摘要：為實現數據采集卡的無線通訊、有效傳輸，滿足智能化需求，設計了一種基于SIM900A的無線數據采集卡。數據采集卡主要采用SIM900A芯片實現數據GSM／GPRS無線傳輸，將采集到的數據傳送至遠程終端。本設計改善了傳統(tǒng)數據傳輸模式，提供了更趨向于智能化的功能。經驗證，系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定，具有低成本，低功耗，應用范圍廣等特點，和很好的應用前景。
關鍵詞：SIM900A；數據采集；GSM／GPRS；無線通訊

0 引言
    數據采集技術主要指從傳感器輸出的微弱信號，經信號調理、數模轉換到存儲、記錄這一過程所涉及的技術。當前被廣泛應用的數據采集卡大部分以電纜或插槽連接，受到插槽數不足、安裝不便、傳輸距離等眾多因素的限制。伴隨著無線通信技術的發(fā)展，使用簡單、分布靈活的無線數據采集卡慢慢涌現出來，成為數據采集卡新的重要發(fā)展方向。目前，無線數據采集卡的實現多以zigbee，nRF905，WI_FI等無線通訊技術為主。而SIM900A芯片在眾多項目中的成功實踐，為實現數據采集卡的無線通訊提供了新的思路。因此，設計這種低功耗的基于SIM90 0A的無線數據采集卡，以滿足用戶越來越多的新要求。

1 無線數據采集卡整體設計方案
    無線數據采集卡主要由電源模塊、主控模塊、數據采集模塊、無線通訊模塊、外圍接口和遠程終端6部分組成。數據采集模塊采用溫度傳感器DS18B20組成，采集溫度數據。主控模塊選用ATMEGA128作為主控芯片，使用其定時器功能定時采集溫度、蓄電池電壓等參數信息，利用主控芯片中的AD轉換模塊，將采集到的模擬量轉換為數字量，再經主要由SIM900A構成的無線通訊模塊傳送給遠程終端。遠程終端可以為手機或上位機LINUX終端平臺，經由處理后存儲到數據庫中，以備日后查詢。系統(tǒng)結構圖如圖1所示。數據采集卡由電源模塊供電，保證系統(tǒng)正常運行。我們設計的電源模塊具備太陽能充電功能，從而確保數據采集卡的持久供電。此設計，具有低功耗，方便靈活，易于操作，幾乎不受空間條件的限制等特點。

2 數據采集卡硬件設計
2．1 電源模塊
    電源模塊給無線數據采集卡的主控模塊、無線通訊模塊和數據采集模塊供電。該電源模塊同時帶有太陽能充電功能和電池電壓檢測功能，保證系統(tǒng)持久供電。電源模塊硬件電路如圖2所示。因為數據采集卡中主控模塊電壓要求2．7～5．5V，無線通訊模塊電壓要求3．4～4．5V，所以選用3．7V作為供電電壓。由于無線通訊模塊啟動電壓很大，故特意設計了一個感抗值比較大的電感(圖2中L1)。在系統(tǒng)啟動時產生較大瞬時電動勢，使電流達到2A以上，足以達到無線通訊模塊的啟動要求。

2．2 主控模塊
    主控模塊選用ATmega128作為主控芯片。主控模塊硬件實現電路如圖3所示。ATmega128是ATMEL公司生產的一款基于AVR RISC結構的低功耗CMDS 8位單片機，帶有非易失性的程序和數據存儲器，8路10位ADC。AVR核將32個工作寄存器和豐富的指令集聯結在一起，通過一個時鐘周期內執(zhí)行一條指令同時訪問兩個獨立的寄存器，ATmega8可以取得1 MIPS／MHz的性能，這種結構提高了其性能。ATmega128負責把數據采集模塊采集回的模擬量轉換為相應的數字量，并組建數據報，使用串口通過AT指令操作無線通訊模塊將數據報文發(fā)送出去。
2．3 無線通訊模塊
    無線通訊模塊采用SIM900A芯片實現，主要負責實現與遠程終端的數據傳輸功能。SIM900A模塊是一款尺寸緊湊，內置TCP／IP協議棧的GSN／GPRS模塊。利用SIM900A的特性，本設計提供兩種數據傳輸模式。一是基于GSM的短信傳輸模式，用戶通過手機短信發(fā)送指令，返回采集的數據參數；二是基于GPRS的傳輸模式，用戶經由計算機LINUX終端界面，控制采集數據。無線通訊模塊硬件實現如圖4所示。通過拉低端口1 PWRKEY開啟和關閉模塊，52管腳用于指示當前網絡狀態(tài)，根據發(fā)光二極管閃爍的頻率可以判斷手機卡是否在移動控制中心注冊。30～33端口用于接手機SIM卡。

