ZigBee与GPRS的远程数据采集系统设计

　　系统软件设计分为3大主要部分：ZigBee网络数据采集部分、GPRS模块通信部分和嵌入式Web Server部分。整个系统主要流程如图3所示。

　　图3 系统主程序流程图

　　系统数据采集主要通过查询方式进行，由远程监控端发出查询请求后，现场数据采集系统才进行数据采集、传输或其他响应。查询请求到达ZigBee网络的协调器端后，协调器在网络内部通过单点传送的方式与各个终端节点进行通信。

　　由于现场数据采集部分的GPRS模块与数据中心的GPRS模块功能有所区别，可通过设定全局标志位GPRS_ Module_Role为0或1来指定GPRS模块为现场数据采集GPRS模块还是数据中心（即接收端）的GPRS模块。现场数据采集GPRS模块为了保持连接还需在空闲时间发送心跳包。与远程IP建立连接的相关任务全部由GPRS模块中的STM32F103C8完成，并将配置信息写入SPI Flash中，外部数据可直接通过GPRS模块的串口发送。若与数据中心IP连接出现连续3次错误（错误次数可设定），现场数据采集GPRS模块将通过固定内容短信的方式告知数据中心的GPRS模块，数据中心的GPRS模块通过回应固定内容的短信对远程控制单元实现紧急处理。

　　嵌入式Web Server部分主要负责将数据通过串口转发至GPRS模块或者上位机，并实现现场监控计算机可通过浏览器对监控网页进行访问和在LCD端显示数据采集信息，嵌入式Web Server主要通过公共网关接口CGI以及服务器端嵌入标签SSI Tag实现对外网页表单数据的更新与获取[8]。同时，监控计算机进入系统配置更改前，需通过串口发送字符“authenticated_id_loop”（也可自定义为其他）到LM3S9D92串口1，特定字符串检测主要是通过函数strstr(pstr,“authenticated_id_loop”)实现，其中pstr为待检测字符串地址，检测到目标字符串后返回该位置的指针，否则返回空指针。LM3S9D92串口接收中断流程中检测到目标字符串后，将循环执行PN532读卡函数PN532_readPassiveTargetID(PN532_MIFARE_ISO14443A, &uid[0], &uidLength)3次，当读取到特定ID后跳出该循环，并将变量Authenticated_ID_OK置1，表明通过IC卡认证流程，可继续执行系统配置。

　　4 测试结果

　　通过对4个ZigBee终端节点I/O口P1.0控制的LED状态进行了采集和控制，并在嵌入式Web Server端及其LCD上显示其开关状态，可通过网页中的复选框对I/O状态实现控制，具体如图4所示。嵌入式Web Server端还分别在Windows以及Ubuntu/Linux操作系统下使用系统自带浏览器进行了测试，均可正常使用，现场监控计算机接入系统十分方便。另外，测试了修改系统关键信息时的安全性，更改数据采集端的GPRS模块短信报警号码时，系统进行了身份认证，通过读取卡号识别到程序内已存的管理员1、2的信息，通过串口输出调试信息。

　　图4 现场嵌入式Web Server监控端以及LCD信息显示

　　结语

　　本设计以ZigBee网络和GPRS模块为中心，结合ZigBee以及GPRS无线通信技术，使得远程数据采集与控制更易实现。经实际测试，采集和控制各个ZigBee节点CC2530 P1.0引脚输出状态，运行结果能够到达预期效果。另外，本系统还可根据实际情况在各个ZigBee终端节点添加其他数据采集电路，实现更加强大的功能或拓展网络结构，因此，本文设计的远程数据采集系统具有较高的实用参考价值。