GPRS 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

        1.引言

        隨著通信技術(shù)和信息處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，兩者的結(jié)合——遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)已成為當(dāng)前研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是指在遠(yuǎn)離被控對(duì)象的情況下，能夠及時(shí)獲知被控對(duì)象的工作狀況，必要時(shí)發(fā)出指令對(duì)其進(jìn)行遙控的系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，使工作人員不需要到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，只要在監(jiān)控中心就能夠掌握全局，及時(shí)得到被控對(duì)象的詳細(xì)情況，迅速做出決策并有效地執(zhí)行。它大大提高了工作效率，節(jié)省了人力物力，也提高了系統(tǒng)對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)變能力，是各行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的用途十分廣泛，在交通、電力、工農(nóng)業(yè)、水利遠(yuǎn)程監(jiān)控、環(huán)保、建筑等行業(yè)已有大量的應(yīng)用。

        隨著Internet技術(shù)的推廣和GPRS通信技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)更緊密地與現(xiàn)代通信技術(shù)相互結(jié)合，更多地應(yīng)用在工業(yè)企業(yè)中。

        2. GPRS技術(shù)的功能與特點(diǎn)

        GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GeneralPacket Radio Service)的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，是在現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。GPRS在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上增加一些硬件設(shè)備和軟件升級(jí)，形成一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體。它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，采用IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提高了現(xiàn)有的GSM網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率，最高可達(dá)170kb/s。GPRS把分組交換技術(shù)引入現(xiàn)有GSM系統(tǒng)，使得移動(dòng)通信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)合二為一，具有“快速傳送”、“永遠(yuǎn)在線”、“價(jià)格低廉”等特點(diǎn)。

        GPRS是建立在GSM基礎(chǔ)上的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)上疊加了一個(gè)基于分組交換的無(wú)線接口，引入三種新的邏輯網(wǎng)絡(luò)實(shí)體：服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)、網(wǎng)關(guān)GPRS 支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)和分組控制單元(PCU)，同時(shí)配合軟件升級(jí)，目標(biāo)是提供高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。用分組交換來(lái)補(bǔ)充電路交換是對(duì)GSM技術(shù)的一個(gè)重要升級(jí)。分組交換的一大優(yōu)點(diǎn)是可以靈活分配網(wǎng)絡(luò)資源，僅在數(shù)據(jù)傳送時(shí)才使用無(wú)線信道，這樣多個(gè)用戶可以共享一條無(wú)線信道，大大提高資源利用率。GPRS的數(shù)據(jù)傳送使用業(yè)務(wù)信道，速率為9kbps～21.4kbps，如果一個(gè)用戶獨(dú)占8 個(gè)信道，總速率將超過(guò)170kbps，在實(shí)際中單個(gè)用戶可以同時(shí)使用1至3條信道，速率為幾十kbps。

        3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

        3.1總體設(shè)計(jì)思路

        本系統(tǒng)集GPRS無(wú)線通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)于一體，構(gòu)建了一種基于GPRS技術(shù)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。

        系統(tǒng)分為監(jiān)控中心站和遠(yuǎn)程監(jiān)控分站兩個(gè)部分：監(jiān)控中心站主要由監(jiān)控中心站服務(wù)器，企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)(Intranet)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，顯示器等外圍設(shè)備組成;遠(yuǎn)程監(jiān)控分站主要由MSP430F149單片機(jī)及外圍電路(液晶顯示、鍵盤(pán)功能、RS232通訊、A/D轉(zhuǎn)換)和GPRS無(wú)線通信模塊組成。

        GPRS模塊采用法國(guó)WAVECOM公司W(wǎng)ISMO2D模塊，此模塊為雙頻GSM模塊(GSM900/1800MH或GSM900/199MHz)，適合于手持蜂窩移動(dòng)電話及其他無(wú)線通訊產(chǎn)品應(yīng)用，其設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)符合ETSI GSM Phase2+標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)控中心采用APN方式與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。通信運(yùn)營(yíng)商為監(jiān)控中心分配內(nèi)部固定IP地址，由于APN專(zhuān)線可提供較高的帶寬，當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)量增加時(shí)，監(jiān)控中心不用擴(kuò)充容量也可滿足需求。監(jiān)控中心站與遠(yuǎn)程監(jiān)控分站之間通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)程通信，實(shí)現(xiàn)了基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

        3.2監(jiān)控中心站硬件設(shè)計(jì)

        監(jiān)控中心站包括的主要硬件設(shè)備為：一臺(tái)作為監(jiān)控中心站服務(wù)器的工業(yè)計(jì)算機(jī)、企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)(Intranet)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、顯示器、打印機(jī)等外圍設(shè)備。

        3.3遠(yuǎn)程監(jiān)控分站硬件設(shè)計(jì)

        遠(yuǎn)程監(jiān)控分站主要硬件包括單片機(jī)及其外圍電路和GPRS 無(wú)線通信塊WISMO2D。單片機(jī)采用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的MSP430F149系列，根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)了液晶顯示、鍵盤(pán)功能、RS232通訊、A/D轉(zhuǎn)換等幾個(gè)功單元。其中A/D轉(zhuǎn)換部分是完全由MSP430F149片內(nèi)集成模塊實(shí)現(xiàn)的。

        4.系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

        4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)中采用GPRS無(wú)線通信模塊WISMO2D實(shí)現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)通信，GPRS無(wú)線通信模塊WISMO2D通過(guò)AT命令來(lái)進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)傳輸采用通過(guò)Internet 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸兼容短消息方式傳輸。AT命令，Microsoft VC++6.0高級(jí)編程語(yǔ)言和IAR公司的Workbench開(kāi)發(fā)環(huán)境是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

        4.2監(jiān)控中心站軟件設(shè)計(jì)

        監(jiān)控中心站程序設(shè)計(jì)采用VC++ 6.0作為開(kāi)發(fā)工具，其軟件包括監(jiān)測(cè)中心控制界面及初始化程序、數(shù)據(jù)包的收發(fā)程序，數(shù)據(jù)處理和保存程序。其中最重要的是監(jiān)控中心服務(wù)器與GPRS無(wú)線通信模塊WISMO2D之間的無(wú)線通信，它是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包接收和發(fā)送的關(guān)鍵。VC++ 6.0提供了網(wǎng)絡(luò)端口通信控件Winsock，能夠方便的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)端口的掃描和偵聽(tīng)。通過(guò)設(shè)置一個(gè)固定不被計(jì)算機(jī)占用的端口作為通信端口，然后不斷的偵聽(tīng)這個(gè)端口的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)端口中有數(shù)據(jù)包接受，那么開(kāi)始把數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后接收，并且調(diào)用相關(guān)的中斷處理程序處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)。其程序流程圖如圖2所示。

        4.3遠(yuǎn)程監(jiān)控分站軟件設(shè)計(jì)

        遠(yuǎn)程監(jiān)控分站主要任務(wù)：通過(guò)A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換并處理外圍傳感器采集的數(shù)據(jù);通過(guò)鍵盤(pán)按鍵觸發(fā)發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)給監(jiān)控中心或管理人員;控制GPRS無(wú)線通信模塊WISMO2D接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包或者短消息。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化編程，各功能模塊以子模塊形式出現(xiàn)，縮短了軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間，易于程序修改和移植。

        5.結(jié)束語(yǔ)

        本文提出的基于GPRS技術(shù)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線通信、圖形處理、數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件開(kāi)發(fā)等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于GPRS無(wú)線通信技術(shù)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，具有較好的實(shí)用價(jià)值。