基于GPRS的远程数据采集系统

基于GPRS的远程数据采集系统

曹慧

（国网辽宁省电力有限公司辽阳供电公司营销部辽宁省111000）

摘要：随着城市现代化建设的发展，建设智能小区成为必然趋势，原来的人工抄表已不能胜任现在的工作，新的抄表方式应运而生，随着通信和计算机技术的发展，使得远程抄表成为可能。近年来国家正在推广户外计量技术，以实现方便查表，不干扰住户，使大量人工查表工作逐步过渡到数字化传送。当前的远程抄表系统种类很多，但在实际应用过程中都存在种种弊端。基于此，本文就GPRS的远程数据采集系统进行了论述，以供参阅。

关键词：GPRS；远程数据采集系统

引言

GPRS是在GSM基础上发展而来的数据传输网络，与无线集群方式相比，GPRS的数据传输充分利用了公共移动通信网络和互联网，不需要为监测设备而专门改造已有的运行环境，省去了建设无线专网的成本。其按流量计费的方式也更为经济，更适合频繁突发的小流量数据传输。同时，GPRS网络具有覆盖范围广、数据传输快、实时性好、通信质量高、持续在线和费用低等优点，并可直接与Internet互通，能很好地满足工业控制的需要。目前，基于GPRS网络的数据传输在许多领域得到了较好的应用，特别是在工作环境恶劣、地理位置偏僻、无人值守场所等领域。

1GPRS网络及其数据传输

GPRS作为一种高效、经济的无线系统，已经应用到许多需要无线数据传输的领域，为远程数据采集传输及监控提供了一种新的数据通信方式。GPRS技术建立在GSM网络之上，它将无线通信与Internet紧密结合起来。GPRS作为一种先进的、全新的无线网络承载手段，具有其独特的优势：⑴虽然在GSM网络中，每条GSM信道提供的传输速率只达到9.6kbps或14.4kbps，但GPRS可提供高达171.2kbps的传输速率；⑵按量计费，节省资源；“永远在线”，用户随时与网络保持联系，保证数据传输的实时性；⑶GPRS支持Internet上最广泛使用的IP协议和X.25协议，提供了一个完备的基于TCP/IP协议的通信解决方案，能够提供Internet和其它网络的全球性无线接入。数据传输时，GPRS网络是在原有GSM网络的基础上，引入了PCU（分组控制单元）、GGSN（GPRS网关支持节点）和SGSN（GPRS服务支持节点）等新部件构成的无线数据传输系统，其用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据，将IP信息包从移动用户点传送至外部网络。GPRS无线模块作为控制系统的无线收发模块，用于实现与GPRS网络的连接。分组数据经SGSN封装后，SGSN通过GPRS骨干网与网关支持接点GGSN进行通信。GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络。

2GPRS的远程数据采集系统架构设计

远程数据采集系统由监测终端、监测中心、GPRS数据传输终端与GPRS/GSM移动数据传输网络等组成。GPRS远程数据采集系统的硬件组成如图1所示。

图1GPRS远程数据采集系统的硬件组成

监测终端完成数据的采集与处理。采集的数据通过RS232接口与GPRS透明数据传输终端相连，通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GSM网络。监测中心负责对远端发送的数据进行分析与处理，将有效数据保存到中心数据库。同时，可对远端数据监测终端发出指令，进行参数设置、实时召测数据或实现远程控制。

3GPRS的远程数据采集系统设计

3.1系统硬件设计

本系统利用G20模块实现在GPRS网络覆盖区域内的远程数据采集。G20是MOTOROLA公司推出GPRS无线双频调制解调器，主要为语音传输、短消息发送和数据业务提供无线接口。G20集成了完整的射频电路和GPRS的基带处理器，特别适合于开发一些GPRS的无线应用产品，如监控、调度、车载和遥控等系统，也可以直接作为终端产品进行语音和数据的传输，使用范围十分广泛。在单片机系统上加GPRS模块构成网络通信的硬件原理框图（如图2）。

