遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

呂江峰

【摘要】 文章研究了一種建立在GSM- SMS（短信服務(wù)技術(shù)）基礎(chǔ)之上的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，就該系統(tǒng)的設(shè)計方案及其應(yīng)用要點進(jìn)行了研究與探討。本系統(tǒng)當(dāng)中，遠(yuǎn)程設(shè)備狀態(tài)參數(shù)在串口基礎(chǔ)支持下發(fā)送至設(shè)備端GSM模塊中，利用手機短信服務(wù)技術(shù)將其傳輸至短信服務(wù)中心，再轉(zhuǎn)發(fā)至GSM中心機，通過串口數(shù)據(jù)為PC主機所接收，并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的全面分析與處理。相應(yīng)的遠(yuǎn)程設(shè)備也能夠接收PC主機所發(fā)送的信息，實現(xiàn)操作控制的目的。由于引入了SMS技術(shù)，使得整個遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便等方面的優(yōu)勢，未來可將其引入遠(yuǎn)程報警、遠(yuǎn)程抄表等系統(tǒng)當(dāng)中，使其發(fā)揮相應(yīng)的價值與功效。

【關(guān)鍵詞】 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集 SMS技術(shù) 設(shè)計 應(yīng)用

在全球移動通信系統(tǒng)（GSM）網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，基于GSMSMS（短信服務(wù)技術(shù)）的業(yè)務(wù)最為顯著的特點在于：不需要建立端至端的通道。點對點短消息的傳輸模式表現(xiàn)為：基于任意表現(xiàn)形式字幕數(shù)字串，在數(shù)字控制信道的載體支持下實現(xiàn)傳輸。對于該傳輸模式而言，在空閑的通道作用之下，占用獨立專用控制信道，所對應(yīng)的信息傳輸速率滿足782b/s的標(biāo)準(zhǔn)。而在通話狀態(tài)下，占用慢速隨路控制信道，所對應(yīng)的信息傳輸速率滿足383b/s的標(biāo)準(zhǔn)。在GSM-SMS支持下，為了避免時延較長的問題，或者是因數(shù)據(jù)爭搶而造成的接入信道負(fù)荷過高問題，需要對短消息的最大幀長度進(jìn)行靈活控制（通常建議采取的控制標(biāo)準(zhǔn)為140字節(jié)）。從這一角度上來說，無論語音通信或數(shù)據(jù)通信是否在運行狀態(tài)下，均能夠?qū)崿F(xiàn)對傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元（TPDU）短消息的發(fā)送、接受處理。更加關(guān)鍵的一點是：由于當(dāng)前GSM網(wǎng)絡(luò)已支持全球范圍內(nèi)的聯(lián)網(wǎng)漫游功能，故而在數(shù)據(jù)采集中不需要再另行組間通信網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸即可滿足實時性、動態(tài)性的要求。本文認(rèn)為，將GSM-SMS作用于對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)中意義重大，可行性高，技術(shù)難度低，穩(wěn)定性強。故而針對該問題展開進(jìn)一步分析。

一、基于GSM-SMS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體方案

以PC端至遠(yuǎn)程設(shè)備為下行方向，以遠(yuǎn)程設(shè)備至PC端為上行方向，在GSM-SMS技術(shù)支持下，所對應(yīng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體方案如下圖所示（見圖1）。

結(jié)合圖1方案，在GSM-SMS技術(shù)支持下，整個遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要構(gòu)成模塊包括四個方面：第一為PC主機，第二為GSM中心機，第三為遠(yuǎn)程設(shè)備，第四為設(shè)備端GSM模塊。以上各個模塊在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中所負(fù)擔(dān)的功能有一定差異，主要可以概括為以下幾個方面：對于PC主機而言，其主要負(fù)責(zé)對所采集遠(yuǎn)程設(shè)備相關(guān)的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析與處理；對于GSM中心機而言，則是在PC主機的干預(yù)控制影響下實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送工作；對于遠(yuǎn)程設(shè)備而言，其主要作為狀態(tài)參數(shù)的提供方，或者對PC主機端所發(fā)送的控制信息進(jìn)行接收，并配合完成相關(guān)的操作指令；對于設(shè)備端GSM而言，則是在單片機的控制影響下，配合完成數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送工作。

在這一整體方案作用之下，整個遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的上下行動作的實現(xiàn)流程可以概括為：

（1）從PC端至遠(yuǎn)程設(shè)備的下行動作角度上來說，PC中心機使用下行數(shù)據(jù)幀（數(shù)據(jù)幀當(dāng)中含有設(shè)備端GSM模塊所對應(yīng)的代碼）面向遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。在設(shè)備端GSM模塊中，接受SM短信，繼續(xù)按照下行數(shù)據(jù)幀格式傳輸數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)程設(shè)備。在遠(yuǎn)程設(shè)備接收到所發(fā)送數(shù)據(jù)后，校驗接收正確后發(fā)送ACK幀，GSM中心機負(fù)責(zé)對ACK幀的接收工作并應(yīng)答，整個流程結(jié)束（若校驗接收不正確則不作特殊處理。中心機在超過接受時限后自動進(jìn)行數(shù)據(jù)幀重新發(fā)送工作，反復(fù)3次以上仍未成功則判斷為通信失敗，需重新自PC主機發(fā)送）。

