GPRS在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用

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GPRS（GeneralPacketRadioService）是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，該技術(shù)建立在GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，被稱為2.5代移動(dòng)通信技術(shù)，它將無線通信與Internet緊密結(jié)合。GPRS作為一種高速、高效、經(jīng)濟(jì)的無線系統(tǒng)，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)帶寬寬、適應(yīng)性強(qiáng)、計(jì)價(jià)按數(shù)據(jù)流量計(jì)算、實(shí)時(shí)在線的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大量數(shù)據(jù)傳輸，完全滿足數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控的雙向數(shù)據(jù)信息傳輸。隨著GPRS技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域的發(fā)展，已能夠?qū)嶋H應(yīng)用到許多需要無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域，也為數(shù)據(jù)采集傳輸及監(jiān)控提供了一種新的數(shù)據(jù)傳輸通訊方式。

現(xiàn)在很多企業(yè)都利用GPRS數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的監(jiān)測。在工業(yè)現(xiàn)場利用各種傳感器進(jìn)行信號(hào)采集或?qū)υO(shè)備已存在的數(shù)據(jù)或模擬信號(hào)進(jìn)行分析，GPRSModem可通過標(biāo)準(zhǔn)接口與各種數(shù)據(jù)采集儀器儀表相連，一般現(xiàn)場儀器儀表的通信接口為RS232/RS485及以太網(wǎng)，GPRSModem的通信接口為RS232及以太網(wǎng)。在正常工作模式下GPRS傳輸模塊將儀器儀表的數(shù)據(jù)通過移動(dòng)通信分組網(wǎng)絡(luò)（GPRS網(wǎng)絡(luò)）傳遞給數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器可通過DDN專線、ADSL、ISDN連接等形式連接到企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上，在控制中心的服務(wù)器上建立一個(gè)中央數(shù)據(jù)庫，對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理貯存，產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)表和指示。并可以在其上開發(fā)分析決策模塊，判斷要監(jiān)控對(duì)象的工作狀態(tài)（如是否正常工作，有何異常事件），并對(duì)該情況做出相應(yīng)指令，傳回?cái)?shù)據(jù)終端側(cè)執(zhí)行，或通過短信發(fā)送給管理和維護(hù)人員。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在人員、控制中心和設(shè)備間的互通互傳，使技術(shù)人員和管理人員無論在任何地方都可以得到每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并可以進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)。

由于GPRS更適合應(yīng)用在小數(shù)據(jù)量、高實(shí)時(shí)性要求的場合，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)提供的簡單高效的通信傳輸手段和廣域無線IP接入平臺(tái)?？梢詷?gòu)建幾乎所有中低速率的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。目前GPRS技術(shù)在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集方面已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用。如：銀行、電信、郵政儲(chǔ)蓄所營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)；電力、煤氣、自來水遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)；地質(zhì)災(zāi)害、氣象、水文、環(huán)保信息采集和報(bào)警；移動(dòng)POS機(jī)、稅控POS機(jī)、自助終端、ATM聯(lián)網(wǎng)；公安、110、消防、公交車、銀行運(yùn)鈔車輛指揮調(diào)度系統(tǒng)；公安身份證移動(dòng)、交通稽查、智能交通系統(tǒng)、交通流量監(jiān)測；福利彩票、體育彩票、足球彩票無線投注系統(tǒng)；城市配電網(wǎng)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)等等。

本文主要研究基于GPRS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

圖1基于GPRS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖

基于GPRS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

基于GPRS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過各種終端將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)利用GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。該系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，GPRS數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心三部分組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

基于GPRS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的詳細(xì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由應(yīng)用終端（如：傳感器）和采集器兩部分組成?？刹杉臄?shù)據(jù)有很多種，由該系統(tǒng)的應(yīng)用場合決定。數(shù)據(jù)采集后，在與服務(wù)中心通訊前存儲(chǔ)在終端子系統(tǒng)中。采集器可通過RS232串口與集中器（GPRSDTU）相連。

