广西是我国蔗糖最大产区，年产量超过700万吨，占全国60%以上，甘蔗种植面积1600多万亩。改革开放多年来，逐步形成了以私营及合资蔗糖生产企业为主，蔗农散户人工种植模式的近千万从业人员的蔗糖产业。随着产业规模的不断扩大，私买私榨现象较多，偷税漏税问题严重，蔗农利益无法保障，税务部门监控难度很大；引入无线税务监控系统，可远程实时对原料蔗和蔗糖产成品的整个生产过程进行监控，有效避免原料消耗虚高，产出比过低，蔗糖成品产量与税收严重失衡等一系列问题，监督企业合理纳税，公平执法，保障蔗农利益和行业健康发展。
1 税务监控终端功能设计
蔗糖生产企业无线税务监控系统由远程无线税务监控终端设备及税务监控数据处理中心两大部分组成，本文主要对制糖企业远程无线监控终端设备的设计与实现进行阐述。税务监控终端设备自动采集进厂原料蔗重量和成品糖产量，通过3G通信发送到远程税务监控中心，实现对制糖企业原料蔗消耗量和成品糖产量进行统计和跟踪，从而达到监督企业依法纳税的目的。
2 硬件设计与实现
税务监控终端是集数据采集、视频监控和无线通讯等功能的一体化设备，采用一般的单片机很难完成如此复杂的软硬件功能，难以满足糖厂恶劣（糖粉尘大，受潮粘化，腐蚀性大）的使用条件要求。选用技术成熟的ARM9系列处理器实现是较理想的方案。S3C2440处理器带有3个RS232接口、1个10/100M接口、1个SD卡接口及2个支持视频处理功能的USB接口，满足硬件接口需要。该处理器同时支持Linux与Windows CE操作系统，这两种操作系统对上述接口都能提供很好的支持，避免了自行开发底层驱动和应用难度大，性能不稳定的问题，以该处理器为核心，可方便的实现小型化、低功耗、全密封防尘防腐蚀设计的要求。系统主要功能组成如图1所示。
2.1 出糖口数据采集接口电路设计
出糖口是指制糖设备储料桶出料口每次以25Kg或50Kg重量以袋装方式封装的成品糖输出口，累计出糖口电磁阀开启次数即可对成品糖进行产量计量。由于生产现场糖粉尘大，采用霍尔开关传感器比光电式和行程开关方式更可靠耐用，基本不需要维护。为了避免生产车间糖粉尘对监控终端的影响，监控终端安装位置一般在地磅监或制糖车间监控室，距离制糖设备的出糖口较远，最远可达近百米，采用光电隔离I/O接口方式在解决信号干扰问题的同时，实现与生产设备间的电气隔离，保障采集设备和生产安全。光电隔离电路技术成熟，本文不再赘述。目前企业单厂区都未有超过4个以上出糖口产能的设备，8路出糖口设计具有较大的冗余量，可满足相当长一段时间的使用要求。。
2.2 地磅数据采集接口电路设计
制糖企业的地磅种类虽然较多，但都具有地磅数据串行通信功能，因此采用RS232接口实现地磅数据的采集，目前企业一般有一到两个地磅，ARM9处理器自带三路RS232接口已经满足要求，正常使用其中的两个RS232口作为地磅接口，第三个RS232口作为系统监控使用，用于终端的参数配置、控制和数据交换。地磅入口处设有刷卡识别设备，原料蔗进厂过磅严格执行称重与去皮的配套流程，采用一车一卡的刷卡方式，确保称重与去皮的唯一对应。
2.3 视频监控接口设计
税务监控终端采用USB接口实现8路监控视频图像抓拍功能，图像抓拍由出糖口信号触发，监控终端不存储视频信息，视频信息由视频服务器实时传送到监控中心，当现场不具备3G通信条件时，可另配硬盘录像机进行记录，税务部门定期核查，图像抓拍功能是否启用，可由远程数据中心通过命令对税务监控终端进行配置和控制，同时具备远程实时查看监控视频的功能。
2.4 无线通信接口设计
由于国内三大移动通信服务商的基站分布密度不同，每个服务商都存在不同区域的3G信号覆盖盲区，不同地区需要使用不同服务商的3G通信，因此，税务监控终端无线通信采用可插拔模块化设计，通过配置不同的3G模块实现对中国移动、中国联通和中国电信的支持，具体使用哪种模式取决于企业现场通信环境，可选用3G通信信号较好的服务商，个别企业现场不具备3G通信能力时，模块工作在普通2G模式，此时终端仅发送监控数据，关闭图像传输和视频监控功能。
3 软件设计与实现