（2）從遠(yuǎn)程設(shè)備至PC端的上行動作角度上來說，遠(yuǎn)程設(shè)備段使用上行數(shù)據(jù)幀（數(shù)據(jù)幀當(dāng)中含有GSM中心機所對應(yīng)的代碼）面向遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。在GSM中心機中，接受SM短信，，繼續(xù)按照上行數(shù)據(jù)幀格式傳輸數(shù)據(jù)至PC主機。在PC主機接收到所發(fā)送數(shù)據(jù)后，校驗接收正確后發(fā)送ACK幀，設(shè)備端GSM模塊負(fù)責(zé)對ACK幀的接收工作并應(yīng)答，整個流程結(jié)束（若校驗接收不正確則不作特殊處理。GSM模塊在超過接受時限后自動進(jìn)行數(shù)據(jù)幀重新發(fā)送工作，反復(fù)3次以上仍未成功則判斷為通信失敗，需重新自遠(yuǎn)程設(shè)備發(fā)送）。

二、設(shè)備端GSM模塊設(shè)計

對于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)當(dāng)中的設(shè)備端GSM模塊而言，在硬件設(shè)計過程當(dāng)中，基于系統(tǒng)控制技術(shù)，所涉及到的操作模塊包括以下幾個方面：其一為MCU工作模塊，其二為電源電平轉(zhuǎn)化模塊。硬件設(shè)計中的主要要點可以概括為以下幾個方面：

（1）從對MCU工作模塊的設(shè)計角度上來說，CPU中央處理裝置選擇為89C51RV2，主要依據(jù)為：首先，該型號中央處理器裝置實現(xiàn)了對1024字節(jié)外部儲存器的集成處理；其次，為滿足較為復(fù)雜的手機短信協(xié)議要求，往往需要涉及到大長度協(xié)議幀的保存與傳輸工作，相較于傳統(tǒng)意義上的51單片機而言，本型號中央處理器能夠通過對1024字節(jié)的支持，確保運行控制性能的穩(wěn)定實現(xiàn)；再次，該型號中央處理器具備較快的指令運行速度性能優(yōu)勢，對于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所要求的高傳輸速率而言，具有較強的適應(yīng)性。同時，由于經(jīng)由計算得出的通信波特率明顯高于手機通信對于傳輸速率的要求，故而認(rèn)為該工作模塊性能穩(wěn)定、可靠。

（2）從對電源以及電平轉(zhuǎn)化模塊的角度上來說，由于在GSM模塊實際工作狀態(tài)下會產(chǎn)生較大水平的峰值電流，且對于電源紋波質(zhì)量有較高要求，故而要求供電模塊所選擇開關(guān)電源質(zhì)量更高且穩(wěn)定，由此避免GSM模塊在運行期間出現(xiàn)供電電壓失穩(wěn)的問題。針對這一需求，選擇供電開關(guān)電源為S-15-5型。對于RS232串口而言，正常運行狀態(tài)下的工作電壓取值標(biāo)準(zhǔn)為10.0V，可使用常規(guī)Max232滿足電壓轉(zhuǎn)換的具體需求。引入在單片機控制技術(shù)下兩片式的Max應(yīng)用模式，其中一片與RS232相互連接，另一片則與微機控制器相互連接。根據(jù)這一基本思路，在2.5V手機數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)化為2.5MCU電平的過程當(dāng)中，電路結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示（見圖2），而在2.5MCU電平轉(zhuǎn)化為2.5V手機數(shù)據(jù)電平的過程當(dāng)中，電路結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示（見圖3）。

（3）從軟件設(shè)計的角度來說，在SMS技術(shù)支持下，最關(guān)鍵的設(shè)計問題在于如何基于對數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的應(yīng)用，實現(xiàn)對命令控制短信的設(shè)計工作。考慮到手機數(shù)據(jù)接口的特殊性，部分手機可能不支持傳統(tǒng)意義上的AT操作指令，此時就需要使用手機生產(chǎn)廠家所提供的以PC為基礎(chǔ)的SDK開發(fā)包，或者是第三方控件。在此基礎(chǔ)之上，標(biāo)準(zhǔn)AT命令功能有效，實際使用中存在一定的局限性，用戶使用不夠方便。從這一角度上來說，建議在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計中根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議設(shè)計針對性的命令控制短信。進(jìn)一步分析認(rèn)為：在MBUS以及FBUS這兩種常見的總線技術(shù)下，使用較為廣泛的為基于FBUS的總線幀格式。在這一格式下，為了方便設(shè)備端GSM模塊與遠(yuǎn)程設(shè)備的通信，需要建立在SMS通信協(xié)議的基礎(chǔ)之上，制定兩者通信的數(shù)據(jù)幀格式。具體標(biāo)準(zhǔn)如下表所示（見表1）。

表1：數(shù)據(jù)幀格式對應(yīng)數(shù)據(jù)示意表

三、結(jié)束語

文章總結(jié)了一種建立在GSM-SMS（短信服務(wù)技術(shù)）基礎(chǔ)之上的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案，同時就該系統(tǒng)中設(shè)備端GSM模塊的硬軟件設(shè)計要點進(jìn)行了探討分析，認(rèn)為該模塊能夠可靠接收PC上行數(shù)據(jù)，或?qū)崿F(xiàn)對上行數(shù)據(jù)的發(fā)送以及下行數(shù)據(jù)的傳輸工作。整個遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運行質(zhì)量良好、可靠、且穩(wěn)定，能夠進(jìn)一步在遠(yuǎn)程報警、遠(yuǎn)程抄表等系統(tǒng)當(dāng)中加以應(yīng)用，值得各方人員引起關(guān)注與重視。

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