集中器是GPRS數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)中很重要的一個(gè)部分，它是GPRS數(shù)據(jù)傳輸裝置，即GPRSDTU通訊模塊。它是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的中心管理和控制設(shè)備，負(fù)責(zé)定時(shí)讀取采集器數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的命令傳送、數(shù)據(jù)通訊、網(wǎng)絡(luò)管理等功能。各種采集數(shù)據(jù)首先利用RS485接口（通過雙絞線）連接到位于各采集點(diǎn)的集中器，集中器再通過RS232/RS485接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連。通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)各采集點(diǎn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線連接。集中器也可通過RS485接口直接連接到各采集器上，既可支持單個(gè)采集器，也可以同時(shí)支持多個(gè)采集器，實(shí)現(xiàn)對(duì)各采集器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、預(yù)處理，并將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到中心；同時(shí)，集中器還可將中心發(fā)送的遙控指令傳給控制模塊，對(duì)集中器進(jìn)行控制操作。

監(jiān)控中心由局域網(wǎng)構(gòu)成，包括前置處理機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、工作站（中心計(jì)算機(jī)）及相應(yīng)的應(yīng)用管理軟件等。工作站既可以實(shí)時(shí)接收從采集器傳來的數(shù)據(jù)，也可以將命令以及對(duì)遠(yuǎn)端采集器、集中器的設(shè)置參數(shù)等傳到采集器和集中器，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程讀取和采集器、集中器工作參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)置。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)。

圖2基于GPRS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的詳細(xì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

基于GPRS的水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)水文信息不斷提出新要求，水文觀測項(xiàng)目和內(nèi)容不斷增加，對(duì)觀測手段和方法以及水文監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提出了越來越高的要求；現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)了水文監(jiān)測技術(shù)自動(dòng)化的發(fā)展。在水文監(jiān)測系統(tǒng)中，常常需要對(duì)眾多的水位點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測點(diǎn)分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，成為水文部門選擇的通信手段之一。污染源監(jiān)測設(shè)備可將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)及時(shí)發(fā)送到水文監(jiān)測部門，實(shí)現(xiàn)對(duì)排污單位或個(gè)人的及時(shí)管理，可以大大提高水文部門的工作效率。

水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是采用通訊遙測和計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)手段，自動(dòng)進(jìn)行雨量、水位、流量等各種水文參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸處理的系統(tǒng)。該系統(tǒng)常常需要對(duì)眾多的水位點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。水文遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是為地區(qū)防汛抗旱提供決策支持服務(wù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，因此建設(shè)基于GPRS的水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是必要而不可或缺的。基于GPRS的水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3基于GPRS的水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在基于GPRS的水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，主要使用的應(yīng)用終端是傳感器。由于水文數(shù)據(jù)有很多種，水位、降雨量、流量、蒸發(fā)量等。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)類型不同，傳感器分為水位傳感器和雨量傳感器等。傳感器將水文監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成脈沖，采集器采集脈沖，數(shù)據(jù)采集后，在與服務(wù)中心通訊前存儲(chǔ)在終端子系統(tǒng)中。

在基于GPRS的水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，主要有兩處重要的數(shù)據(jù)傳遞過程：工作站和集中器的連接建立過程和采集器傳送數(shù)據(jù)給集中器的過程。整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸是在這兩個(gè)重要的數(shù)據(jù)傳遞以及GPRS網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳遞的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其中GPRS數(shù)據(jù)傳遞是整個(gè)系統(tǒng)中基礎(chǔ)重要的數(shù)據(jù)傳遞過程，GPRS網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)中必不可少的重要組成部分。

工作站和集中器的連接建立過程為：工作站按照數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約，以一定的數(shù)據(jù)傳輸幀格式把帶有公網(wǎng)IP地址和工作站端口號(hào)的指令，通過Internet和GPRS網(wǎng)絡(luò)，傳送給集中器。集中器收到指令后，返回給工作站一個(gè)帶有SIM卡號(hào)的指令。中心站收到指令后，確認(rèn)本機(jī)存儲(chǔ)的SIM卡號(hào)與接收到的SIM卡號(hào)是否一致，如果一致則建立連接成功。此后集中器可以正常向工作站發(fā)送數(shù)據(jù)，工作站也能發(fā)送各種命令控制集中器和采集器。如果工作站在一定時(shí)間內(nèi)不向集中器發(fā)送數(shù)據(jù)，那么集中器就會(huì)自動(dòng)斷開與工作站的連接，該時(shí)間可以自由設(shè)定。

采集器傳送數(shù)據(jù)給集中器的過程為：采集器自動(dòng)地通過串口，按照用戶預(yù)先設(shè)定的采集間隔時(shí)間采集從傳感器傳送來的雨量、水位等信號(hào)，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)打包后送到集中器，集中器根據(jù)定義的接入點(diǎn)名稱（APN）將打包好