税务监控终端设备软件功能较为复杂，信号采集实时性要求较高，采用在成熟的系统平台上开发应用软件是较理想的方式，本设计采用开放源代码的Linux作为税务监控终端的操作系统，本文主要针对税务监控终端应用软件整体设计和主要功能模块进行叙述。
3.1 软件系统整体设计
软件设计采用多任务、多进程模式，将各功能程序设计为不同的功能模块，加载为多个不同优先级的并发进程或中断服务程序。出糖口计数与地磅数据采集功能具有最高优先级，采用中断触发模式，保证实时性，避免数据漏采。图像采集功能为第二优先级，当处理完出糖口与地磅数据服务后，可响应此功能服务。3G通信模块处于第三优先级，默认为实时在线模式，通过与数据中心的心跳包交互维持在线状态，断线自动连接；数据发送采用先进先出原则，每一包数据都需要数据中心的正确应答。离线数据暂存采用固定长度的循环队列方式，其他辅助功能设计为最低的优先级。
3.2 通信数据包格式设计 税务监控终端3G通信数据包格式采用国际通用标准PDU编码规则，自定义数据格式如下：规避了3G模块AT指令集所涉及的符号，采用‘@’符号作为数据包前缀，‘#’符号作为数据包后缀，校验码采用CRC16编码，校验码由‘包序号’至‘数据内容’之间的数据生成，每包‘数据内容’不超过1024字节，整包数据在1040字节以内，3G通信数据包格式如表1所示。
3.3 数据采集模块程序设计
出糖口数据采集采用中断触发方式，中断服务程序对每个出糖口每包成品糖触发一次脉冲进行累加，每累计40次，对应重量1000Kg（25Kg/包）或2000Kg（50Kg/包），打包发送一次数据到税务监控中心。当出糖口5分钟没有触发信号时，将当前累计包数发送到监控中心，所有数据同时存入本机FLASH缓冲队列，以防通信失败等意外情况造成数据丢失。出糖口数据指令标识为‘C’（Counter），数据长度为32字节ASCII码，出糖口数据内容如下：出糖口编号（1字节），数量（2字节），起始时间（14字节），截止时间（14字节），发送标志（1字节）。
地磅数据采集通过RS232串口实现，同样采用中断服务程序实现地磅称重数据的接收。车辆每次通过地磅均需刷卡确认是称重还是去皮，每次过磅的数据自动存入FLASH缓冲队列，同时打包发送到监控中心。地磅数据类别标识为‘W’（Weight），数据长度为29字节ASCII码，数据内容如下：地磅号（1字节），卡号（4字节），称重类别（1字节），重量（12字节），称重时间（10字节），发送标志（1字节）。
3.4 数据传输程序设计
数据传输块程序主要完成出糖口、地磅、心跳包及监控中心指令数据和应答数据的交换，为了保证数据采集实时性，设计采用了查询模式而非中断模式，通过对监控数据缓冲队列FLASH存储区的扫描，将未发送成功数据发送到数据监控中心，得到远程监控数据中心返回的带有数据包标号的应答时，完成一次正确的发送，同时将FLASH缓冲队列相应发送成功标志置位，当数据缓冲队列满时，最先发送成功的数据将被覆盖。
为了防止长时间无数据掉线，维持网络连接，监控终端每隔1分钟向监控数据中心发送一个数据类别标识为‘B’（Beat）的心跳包，数据中心回应带有时间戳的相同格式应答包，如果3分钟没有任何类型的应答包，模块将自动断线重拨进行网络连接。
4 结论
本设计以ARM9处理器及经定制的Linux操作系统为核心，结合3G通信及视频监控等技术完成了税务监控终端设备的设计与实现。终端设备具有模块化、小型化、功耗低、可靠性高和全密封防护等特点；经优化定制的Linux操作系统占用资源少、性能稳定，监控应用软件编程难度小，模块化程度高，多进程并行处理模式实时性高、功能扩展方便。经实际使用，设备各项功能稳定，性能可靠，达到了设计需求，实现了远程税务监控的目的，设备已批量生产并在来宾市全范围投入税务监控应用。由于部分蔗糖生产企业因位置较偏僻，3G信号覆盖存在盲区，目前只能采用2G通信模式，通信速度较低，只能传输监控数据，无法实现监控视频和图像的实时传输，随着我国3G网络的普及和4G网络的开通，这一问题将很快得到解决。
（通讯作者：朱映红）
