基于GPRS網(wǎng)絡的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及應用

摘要：分析了GPRS技術在遠程數(shù)據(jù)采集中的應用現(xiàn)狀，針對實時數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)男枰�，設計和實現(xiàn)了基于GPRS網(wǎng)絡的遠程數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用GPRS的Internet接入功能，使用RS-232接口讀取外部數(shù)據(jù)。硬件系統(tǒng)選用RABBIT2000微處理器和PIML-900/1800 GPRS模塊，構建了實時性強、可靠性高的應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)已經(jīng)應用到油田遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)中，運行穩(wěn)定，效果良好。

0 引言

GPRS是在GSM基礎上發(fā)展而來的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，與無線集群方式相比，GPRS的數(shù)據(jù)傳輸 充分利用了公共移動通信網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)，不需要為監(jiān)測設備而專門改造已有的運行環(huán)境，省去 了建設無線專網(wǎng)的成本。其按流量計費的方式也更為經(jīng)濟，更適合頻繁突發(fā)的小流量數(shù)據(jù)傳輸。

同時，GPRS網(wǎng)絡具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)傳輸快、實時性好、通信質量高、持續(xù)在線和費用低等 優(yōu)點，并可直接與Internet互通，能很好地滿足工業(yè)控制的需要。目前，基于GPRS網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳 輸在許多領域得到了較好的應用，特別是在工作環(huán)境惡劣、地理位置偏僻、無人值守場所等領 域。 本文實現(xiàn)的系統(tǒng)以GPRS網(wǎng)絡為基本數(shù)據(jù)通道，在每個需要數(shù)據(jù)采集的分散業(yè)務單元安裝遠 程測控終端。同時在控制中心通過配有GPRS無線通訊模塊管理的計算機，進行各種設備的遠程 數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)自動進人控制中心實現(xiàn)遠程控制，方便快捷。

1 GPRS網(wǎng)絡及其數(shù)據(jù)傳輸

GPRS作為一種高效、經(jīng)濟的無線系統(tǒng)，已經(jīng)應用到許多需要無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I域，為遠程 數(shù)據(jù)采集傳輸及監(jiān)控提供了一種新的數(shù)據(jù)通信方式。GPRS（General Packet Radio Service）技術 建立在GSM（Global System for Mobile Communication）網(wǎng)絡之上，它將無線通信與Internet緊密 結合起來。GPRS作為一種先進的、全新的無線網(wǎng)絡承載手段，具有其獨特的優(yōu)勢：

⑴ 雖然在GSM網(wǎng)絡中，每條GSM信道提供的傳輸速率只達到9.6kbps或14.4kbps，但GPRS 可提供高達171.2kbps的傳輸速率；

⑵ 按量計費，節(jié)省資源；“永遠在線”，用戶隨時與網(wǎng)絡保持聯(lián)系，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r 性；

⑶ GPRS支持Internet上最廣泛使用的IP協(xié)議和X.25協(xié)議，提供了一個完備的基于TCP/IP協(xié) 議的通信解決方案，能夠提供Internet和其它網(wǎng)絡的全球性無線接入。

數(shù)據(jù)傳輸時，GPRS網(wǎng)絡是在原有GSM網(wǎng)絡的基礎上，引入了PCU（分組控制單元）、GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，GPRS網(wǎng)關支持節(jié)點）和SGSN（Serving GSN，GPRS服務支 持節(jié)點）等新部件構成的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)， 將IP信息包從移動用戶點傳送至外部網(wǎng)絡。GPRS無線模塊作為控制系統(tǒng)的無線收發(fā)模塊，用于 實現(xiàn)與GPRS網(wǎng)絡的連接。分組數(shù)據(jù)經(jīng)SGSN封裝后，SGSN通過GPRS骨干網(wǎng)與網(wǎng)關支持接點 GGSN進行通信。GGSN對分組數(shù)據(jù)進行相應的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡，如Internet或X.25網(wǎng)絡。 通信過程如圖1所示。

2 基于GPRS網(wǎng)絡的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)組成

本文研究的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由監(jiān)測終端、遠程數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)測/處理中心與GPRS移動數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡等組成。GPRS 遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件組成如圖2所示。

⑴ 數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集以數(shù)字信號處理器DSP為核心，采用交流取樣技術，集數(shù)據(jù)采集、無功補償?shù)裙δ苡谝惑w，可監(jiān)測現(xiàn)場的各項指標。采集的數(shù)據(jù)通過RS-232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)傳輸終端內置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡。同時，可對遠端數(shù)據(jù)監(jiān)測終端發(fā)出指令，進行參數(shù)設置、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)或實現(xiàn)遠程控制等。

⑵ 數(shù)據(jù)監(jiān)測/處理中心

數(shù)據(jù)監(jiān)測/處理中心負責對數(shù)據(jù)進行匯總、整理和綜合分析，完成終端原始數(shù)據(jù)的分類存儲。

⑶ GPRS網(wǎng)絡

監(jiān)測終端采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡接口功能模塊對數(shù)據(jù)進行解碼處理，轉換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過GPRS網(wǎng)絡進行傳輸，最終傳送到監(jiān)測中心。

2.2 硬件設計

GPRS遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設計如圖3所示。

該系統(tǒng)中微處理器起著很重要的作用：一方面負責下端采集數(shù)據(jù)的接收以及對下端設備的 控制信號傳輸；另一方面還要負責將收到的數(shù)據(jù)進行打包通過串口與移動終端進行通信。通過 分析比較，本系統(tǒng)選擇了美國Z-World公司的RABBIT2000系列的RCM2300，其產(chǎn)品的支持語言是 一種改進的C語言開發(fā)系統(tǒng)—Dynamic C。

RABBIT2000 微處理器是專門為應用于中小型控制器而設計的一種高性能微處理器，它使用 簡便，其硬件及軟件都最大程度地實現(xiàn)了安全簡潔，運算速度在8 位總線微處理器中處于領先 地位，而且存儲器的接口設計允許最大限度地使用內存帶寬。通過指令，由一條電纜連接PC 串行口和基于RABBIT2000 的目標系統(tǒng)完成軟件開發(fā)。其集成特性與無縫架構方便了快速硬件設計， 其友好的C 指令也提高了復雜應用程序的有效開發(fā)，使用十分廣泛。

對嵌入式系統(tǒng)而言，RABBIT2000 性能優(yōu)于許多16 位，32 位微處理器，其效率也優(yōu)于同類8 位系列。RABBIT2000 改進了Z80 和Z180CPU 的指令集和寄存器，在Z80 和Z180 指令集基礎上 增添了許多新的指令。RABBIT2000 刪除了Z180 中一些過時和多余指令來釋放硬件空間以保證有 效地執(zhí)行新指令，使指令系統(tǒng)效率有了很大提高。RABBIT2000 指令集的改進，提供了快捷的浮點 數(shù)及整數(shù)的運算能力。憑借30Mhz 的時鐘速度以及眾多附件（內存，一體化接口的I/O 控制信 號，4 個串行端口，超過40 個通用I/O 引腳，8 位和10 位的Timer，實時時鐘以及靈活的計時 選項），RABBIT2000 整裝了一個硬件平臺。Dynamic C 開發(fā)環(huán)境則集成了高效的應用程序編譯器、 調試器以及鏈接器。

此外，該系列微處理器可以運行流行的Internet 協(xié)議，如HTTP、SMTP、 POP3、TCP、UDP、ICMP、IP 等，還可以外接一個以太網(wǎng)控制芯片RTL8019，通過RJ-45 連到 以太網(wǎng)上實現(xiàn)Ethernet（IEEE802.3）協(xié)議處理。