利用GPRS无线通信技术与通讯模块实现远程数据采集系统的设计

枫雪路 2020-02-26 4184

通信网络

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描述

引言

GPRS（general packet radio service）是通用分组无线业务的简称，该技术建立在GSM网络的基础上，被称为2.5 代移动通信技术，它将无线通信与Internet 紧密结合。

基于GPRS的远程数据采集系统是通过中国移动的GPRS无线通信网络系统提供的广域无线IP接入方式，将工业和民用的数据信息实时传递到的互联网上的集中数据监控和管理中心，以实现对远端数据的采集、传递、和对被监测设备的统一管理和控制。

目前，远程数据采集系统通常有两种形式：通过有线网络发送信息的远程数据采集系统和通过GPRS 无线方式直接发送信息的远程数据采集系统。通过电话线有线网络传送数据，由于每次拨号都需要等待，速度慢，而且费用也较高。同时，由于各监控点分布范围广、数量多、距离远，有些点还地处偏僻，有些采集点有线线路难以到达，采用这种形式已经无法满足系统实时性的要求；GPRS具有速度快、使用费用低等特点，其传输速度可达171.2kb/s。与有线通信方式相比，采用GPRS无线通信方式具有组网灵活、扩展容易、运行费用低，维护简单、性价比高等优点。

由于GPRS更适合应用在小数据量、高实时性要求的场合，利用GPRS网络提供的简单高效的通信传输手段和广域无线IP接入平台。可以构建几乎所有中低速率的远程数据传输业务。目前GPRS技术在远程数据采集方面已经得到了广泛的运用。如：银行、电信、邮政储蓄所营业网点联网；电力、煤气、自来水远程集中抄表系统；地质灾害、气象、水文、环保信息采集和报警；移动POS机、税控POS机、自助终端、ATM联网；公安、110、消防、公交车、银行运钞车辆指挥调度系统；公安身份证移动认证、交通稽查、智能交通系统、交通流量监测；福利彩票、体育彩票、足球彩票无线投注系统；城市配电网自动化调度系统等等。

本文主要研究基于GPRS的远程数据采集系统。

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图1　基于GPRS的远程数据采集系统框图

基于GPRS的远程数据采集系统

基于GPRS的远程数据采集系统通过各种终端将现场采集到的数据利用GPRS网络和Internet网络将数据传输到监控中心的数据库服务器。该系统一般由数据采集系统，GPRS数据传输网络和监控中心三部分组成，系统框图如图1所示。

基于GPRS的远程数据采集系统的详细系统结构图如图2所示。

数据采集系统由应用终端（如：传感器）和采集器两部分组成。可采集的数据有很多种，由该系统的应用场合决定。数据采集后，在与服务中心通讯前存储在终端子系统中。采集器可通过RS232串口与集中器（GPRS DTU）相连。

集中器是GPRS数据传输网络中很重要的一个部分，它是GPRS数据传输装置，即GPRS DTU通讯模块。它是远程数据采集系统的中心管理和控制设备，负责定时读取采集器数据、系统的命令传送、数据通讯、网络管理等功能。各种采集数据首先利用RS485接口（通过双绞线）连接到位于各采集点的集中器，集中器再通过RS232/RS485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GPRS网络，通过GPRS网络传送至数据中心，实现各采集点数据和数据中心系统的实时在线连接。集中器也可通过RS485接口直接连接到各采集器上，既可支持单个采集器，也可以同时支持多个采集器，实现对各采集器采集到的数据进行存储、预处理，并将采集到的数据实时传送到中心；同时，集中器还可将中心发送的遥控指令传给控制模块，对集中器进行控制操作。

监控中心由局域网构成，包括前置处理机、数据库服务器、工作站（中心计算机）及相应的应用管理软件等。工作站既可以实时接收从采集器传来的数据，也可以将命令以及对远端采集器、集中器的设置参数等传到采集器和集中器，从而实现数据远程读取和采集器、集中器工作参数的远程设置。数据库服务器存储采集数据。

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图2　基于GPRS的远程数据采集系统的详细系统结构图

基于GPRS的水文数据采集系统

目前，基于GPRS的远程数据采集系统已经得到了很广泛的应用，为人们的生产生活提供了巨大的便利，在诸多的应用中，比较典型的应用包括基于GPRS的水文数据采集系统。

水文数据采集系统是采用通讯遥测和计算机控制等技术手段，自动进行雨量、水位、流量等各种水文参数的实时采集和传输处理的系统。该系统常常需要对众多的水位点进行实时监测，大部分监测数据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。水文远程数据采集系统是为地区防汛抗旱提供决策支持服务的重要基础设施，因此建设基于GPRS的水文数据采集系统是必要而不可或缺的。基于GPRS的水文数据采集系统结构图如图3所示。

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图3　基于GPRS的水文数据采集系统结构图

在基于GPRS的水文数据采集系统中，主要使用的应用终端是传感器。由于水文数据有很多种，水位、降雨量、流量、蒸发量等。根据采集的数据类型不同，传感器分为水位传感器和雨量传感器等。传感器将水文监测数据转换成脉冲，采集器采集脉冲，数据采集后，在与服务中心通讯前存储在终端子系统中。

在基于GPRS的水文数据采集系统中，主要有两处重要的数据传递过程：工作站和集中器的连接建立过程和采集器传送数据给集中器的过程。整个系统的数据传输是在这两个重要的数据传递以及GPRS网络中数据传递的基础上进行的，其中GPRS数据传递是整个系统中最基础最重要的数据传递过程，GPRS网络是整个系统中必不可少的重要组成部分。

工作站和集中器的连接建立过程为：工作站按照数据传输规约，以一定的数据传输帧格式把带有公网IP地址和工作站端口号的指令，通过Internet和GPRS网络，传送给集中器。集中器收到指令后，返回给工作站一个带有SIM卡号的指令。中心站收到指令后，确认本机存储的SIM卡号与接收到的SIM卡号是否一致，如果一致则建立连接成功。此后集中器可以正常向工作站发送数据，工作站也能发送各种命令控制集中器和采集器。如果工作站在一定时间内不向集中器发送数据，那么集中器就会自动断开与工作站的连接，该时间可以自由设定。

采集器传送数据给集中器的过程为：采集器自动地通过串口，按照用户预先设定的采集间隔时间采集从传感器传送来的雨量、水位等信号，通过数据转换和数据打包后送到集中器，集中器根据定义的接入点名称（APN）将打包好的数据增加部分冗余码和校验码并转换成适合在无线链路上传送的网络数据包信号。

结语

本文介绍了基于GPRS的远程数据采集系统的发展现状，说明了基于GPRS的远程数据采集系统的系统结构和基本组成。同时本文还列举了基于GPRS的远程数据采集系统相关应用即水文采集系统，该系统已研发成功并用于湖北水文采集系统。

责任编辑：gt

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