摘要：针对处于偏远地区或恶劣环境中的无人值守设备的运转状况的监控问题，本文运用嵌入式技能以及工业以太网技能规划了一种数据搜集与监控体系的长途监控终端。环绕中心处理器STM32F107VC构建了终端的硬件体系，介绍了网络接口规划、输入/输出接口规划和本地存储电路规划。监控终端软件依据ARM公司的RL-ARM中间件，完成了多任务并行的网络实时通讯、依据WebServer的长途装备服务和暂时存储现场数据的文件体系。运用结果表明，体系牢靠性高、实时性强，有用降低了长途监控体系本钱。
导言
数据搜集与监控体系是以计算机为根底的分布式操控体系与电力自动化监控体系，广泛运用于电力、冶金、石油、化工等许多范畴。数据搜集与监控体系依托其数量巨大的长途终端单元搜集各终端站点信息和履行操控战略。长途终端单元的功用、本钱、牢靠性对整个体系而言无足轻重。数据搜集与监控体系如图1所示。
关于终端站点现场环境恶劣或站点广泛涣散的体系，要求站点长时间无人值守，如电信公司的电话光纤网络交代设备、高速公路机电设备等。怎么确保终端站点的信息高效、牢靠地上传，并能对中心体系的指令及时呼应，成为现在广泛研讨的热点问题。参阅文献提出了一种依据GPRS无线传输的无人值守低功耗长途终端的规划方案;参阅文献规划了依据MODBUS协议的RS485通讯方法的长途终端;参阅文献规划了依据CAN总线的智能监控终端。可是依据以太网通讯的无人值守长途监控终端的规划方案还较少。本文依据以太网通讯方法，以STM32F107VC网络处理器为中心单元，完成了一种低本钱、高效、安稳的长途终端单元。
1 长途监控终端硬件规划
关于电信公司EPON无人值守设备、高速公路无人值守机电设备等所在的长途站点，一般布设有能够运用的牢靠光纤网络，依据网络通讯并充分运用网络服务是监控终端规划时优先考虑的要点。作为现场环境的监控设备，长途监控终端应具有下述功用：安稳的工业网络规范接口;与现场信息搜集设备和履行机构的输入/输出接口;本地大容量备份信息存储。
1.1 体系规划
体系结构如图2所示，选用STM32F107VC网络处理器作为体系中心单元，此芯片具有72 MHz运转频率和90DMIPS的处理功用，集成了以太网、CAN总线、RS485、RS232、USBOTG等各种高功用工业规范接口，其规范外设包含10个定时器、16路12位1 Msps采样速率的A/D模/数转换器、2路12位D/A数模转换器等，能够运用于多种工业场合。在中心处理器的根底上，充分运用其集成的外设单元，规划相应的外围接口电路，完成了需求功用，确保长途监控终端的安稳性，降低了体系本钱。
1.2 网络通讯接口规划
STM32F107VC中心处理器内部集成支撑工业以太网规范IEEE1588的Ethernet MAC Interface，需求外部扩展PHY衔接物理层网络。选用美国国家半导体公司的DP83848C芯片作为物理层接口芯片，该芯片是10/100Mb/s单路低功耗物理层接口器材，与中心处理器经过Media-Inde pendentInterface(MII)相接。以太网通讯接口电路如图3所示。
1.3 输入/输出接口规划
输入/输出接口包含AI(Analog Input)接口、DI(Digital Input)接口和DO(Digital Output)接口。AI接口衔接传感器获取现场接连改变的信号，如温度、湿度、烟雾等;DI接口衔接传感器搜集现场的开关量信息，如设备轰动、开关门动作、水浸超支和体系断电等;DO接口输出数字信号操控履行机构动作，如继电器等设备。
STM32F107VC内部集成ADC，输入通道的幅值规模为0～3.3 V，传感器输出的模拟量数据需求经过滤波、扩大的处理进程输入至ADC接口通道。ADC的精度很大程度上依赖于基准电源的精度，体系选用高精度参阅电压源AD780为STM32F107VC供给基准电压。AD780是一款超高精度带隙基准电压源，能够经过4～36 V的输入电源供给2.5～3.0V输出基准电压。它具有低初始差错、低温度漂移和低输出噪声，十分合适用于增强高分辨率ADC的功用。体系的AI接口电路如图4所示。
STM32F107VC的GPIO引脚都能够由软件装备为输入/输出形式，而且输入可接受5 V TTL电平。体系选用PC817光电耦合器完成GPIO引脚与外围电路的电气阻隔，提高终端的电绝缘和抗干扰才能。DO接口运用大电流三极管驱动继电器输出开关信号。
1.4 本地存储电路规划
长途监控终端体系的数据存储分为两部分：体系参数ROM，确保体系掉电后数据不丢掉，选取8 KB存储容量的24LC64芯片，运用I2C总线接口对其进行读写操作。
选取SD卡作力现场数据的暂时存储器。SD卡具稀有据传输率快，移动灵活性好且具有较高的安全性等功用，当网络出现异常时暂时存储现场信息，以便网络康复正常或现场检修时将数据信息取出。运用STM32F107VC处理器的SPI总线完成与SD卡的存储接口。
2 长途监控终端软件规划
长途监控终端的功用和效率由体系软件直接决议。长途监控终端将现场传感器搜集的数据进行分类整理过滤，构成有用信息经过网络实时地上报给监控中心的通讯服务器。接纳通讯服务器的指令操控履行机构的动作，依据现场数据进行预判，当数据到达报警条件时，立行将报警信息报送监控中心处理。因为长途监控终端坐落数据搜集与监督操控体系的最远端，常常处于环境恶劣、地理位置偏远的站点，还应具有长途装备的功用。
