点可主动发送紧急信息，总线不会因发生冲突导致瘫痪。为提高CAN_BUS总线的速度和可靠性，对CAN_BUS总线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
/*采用全比较滤波方式*/
}
3.2 实时任务模块
实时任务需完成实时监测异常、为其他任务提供电梯实时运行状态的数据等2个功能。基于pSOSystem对多任务并行的支持，并考虑到基于CAN_BUS 2.0B协议的串行通信硬件处理速度和CPU 处理速度的差距,采用实时采集任务（r mlll）和实时分析任务（p mlll）并行运行的方法，不但充分利用CPU 资源，而且提高了电梯监控的实时性。实时采集任务和实时分析任务如图4 所示，任务r mlll 负责与电梯控制器进行串行通信,采集信息；任务p mlll 负责对采集来的信息进行分析提取，判断异常，并向其他任务提供电梯实时运行状态的数据。在任务r mlll读串行信息的同时,任务p mlll 处理上一次任务r mlll 读入的数据。
3.3 无线网络通信模块
无线网络通信模块嵌入了西门子公司MC35I/MC39I高度集成的GSM/GPRS模块,该模块支持EGSM900和GSM1800双频，支持数字、语音、短消息和传真，标准协议的认证、采用GSM Phase2/2+标准，处于睡眠状态时电流为3 mA，支持3种语言编码的传送速率。
无线网络通信任务模块应用层设计分为网络层、无线接口层和应用通信层。网络层屏蔽连接差异，提供统一的通用接口为系统服务。因此无论系统采用GPRS、CDMA或局域网方式连接网络，上层通信软件均统一为TCP/IP。接口层提供函数连接网络层与应用通信层。应用通信层主要在网络层上根据本系统的特定应用通信协议，提供协议握手、应答等，并且对监控中心下传的命令、数据进行解释，作出相应的处理。应用通信协议为电梯远程监控系统专门定制，定义了各类命令的应答流程以及命令包和数据包的格式，其中协议应答流程类型分为5类：操作类命令应答流程、设置类命令应答流程、上传类命令应答流程、终端忙时命令应答流程、报警类命令应答流程。图5为电梯操作类命令应答流程。监控中心处于监听状态，通信开始由终端系统主动提出连接请求，在与监控中心的服务器端SOCKET 建立连接后，监控中心发送设置和上抄命令，终端系统解释命令，并通过CAN_BUS 上抄相应电梯信息，发送回监控中心。监控中心完成通信任务后，发送给终端系统结束标志。终端在协议应答过程中，定义了2种类型的包：命令包和数据包。
3.4 人机交互模块
人机交互模块包括界面交互任务和消息框显示任务两部分。界面交互任务为电梯现场的电梯参数设置和实时监测提供界面交互功能。它的优先级最高，当有键按下时，必须立即响应。消息框显示任务显示提示信息，本终端系统提供3 种类型的消息框：固定时间长度消息框、等待用户响应消息框、任务控制消息框。远程加载模块用于支持监控终端软件的远程更新。
基于计算机网络、嵌入式技术和电梯无线远程监控技术，本文设计了一个基于无线网络的电梯远程监控系统。系统终端以32位高性能嵌入式微处理器和嵌入式实时操作系统为核心，无线通信网络基于现有成熟网络，具有高可靠性、高实时性、组网灵活方便、运行费用低、监测容量大的特点。该系统已批量应用于国内电梯远程监控系统中，并出口到新加坡建屋局HDB项目中，取得了很好的效果。
参考文献
[1] BATE I， LIU S. Rea12time embedded Systems.Computing & Control Engineering，2002，13(4)：154-155.
[2] 周立功. ARM嵌入式系统基础教程[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005.
[3] 朱昌明.电梯市场和技术发展趋势. 中国电梯，2000(1).
[4] 徐超汉.住宅小区智能化系统.北京：电子工业出版社,2002.
[5] GB 7588-2003. 电梯制造与安装安全规范,2003.