基于GPRS的遠程數據采集系統

摘　要：介紹了基于GPRS的遠程數據采集系統的結構和系統組成，并說(shuō)明了它在水文數據采集系統上的相關(guān)應用。
關(guān)鍵詞：通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)；數據采集；遠程監控

引言

　　GPRS(general packet radio service)是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，該技術(shù)建立在GSM網(wǎng)絡(luò )的基礎上，被稱(chēng)為2.5 代移動(dòng)通信技術(shù)，它將無(wú)線(xiàn)通信與Internet 緊密結合。

　　基于GPRS的遠程數據采集系統是通過(guò)中國移動(dòng)的GPRS無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )系統提供的廣域無(wú)線(xiàn)IP接入方式，將工業(yè)和民用的數據信息實(shí)時(shí)傳遞到的互聯(lián)網(wǎng)上的集中數據監控和管理中心，以實(shí)現對遠端數據的采集、傳遞、和對被監測設備的統一管理和控制。

　　目前，遠程數據采集系統通常有兩種形式：通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送信息的遠程數據采集系統和通過(guò)GPRS 無(wú)線(xiàn)方式直接發(fā)送信息的遠程數據采集系統。通過(guò)電話(huà)線(xiàn)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳送數據，由于每次撥號都需要等待，速度慢，而且費用也較高。同時(shí)，由于各監控點(diǎn)分布范圍廣、數量多、距離遠，有些點(diǎn)還地處偏僻，有些采集點(diǎn)有線(xiàn)線(xiàn)路難以到達，采用這種形式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足系統實(shí)時(shí)性的要求；GPRS具有速度快、使用費用低等特點(diǎn)，其傳輸速度可達171.2kb/s。與有線(xiàn)通信方式相比，采用GPRS無(wú)線(xiàn)通信方式具有組網(wǎng)靈活、擴展容易、運行費用低，維護簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

　　由于GPRS更適合應用在小數據量、高實(shí)時(shí)性要求的場(chǎng)合，利用GPRS網(wǎng)絡(luò )提供的簡(jiǎn)單高效的通信傳輸手段和廣域無(wú)線(xiàn)IP接入平臺?？梢詷嫿◣缀跛兄械退俾实倪h程數據傳輸業(yè)務(wù)。目前GPRS技術(shù)在遠程數據采集方面已經(jīng)得到了廣泛的運用。如：銀行、電信、郵政儲蓄所營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)；電力、煤氣、自來(lái)水遠程集中抄表系統；地質(zhì)災害、氣象、水文、環(huán)保信息采集和報警；移動(dòng)POS機、稅控POS機、自助終端、ATM聯(lián)網(wǎng)；公安、110、消防、公交車(chē)、銀行運鈔車(chē)輛指揮調度系統；公安身份證移動(dòng)認證、交通稽查、智能交通系統、交通流量監測；福利彩票、體育彩票、足球彩票無(wú)線(xiàn)投注系統；城市配電網(wǎng)自動(dòng)化調度系統等等。

　　本文主要研究基于GPRS的遠程數據采集系統。


圖1　基于GPRS的遠程數據采集系統框圖

基于GPRS的遠程數據采集系統

　　基于GPRS的遠程數據采集系統通過(guò)各種終端將現場(chǎng)采集到的數據利用GPRS網(wǎng)絡(luò )和Internet網(wǎng)絡(luò )將數據傳輸到監控中心的數據庫服務(wù)器。該系統一般由數據采集系統，GPRS數據傳輸網(wǎng)絡(luò )和監控中心三部分組成，系統框圖如圖1所示。

　　基于GPRS的遠程數據采集系統的詳細系統結構圖如圖2所示。

　　數據采集系統由應用終端(如：傳感器)和采集器兩部分組成?？刹杉臄祿泻芏喾N，由該系統的應用場(chǎng)合決定。數據采集后，在與服務(wù)中心通訊前存儲在終端子系統中。采集器可通過(guò)RS232串口與集中器(GPRS DTU)相連。

　　集中器是GPRS數據傳輸網(wǎng)絡(luò )中很重要的一個(gè)部分，它是GPRS數據傳輸裝置，即GPRS DTU通訊模塊。它是遠程數據采集系統的中心管理和控制設備，負責定時(shí)讀取采集器數據、系統的命令傳送、數據通訊、網(wǎng)絡(luò )管理等功能。各種采集數據首先利用RS485接口(通過(guò)雙絞線(xiàn))連接到位于各采集點(diǎn)的集中器，集中器再通過(guò)RS232/RS485接口與GPRS透明數據傳輸終端相連。通過(guò)GPRS透明數據傳輸終端內置嵌入式處理器對數據進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )傳送至數據中心，實(shí)現各采集點(diǎn)數據和數據中心系統的實(shí)時(shí)在線(xiàn)連接。集中器也可通過(guò)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)現對各采集器采集到的數據進(jìn)行存儲、預處理，并將采集到的數據實(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，對集中器進(jìn)行控制操作。