图2基于GPRS远程数据采集系统硬件框图

整个系统的工作过程如下：在远端的数据经过传感器、变送器等转变成标准信号，经线形光电隔离（TLP521-4）后，再通过A/D转换，转变成数字量；而开关量经光电耦合器后输入，单片机来控制开关量输出，输出量通过反向驱动器和光耦合器后带动大功率器件工作；采集的数据和开关量状态通过单片机的主控程序和GPRS调制解调器（G20模块）发送出去。本系统是利用短消息方式发送的，发送的指令编码在短消息中，当从机接收到主机的短消息后，通过对短消息解码，提取控制命令，执行相应的操作，把操作结果编码成短消息串并传回主机；6主机接从机发回来的短消息经过解码就可以得知系统的各种状态信息。系统采用AT89C52作为控制主芯片，在电路设计上可省去外接程序存储器，缩小了PCB板的面积，也提高了整个系统的可靠性。由于系统处理的是短消息字符串，片内256字节的RAM远远不够用来处理大量的字符串数据，因此在片外连接了一块静态存储器6264，拥有8K字节容量，就可以满足系统的要求。本系统模数转换电路采用ADC0809这块芯片来实现A/D转换功能。为了扩充电路，系统需要加上一些外围电路，如开关量输入和输出，在其输入通道中，为了防止外界对控制系统的干扰需要采取一些隔离措施。常用的隔离方法是采用变压器耦合或光电耦合，变压器耦合器仅限传送交变信号，且体积和功耗大，易产生电磁干扰，而光电耦合器能传送各种信号，还具有体积和功耗小、抗干扰性能强等优点，所以，系统采用了光电耦合器；在其输出通道中，为了能控制大功率电器运行，一般要加一个驱动器，同时为防止现场强电磁干扰或工频电压通过输出通道反串到测控系统，也需要采用通道隔离技术，常用的也是光电隔离技术，因为光信号的传送不受电场、磁场的干扰，可以有效地隔离电信号。本系统无线数据传输模块用MOTOROLA的G20GPRS无线模块，通过拨号的方式登陆中国移动的GPRS网络。GPRS无线通讯网络是在GSM网络的基础上构建的，由GSM的电路交换过渡到了分组交换，支持TCP/IP协议，理论最高速率可达171Kbps。GPRS网络很适合数据量少的、瞬时性的环保数据的无线传输。CPU模块通过集成的RS-232与G20接口。因为CPU模块串口与G20模块串行接口间电平不一致，需加电平转换电路。系统中主要使用G20模块传输数据，在数据通信中，用于接受和发送数据的设备称为数据终端设备DTE。用来连接DTE与数据通信网络的设备称为DCE。在本系统中，单片机是DTE，G20模块是DCE。

3.2系统软件设计

3.2.1GPRS数据传输终端软件

GPRS数据传输终端软件采用C语言编写，借助IARWorkbenchforMSP430集成开发环境进行调试，整个程序的控制通过设置状态标志来实现。状态0~8分别表示IPINITIAL初始化、IPSTART启动任务、IPCONFIG配置场景、IPIND接受场景配置、IPGPRSACT场景已激活、IPSTATUS获得本地IP地址、TCP/UDPCONNECTING与SERVER建立连接阶段、IPCLOSE连接已关闭、CONNECTOK建立连接成功。用户可通过串口使用AT指令完成对模块的相应操作。系统默认通信速率为9600bps，用户可根据需要改变此设置。程序流程图如图3所示。

当掉线或通信失败时断开连接，等待GPRS数据传输终端启动重新连接，保证数据传输的可靠性。必要时，也可通过重新拔号唤醒连接。

3.3.2数据监测/处理中心管理软件

数据监测/处理中心管理软件采用Delphi7.0开发，实现数据显示、参数设置、建立网络连接及数据的接收、分析与处理等，对每一功能根据具体使用可以具体化。比如北京荣源世纪科技有限公司使用的系统将显示功能分为2部分：⑴数值显示—显示某一仪表所有参数最新的数值；⑵图像显示—显示某一仪器的某一参数在指定时间间隔内数值变化曲线图，通过曲线图可以清晰地观察到曲线的变化趋势。

参考文献：

[1]李涛，徐建.基于GPRS无线技术的配电变压器监测系统[J].电测与仪表，2014（06）

[2]赵亮，黎峰.GPRS无线网络在远程数据采集中的应用[J].计算机工程与设计，2015（09）.

[3]马增强，燕延，井海明.基于GPRS的数据采集系统的研究[J].微计算机信息，2015（03）.