基于3G通信的PLC嵌入式监控终端设计与实现

本文以欧姆龙CP1H型号的PLC为应用背景，设计了基于嵌入式linux下3G无线通信的PLC设备远程监控终端。论文针对GPRS与以太网的不足在实际应用的缺陷，提出了基于3G通信技术的数据传输方案，采用S3C6410/ARM11作为控制器和中兴MF210无线模块，采用WCDMA制式，通过在嵌入式linux系统中配置相关驱动，移植PPP套件，编写配置脚本来实现3G通信数据监控功能。介绍硬件设计，驱动移植，网络通信功能的实现过程。本方案具有快速稳定可靠等优点。

能否对售出设备进行远程通信和监控对于设备制造厂家意义重大。远程通信和监控有利于减少去现场修改PLC 程序的人员费用，缩短设备故障诊断时间，提高设备维护效率；有助于企业了解设备运行状况， 改进设备的制造质量。

本文中使用的欧姆龙CP1H 型号PLC 可拓展CP1J 网络模块实现网络通信[1] [2]， 实现远程的程序下载上传功能，但是每个拓展模块的不菲价格将增加每台PLC 设备的配置成本。选用GPRS 无线通信方式方便，但传输速度与稳定性达不到实时监控的要求；有线通信模式满足速度要求， 但是考虑现场环境复杂性，会增加布网的难度。综合两种方式的优点，选用3G 无线传输方式[3]，有较高传输速度，降低组网复杂度，系统运行稳定可靠。结构图如图1 所示，是整个监控系统的结构图，本文设计的监控终端就是图1 中的3G 终端部分。

2. 终端硬件结构 3G 监控终端硬件结构如图2 所示。

硬件上采用“ARM + 3G”系统架构，选用Tiny6410/arm11 核心板作为主处理器，该处理器基于ARM1176JZF-S 核设计， 运行频率为533 MHz， 最高可以达到667 MHz。

核心板集成了128M DDR RAM， 256M SLC Nand Flash 存储器， 采用5 V 供电， 在板实现CPU 必需的各种核心电压转换， 方便二次开发。

3G 模块选用的是中兴的MF210，支持UMTS850 (900)/1900/2100、GSM/GPRS/EDGE 850/900/1800/1900多频段HSUPA 的PCI Express Mini Card 无线网卡， 可以提供移动环境下的WCDMA、GSM/GPRS、EDGE (EGPRS)和HSUPA 高速数据接入服务。并在HSUPA 下最大的上下行速率为7.2 Mbit/s。

3. 3G 模块驱动设计 本系统中使用的MF210 3G 模块与Tiny6410 以USB 接口相连接，3G 模块使用的虽然是一个USB 接口， 但实质上是一个虚拟串口， 在Linux 设备中是一个USB 串口设备， 系统中需要加载USB serial 的驱动。

串口设备属于TTY 设备， 对应的驱动程序包含设备驱动的成员函数以及设备对应的结构体成员。

本系统中使用的是linux3.3 版本，自带串口USB 设备驱动，所以只需要添加对3G 模块的设备支持即可[4] [5]。