　　監控中心由局域網(wǎng)構成，包括前置處理機、數據庫服務(wù)器、工作站(中心計算機)及相應的應用管理軟件等。工作站既可以實(shí)時(shí)接收從采集器傳來(lái)的數據，也可以將命令以及對遠端采集器、集中器的設置參數等傳到采集器和集中器，從而實(shí)現數據遠程讀取和采集器、集中器工作參數的遠程設置。數據庫服務(wù)器存儲采集數據。


圖2　基于GPRS的遠程數據采集系統的詳細系統結構圖

基于GPRS的水文數據采集系統

　　目前，基于GPRS的遠程數據采集系統已經(jīng)得到了很廣泛的應用，為人們的生產(chǎn)生活提供了巨大的便利，在諸多的應用中，比較典型的應用包括基于GPRS的水文數據采集系統。

　　水文數據采集系統是采用通訊遙測和計算機控制等技術(shù)手段，自動(dòng)進(jìn)行雨量、水位、流量等各種水文參數的實(shí)時(shí)采集和傳輸處理的系統。該系統常常需要對眾多的水位點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，大部分監測數據需要實(shí)時(shí)發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。水文遠程數據采集系統是為地區防汛抗旱提供決策支持服務(wù)的重要基礎設施，因此建設基于GPRS的水文數據采集系統是必要而不可或缺的?；贕PRS的水文數據采集系統結構圖如圖3所示。


圖3　基于GPRS的水文數據采集系統結構圖

　　在基于GPRS的水文數據采集系統中，主要使用的應用終端是傳感器。由于水文數據有很多種，水位、降雨量、流量、蒸發(fā)量等。根據采集的數據類(lèi)型不同，傳感器分為水位傳感器和雨量傳感器等。傳感器將水文監測數據轉換成脈沖，采集器采集脈沖，數據采集后，在與服務(wù)中心通訊前存儲在終端子系統中。

　　在基于GPRS的水文數據采集系統中，主要有兩處重要的數據傳遞過(guò)程：工作站和集中器的連接建立過(guò)程和采集器傳送數據給集中器的過(guò)程。整個(gè)系統的數據傳輸是在這兩個(gè)重要的數據傳遞以及GPRS網(wǎng)絡(luò )中數據傳遞的基礎上進(jìn)行的，其中GPRS數據傳遞是整個(gè)系統中最基礎最重要的數據傳遞過(guò)程，GPRS網(wǎng)絡(luò )是整個(gè)系統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(guò)程為：工作站按照數據傳輸規約，以一定的數據傳輸幀格式把帶有公網(wǎng)IP地址和工作站端口號的指令，通過(guò)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卡號的指令。中心站收到指令后，確認本機存儲的SIM卡號與接收到的SIM卡號是否一致，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)送數據，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)間內不向集中器發(fā)送數據，那么集中器就會(huì )自動(dòng)斷開(kāi)與工作站的連接，該時(shí)間可以自由設定。

　　采集器傳送數據給集中器的過(guò)程為：采集器自動(dòng)地通過(guò)串口，按照用戶(hù)預先設定的采集間隔時(shí)間采集從傳感器傳送來(lái)的雨量、水位等信號，通過(guò)數據轉換和數據打包后送到集中器，集中器根據定義的接入點(diǎn)名稱(chēng)(APN)將打包好的數據增加部分冗余碼和校驗碼并轉換成適合在無(wú)線(xiàn)鏈路上傳送的網(wǎng)絡(luò )數據包信號。

結語(yǔ)

　　本文介紹了基于GPRS的遠程數據采集系統的發(fā)展現狀，說(shuō)明了基于GPRS的遠程數據采集系統的系統結構和基本組成。同時(shí)本文還列舉了基于GPRS的遠程數據采集系統相關(guān)應用即水文采集系統，該系統已研發(fā)成功并用于湖北水文采集系統。

參考文獻：

1.  Lin Chine E, Wu Chin-Chen. A real time GPRS surveillance system using the embedded system [J].IEEE Telecommunication Conference,2002,(v2):1678-1682
2.  韓斌杰，GPRS原理及其網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化，機械工業(yè)出版社，2003
3.  黃宇紅、孫少陵，通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(GPRS)，電信科學(xué)，2000(5)：7-10
4.  韓冰、李芬華，GPRS技術(shù)在數據采集與監控系統中的應用，電子技術(shù),2003(8):27-29
5.  廖利芳、張勁松、李文耀，基于GPRS的水文數據采集系統的設計，光通信研究，2007(1):56