基于GPRS的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計

摘 要：本文設計了一種基于GPRS網(wǎng)絡通信的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要論述了采用AT89C52單片機控制GPRS模塊（G20），利用短消息傳輸來實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方案。根據(jù)GPRS通信技術(shù)在中低速率數(shù)據(jù)傳輸方面的突出優(yōu)勢，使系統(tǒng)具有一定的高可行性和高性價比。該方案還具有通用性，可用于工業(yè)控制、金融、交通等行業(yè)，具有很廣闊的發(fā)展前景。

引言

我國在水利、電力和天然氣等資源的監(jiān)測中還沒有經(jīng)濟實用的自動化數(shù)據(jù)采集和傳輸設備，大部分地方仍然通過人工方式進行數(shù)據(jù)采集和分析。由于資源的監(jiān)測點在地理位置上分布很廣，現(xiàn)有的一些數(shù)據(jù)傳輸方法如利用電話線、電力載波等就存在著諸多的問題，如覆蓋范圍小，線路維護量大，電力載波上噪聲污染導致通信不可靠等。隨著無線通信數(shù)字網(wǎng)絡的發(fā)展，采用GSM和GPRS無線通信網(wǎng)作為通信方式為上述問題提供了一個新的解決方案。本文介紹的就是一個采用GPRS通信模塊利用短消息方式實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)，它可以用于多種遙測系統(tǒng)，完成遠端環(huán)境、資源信息等數(shù)據(jù)的采集。

1 GPRS與GSM短消息的關系

1.1 GPRS技術(shù)

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線業(yè)務的簡稱，該技術(shù)建立在GSM 網(wǎng)絡的基礎上，被稱為2.5代移動通信技術(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)濟的無線系統(tǒng)，具有網(wǎng)絡覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)帶寬寬、適應性強、計價按數(shù)據(jù)流量計算、實時在線的優(yōu)點，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)在移動通信領域的發(fā)展,已能夠?qū)嶋H應用到許多需要無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I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。

1.2 GSM短消息業(yè)務

GSM網(wǎng)絡是國內(nèi)覆蓋范圍最廣，應用最普遍的無線通信網(wǎng)絡。主要利用其短消息業(yè)務

（SMS）實現(xiàn)上述功能，SMS是通過GSM網(wǎng)的控制信道傳輸用戶分組信息的一種增值服務，經(jīng)短消息業(yè)務中心完成存儲和前轉(zhuǎn)功能，特別適合信息量不大的業(yè)務數(shù)據(jù)，它使用GSM網(wǎng)的公共控制信道，通話期間不影響短消息的傳輸。短消息業(yè)務的優(yōu)點是傳輸速度快，單個數(shù)據(jù)傳輸價格便宜，不占用話音；利用這些特點，及其雙向傳輸?shù)男阅埽�可方便地實現(xiàn)對于采集站設備的信息采集和遠程控制，實現(xiàn)遙控、遙測等。因此，通過GSM 網(wǎng)的短消息作為一種數(shù)據(jù)傳輸模式，具有網(wǎng)絡覆蓋面廣、用戶投資小、運營費用少的優(yōu)點，對于監(jiān)控采集點分散、覆蓋面廣、監(jiān)控點不固定、實時性要求較低的監(jiān)控采集系統(tǒng)具有無可比擬的優(yōu)勢。

1.3 GPRS與GSM短消息的內(nèi)在聯(lián)系

用GPRS作為短消息發(fā)送的載體優(yōu)點甚多，GPRS系統(tǒng)有助于克服短消息系統(tǒng)目前數(shù)據(jù)率低的缺陷，在核心網(wǎng)絡先進信令程序的支持下快速發(fā)送分組化短消息數(shù)據(jù)。短消息發(fā)送成功率增加，發(fā)送時間減少。由于使用同一短消息系統(tǒng)，對業(yè)務本身以及對用戶不會有影響，業(yè)務環(huán)境不會因網(wǎng)絡擴展而受影響，因此，短消息系統(tǒng)和GPRS系統(tǒng)可互為補充。短消息系統(tǒng)可提供廣泛服務，而且極易獲得，而GPRS改善了功能。在GPRS模塊上利用短消息方式進行數(shù)據(jù)采集傳輸可提供短消息系統(tǒng)疊加GPRS系統(tǒng)上的所有優(yōu)勢[1]。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設計

遠程數(shù)據(jù)采集終端由傳感器、單片機、GPRS通信模塊等組成，完成環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。中心數(shù)據(jù)處理模塊由GPRS通信模塊和后臺數(shù)據(jù)庫組成，對遠端發(fā)送上來的數(shù)據(jù)進行分析和處理，同時，也要根據(jù)需要對遠端數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)出命令，由遠端數(shù)據(jù)采集模塊完成相應的動作。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框圖（如圖1）。

系統(tǒng)設計的方案是通過GPRS通信模塊利用短消息方式采集遠端數(shù)據(jù)，所以要對短消息方式發(fā)送數(shù)據(jù)做一些的熟悉和認識[2]。G20支持GSM07.05規(guī)定的指令集，該指令集是ETSI（歐洲通信技術(shù)委員會）發(fā)布的，其中包含了對SMS的控制。利用單片機（AT89C52）的串行口向G20發(fā)送一系列AT命令，就達到控制G20收發(fā)SMS的目的。G20通過異步通信接口實現(xiàn)對SMS控制有三種協(xié)議：基于AT命令集的Text Mode、基于AT命令集的PDU Mode和Block Mode。PDU Mode是發(fā)送和接收SMS的一種方法，SMS正文經(jīng)過十六進制開始編碼后被傳送。

3系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)利用G20模塊實現(xiàn)在GPRS網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)的遠程數(shù)據(jù)采集。G20是MOTOROLA公司推出GPRS無線雙頻調(diào)制解調(diào)器，主要為語音傳輸、短消息發(fā)送和數(shù)據(jù)業(yè)務提供無線接口。G20集成了完整的射頻電路和GPRS的基帶處理器,特別適合于開發(fā)一些GPRS的無線應用產(chǎn)品，如監(jiān)控、調(diào)度、車載和遙控等系統(tǒng)，也可以直接作為終端產(chǎn)品進行語音和數(shù)據(jù)的傳輸，使用范圍十分廣泛。在單片機系統(tǒng)上加GPRS模塊構(gòu)成網(wǎng)絡通信的硬件原理框圖（如圖2）。

整個系統(tǒng)的工作過程如下：在遠端的數(shù)據(jù)經(jīng)過傳感器、變送器等轉(zhuǎn)變成標準信號，經(jīng)線形光電隔離(TLP521-4)后，再通過A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變成數(shù)字量；而開關量經(jīng)光電耦合器后輸入，單片機來控制開關量輸出，輸出量通過反向驅(qū)動器和光耦合器后帶動大功率器件工作；采集的數(shù)據(jù)和開關量狀態(tài)通過單片機的主控程序和GPRS調(diào)制解調(diào)器（G20模塊）發(fā)送出去。本系統(tǒng)是利用短消息方式發(fā)送的，發(fā)送的指令編碼在短消息中，當從機接收到主機的短消息后,通過對短消息解碼,提取控制命令，執(zhí)行相應的操作，把操作結(jié)果編碼成短消息串并傳回主機；6主機接從機發(fā)回來的短消息經(jīng)過解碼就可以得知系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息。