2．4 數據采集模塊
    數據采集模塊采用單總線DS18B20溫度傳感器，采集溫度數據值，送至主控模塊單片機的F端口第0位(PF0)。

3 數據采集卡軟件設計
3．1 底層驅動程序
    數據采集卡硬件部分，通過對ATmega128單片機編程實現對溫度、蓄電池電壓等參數的采集、處理、發(fā)送等功能。
    采集卡上電復位后，驅動軟件先執(zhí)行初始化操作，初始化包括主控芯片的端口，串口波特率(與GSM／GPRS模塊串口波特率一致)，EEPROM中的固定參數，以及GSM／GPRS模塊的GSM通道GPRS通道設置，模塊串口設置。之后主控芯片定時判斷是否有來自遠程終端或手機短信的預設的數據請求命令接口。其外部時鐘電路每分鐘觸發(fā)的一次中斷信號，開始采集傳感器中獲取的數據值。當有命令傳來時，就組建信息報文，通過串口將報文數據通過無線發(fā)送模塊傳送出去。串口通訊流程圖如圖5所示。

    由于環(huán)境參數變化緩慢，在外部中斷信號觸發(fā)后，按照約定的采樣間隔采集數據。數據保存在全局緩沖區(qū)中，減少多次調用采集數據指令，減輕了采集系統(tǒng)的負擔。
3．2 終端平臺軟件設計
    終端平臺軟件運行于裝有LINUX系統(tǒng)的具有固定IP的計算機上。本設計選擇LINUX操作系統(tǒng)作為軟件開發(fā)平臺，LINUX最大的特點就是免費開源，支持多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。終端平臺軟件的設計，采用了模塊化的設計思想，各功能模塊之間功能相互獨立，其中主程序是整個終端平臺軟件的核心，通過主程序有機地調用系統(tǒng)各類子程序及模塊，形成一個聯系緊密的整體，有條不紊地完成各項預定的操作指令。
    終端軟件平臺軟件采用多進程多線程編制，實現對基于GPRS的數據傳輸模式的數據參數的接收、顯示、存儲和控制。
3．3 數據庫設計
    數據庫對基于GPRS的數據傳輸模式采集回來的數據參數進行存儲，以備日后查看，為用戶存儲原始數據。本設計中采用MYSQL數據庫，MYSQL是一個開放源碼的小型關聯式數據庫管理系統(tǒng)，其體積小、速度快、總體擁有成本低，且滿足設計需要。

4 測試效果
    通過PROTEL完成PCB圖的設計，發(fā)工廠完成PCB板的制作，完成元器件焊接后，下載程序，通電調試。經多次實驗后，無線數據采集卡運行穩(wěn)定，效果良好。測試效果如圖6所示。

5 結論
    本文設計的基于SIM900A的無線數據采集卡是利用SIM900A芯片、ATmega128單片機等組成的，通過無線通訊模塊GSM／GPRS無線通信方式完成數據采集卡到遠程終端的數據傳輸。本設計完成了無線數據采集卡硬件部分和軟件部分的設計與實現，利用SIM900A的特性，改善了傳統(tǒng)數據傳輸模式，提供了更加趨向于智能化的功能。本設計成本較低，運行穩(wěn)定可靠，應用范圍廣，可用于遠程無線數據采集、監(jiān)控、存儲等，有很好的推廣價值。