基于GPRSDTU的遠程數據通訊系統(tǒng)

【摘 要】為了實現最優(yōu)惠的遠程數據通訊，通過使用GPRS DTU，花生殼動態(tài)域名，TCP轉虛擬串口等程序軟件，可以實現秒級的通過GPRS和WEB系統(tǒng)的遠程數據傳輸，數據的一端可以是遵守MODBUS協議的任何設備，服務器端可以是在局域網里的任一臺計算機，最大限度的降低了設備成本和使用成本，適合在需要相距較遠的不同地域實現數據傳輸的應用。

【關鍵詞】GPRS DTU 花生殼 TCP轉虛擬串口

在很多工程應用領域中，經常會需要在兩地之間互傳一些數據，比如企業(yè)的管理信息系統(tǒng)（MIS），DCS系統(tǒng)，小型測控系統(tǒng)，距離分散的儀表數據采集系統(tǒng)。隨之而來的數據傳輸實現方法也有很多，而靈活方便，結構簡單，成本低廉，使用維護方便，長期使用費用低一直是我們追求的目標。

本文介紹了一種基于GPRS和互聯網的數據傳輸系統(tǒng)，這種傳輸系統(tǒng)不需要靜態(tài)IP地址，可使用路由器在局域網里進行數據接收和發(fā)送。本設計不需要專門的ADSL線路，對網絡速度要求低，可實現秒級的數據傳輸。本設計的長期運行費用只有一張手機卡的數據流量的包月費用，非常適合實時性要求不高的（秒級）遠程數據傳輸。

1.總體設計方案

本設計以GPRS無線通信技術、嵌入式單片機技術和TCP/IP網絡通信技術為核心，以MODBUS RTU通訊協議為數據協議，以循環(huán)冗余校驗（CRC16）為檢錯控制方法，具有穩(wěn)定性強，可靠性高、實時性好，應用性廣，功能強大的特點。

系統(tǒng)的核心是部件是一臺GPRS DTU，它和數據源通過標準串行接口RS232/RS485方式連接，數據源可以是RTU、PLC、DCS、工控機、儀表等任何一種有標準串行接口RS232/RS485的設備。GPRS DTU接收到數據后，把這些數據通過TCP/IP協議進行打包，發(fā)送到互聯網的數據服務器上，接收端定期去互聯網上的數據服務器去讀取和存儲數據。

數據接收端是一臺能連接互聯網的計算機，它不需要使用專線連接，可以是局域網里的任一臺計算機。它從互聯網的數據服務器上讀取和存儲數據，然后根據MODBUS協議進行數據解析。

數據經過兩重CRC校驗，一重是打包到TCP/IP時的TCP/IP自帶的CRC32校驗，第二重校驗是數據本身帶有的CRC16校驗，所以數據有高度的可靠性。

2.硬件設計方案

2.1數據源

主要功能：提供遵守MODBUS協議的數據源。

數據源可以是具有MODBUS 接口的任何數據終端，可以是RTU、PLC、DCS、工控機、儀表等任一種設備。

2.2GPRS DTU

主要功能：實現數據透明傳輸功能。

GPRS DTU是一種利用公用運營商網絡GPRS網絡（又稱G網）的無線數據終端，用來為用戶提供無線長距離數據傳輸功能。它采用高性能的工業(yè)級8/16/32位通信處理器和工業(yè)級無線模塊，以嵌入式實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，提供RS232和RS485（或RS422）接口，可直接連接串口設備，來實現數據透明傳輸功能。

2.2.1性能指標

2.2.2天線及SIM卡安裝

A、天線采用SMA陰頭底座，從DTU機殼頂部鎖住即可。

B、DTU的SIM卡從外殼背面的插槽中插入，SIM卡座插入插槽后需要卡緊，以防SIM未插入到位導致終端通信異常。然后用螺絲鎖緊插槽外的擋板。目前在中國大陸地區(qū)的中國移動和中國聯通的手機卡都可以使用。在其他國家或地區(qū)的GPRS網絡的手機卡也可以使用。

2.3數據服務器

數據服務器可用安裝有組態(tài)軟件的工控機或辦公用普通計算機組成。服務器需要安裝動態(tài)域名映射用的花生殼軟件，TCP轉虛擬串口的V?C?O?M?M?虛?擬?串?口?軟?件?，還有任一款常用的組態(tài)軟件，如組態(tài)王，MCGS，三維力控都行。這樣就可以實現和遠程設備通訊了。

3.軟件設計方案

3.1數據源的軟件設計

數據源可以是自己開發(fā)的MCU系統(tǒng)，PLC，智能儀表，工控機等。現在以使用組態(tài)軟件的工控機為例說明軟件的配置。按所使用的數據情況配置設備地址，數據地址，數據類型，數量等。建議模擬量盡量用16位無符號二進制數，小數點在組態(tài)軟件中約定處理。通訊接口配置成MODBUS RTU數據轉發(fā)。通訊由數據服務器發(fā)起，數據源接到數據采集請求后向串口發(fā)送數據（串口為安裝有GPRS DTU的串口）。串口類型根據GPRS DTU可以是RS232和RS485的，兩個設備要一致。

3.2 GPRS DTU的軟件配置

3.2.1 計算機串口設置

此計算機指用來配置計算機的串口參數。一般選波特率選擇9600，校驗位NONE，停止位1

3.2.2 GPRS DTU工作參數設置

3.2.2.1 工作串口參數設置

指GPRS DTU和數據源串口設置的參數。一般選波特率9600，校驗位NONE，數據位8位，停止位1位

3.2.2.2 終端聯網參數的設置

在“接入中心IP”處你可以填寫服務器PC在公網上的IP。對于使用動態(tài)地址的填花生殼里動態(tài)域名指向的IP地址。關于花生殼下面有詳細描述。接入中心端口可以保持默認的10000，接入中心協議選擇TCP，GPRS撥號用戶名和密碼保持默認的空。對于APN名稱，如果你插入終端的是中國移動的手機卡則填寫CMNET，如果是中國聯通的手機卡則填寫UNINET。終端編號可以自己設置，是4個數字，一般從0001 開始編號，每臺須不同。SIM卡號即填寫你插入終端的手機卡號，可以如實填寫，也可以保持13000000000 不變。心跳包是在終端串口外接設備沒有數據包上傳時為了保持TCP的鏈接而定時發(fā)送的數據?？梢砸佬枰O置為60-180秒之間，一般保持默認60 即可。填寫完參數后點擊“設置”按鈕，在軟件主界面的“狀態(tài)信息”欄中可以看到設置成功的提示。

3.3花生殼軟件設置（運行在數據服務器計算機上）

花生殼是一套完全免費的動態(tài)域名解析服務客戶端軟件。當您安裝并注冊該項服務，無論您在任何地點、任何時間、使用任何線路，均可利用這一服務建立擁有固定域名和最大自主權的互聯網主機。“花生殼”支持的線路包括普通電話線、ISDN、ADSL、有線電視網絡、雙絞線到戶的寬帶網和其它任何能夠提供互聯網真實IP的接入服務線路，而無論連接獲得的IP屬于動態(tài)還是靜態(tài)。對于使用動態(tài)IP接入的用戶而言，您可以利用\"花生殼\"在辦公室或家庭建立擁有固定域名的互聯網主機。由于不受線路類型、主機存放地點的約束，所以您可以根據自己的需求選擇合適的系統(tǒng)平臺、數據庫平臺和站點運營模式，并由此獲得最大限度的自主性。

3.3.1到 http：//www.oray.com/ 網站上注冊一個護照名

3.3.2下載并安裝 花生殼動態(tài)域名客戶端。

3.3.3運行花生殼客戶端軟件，并用申請的護照名進行登錄。登錄后，就可以看到列表中 含有贈送的免費的域名

3.3.4點擊域名管理，可以看到DNS服務器指向的IP地址。這個地址就是3.2.2.2里需要填入的“接入中心IP地址”。

3.4局域網路由器的配置

為了最大限度降低成本，我們可以用局域網里的計算機作為數據服務器。那樣的話需要對局域網的路由器進行如下配置。（用專線的不需此項）

3.4.1登錄路由器。TP-LINK系列路由器的默認管理地址為192.168.1.1，賬號admin密碼admin 登錄到路由器的管理界面，點擊路由器的轉發(fā)規(guī)則—虛擬服務器—添加新條目。

3.4.2路由器參數設置

端口映射設置如下：服務端口號填寫10000，IP地址填寫內網服務器的IP地址192.168.1.100，協議設置為TCP，若對端口協議類型不了解可以設置選擇為ALL，代表所有（包括TCP和UDP），狀態(tài)必須設置為生效。常用服務端口號，是作為一種幫助提示的作用，不需要選擇，然后單擊保存。

3.5TCP轉虛擬串口軟件配置：（運行在數據服務器計算機上）VCOMM虛擬串口軟件可以將TCP/IP連接、UDP、DP廣播，映射成本機的虛擬COM口。安裝VCOMM虛擬串口軟件后，需要進行如下設置：

3.5.1VCOMM軟件的工作模式。選擇Client模式（默認）：對應的遠程設備運行在Server模式，由VCOMM向設備發(fā)起連接。

3.5.2建立虛擬串口。點擊菜單中的新增虛擬串口，可以對要添加的虛擬串口設備進行配置：

3.5.3配置虛擬串口：把3.3.4里獲得的IP地址填入遠程服務器IP地址中，遠程服務器監(jiān)聽端口填入和前面文中一致的“10000”，串口號填入根據計算機“硬件”-“設備管理器”里比最大號大的序號。設置好后，VCOMM軟件即主動發(fā)起連接。

3.5數據服務器軟件設計。數據服務器的軟件可采用任一種通用的組態(tài)軟件，把虛擬串口作為真實串口一樣，連接到MODBUS數據接口即可，然后在組態(tài)軟件上設置界面，控制邏輯等即可。

4.結論

本系統(tǒng)通過GPRS DTU和花生殼動態(tài)域名及TCP轉虛擬串口軟件的運用，可以讓局域網里的計算機訪問遠程智能終端，數據通過TCP/IP協議和MODBUS協議的雙重校驗檢錯，數據可靠性大大提高，誤碼率極低，是一種適合低成本要求的遠距離數據傳輸應用系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]GPRS DTU使用手冊 2012版

[2]Vcom3虛擬串口軟件使用手冊

[3]MCGS6.2組態(tài)軟件用戶手冊 2004

[4]三維力控force control使用手冊

[5]MODBUS協議中譯本

[6]花生殼動態(tài)域名系統(tǒng)使用說明書

[7]陽憲惠 現場總線技術及其應用 1999第一版

作者簡介：成璋（1970.11），男。就職于陜西大唐新能電力設計有限公司，現從事電力系統(tǒng)熱工自動化控制系統(tǒng)的設計工作。