無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王勇

林芝市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局

無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王勇

林芝市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局

本文介紹了一種利用現(xiàn)有的GPRS網(wǎng)絡(luò)資源，發(fā)揮其網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高，傳輸特性好等優(yōu)勢(shì)，為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供一種便利的無線數(shù)據(jù)采集傳輸方式。GPRS是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù),支持TCP/IP協(xié)議，可以與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)直接互通。而且它具有驚人迅速、永遠(yuǎn)在線、流量計(jì)費(fèi)等特點(diǎn)，在遠(yuǎn)程突發(fā)性數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸中有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。GPRS無線傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，幾乎可以涵蓋所有的中低業(yè)務(wù)和低速率的數(shù)據(jù)傳輸，特別適合于頻發(fā)小數(shù)據(jù)量的實(shí)時(shí)傳輸。

單片機(jī) GPRS無線網(wǎng)絡(luò) 通訊 數(shù)據(jù)采集

1 引言

近年來,通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是無線通信技術(shù)的發(fā)展,使得自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。GSM網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)后，技術(shù)人員很快把GSM模塊嵌入到各種儀表儀器中，如多功能電能表、故障測(cè)錄儀、抄表系統(tǒng)和用電負(fù)荷監(jiān)控等，從而使這些儀表儀器具有遠(yuǎn)程通信功能。GPRS是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù),支持TCP/IP協(xié)議，可以與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（Internet等）直接互通。GPRS無線傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，幾乎可以涵蓋所有的中低業(yè)務(wù)和低速率的數(shù)據(jù)傳輸，尤其適合突發(fā)的小流量數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。例如：在生產(chǎn)過程中，應(yīng)用這一系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)（如電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等物理量）進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本提供信息和手段；在科學(xué)研究中，應(yīng)用這一系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信號(hào)，是研究真實(shí)物理過程的有力工具。不論在哪個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集越及時(shí)，工作效率、性能價(jià)格比就越高，取得的經(jīng)濟(jì)效益就越好。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在日常的生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)境中人們進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的傳統(tǒng)手段一般是采取有線的方式，有線數(shù)據(jù)采集方式組網(wǎng)投資大、維護(hù)費(fèi)用高。本文介紹的是基于GPRS方網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

2.1 數(shù)據(jù)采集和無線傳輸系統(tǒng)構(gòu)成

利用芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集存儲(chǔ)。再將已經(jīng)存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)絡(luò)中的GPRS分組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。最后利用單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。GPRS終端通過接口取得數(shù)據(jù)，處理后的GPRS分組數(shù)據(jù)發(fā)送到GSM基站。分組數(shù)據(jù)經(jīng)封裝后，通過GPRS骨干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點(diǎn)進(jìn)行通信。對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，如Internet網(wǎng)絡(luò)。若分組數(shù)據(jù)是發(fā)送到另一個(gè)GPRS終端，則數(shù)據(jù)由GPRS骨干網(wǎng)發(fā)送，再發(fā)送到GPRS終端。

2.2 GPRS模塊的硬件設(shè)計(jì)

嵌入式GPRS無線通信模塊主要由嵌入TCP/IP的單片機(jī)、GPRS模塊、SIM卡座、外部接口和擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等部分組成。下圖1為GPRS通信原理圖。

圖1 GPRS通信系統(tǒng)原理框圖

單片機(jī)控制GPRS模塊接收和發(fā)送信息，通過串口和外部控制器（比如數(shù)據(jù)采集端）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。用軟件實(shí)現(xiàn)中斷，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

GPRS模塊登陸上GSM網(wǎng)絡(luò)后，自動(dòng)連接到數(shù)據(jù)中心，并保持和維護(hù)數(shù)據(jù)鏈路的連接。GPRS監(jiān)測(cè)鏈路的連接情況，一旦發(fā)生異常，GPRS模塊自動(dòng)重新建立鏈路，數(shù)據(jù)中心和GPRS模塊之間就可以通過I地址通過UDP/IP協(xié)議進(jìn)行雙向通信，實(shí)現(xiàn)透明的可靠數(shù)據(jù)傳輸。由于通過GPRS，中心監(jiān)控部分可以直接訪問互聯(lián)網(wǎng)，所以監(jiān)控部分并不需要再設(shè)置GPRS模塊。中心只需通過中心軟件幀聽網(wǎng)絡(luò)，接收GPRS無線模塊傳來的UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)，接收到的信息要保存到中心的數(shù)據(jù)庫中,以備查歷史記錄。

2.4 數(shù)據(jù)發(fā)送

數(shù)據(jù)以短消息的發(fā)送，發(fā)送短消息前要設(shè)置好短消息中心，在執(zhí)行指令和發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，如果沒有返回正確的確認(rèn)信息，將在提示出錯(cuò)后重新執(zhí)行這一步驟。

3 結(jié)束語

本文通過利用GPRS分組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)各需要采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集后的傳輸，大大降低了工業(yè)成本提高了效率。我們?cè)O(shè)計(jì)的這個(gè)系統(tǒng)能夠適用于很多大型的、生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。本文的重點(diǎn)是對(duì)于數(shù)據(jù)的無線傳輸，本文使用的GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、跳頻規(guī)則。因此，在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建GPRS系統(tǒng)時(shí)，GSM系統(tǒng)中的絕大部分部件都不需要作硬件改動(dòng)，只需作軟件升級(jí)，這給用戶使用帶來了極大的方便。有了GPRS，用戶的呼叫建立時(shí)間大大縮短，幾乎可以做到“永遠(yuǎn)在線”。在工程運(yùn)用中，如果管理人員不在辦公區(qū)，也能夠隨時(shí)獲得設(shè)備運(yùn)行或所處環(huán)境的變化狀況，為及時(shí)了解工況提供了極大的方便。對(duì)于電廠這種多變，且高負(fù)荷運(yùn)行的環(huán)境，及時(shí)了解發(fā)電設(shè)備的狀態(tài)特征也是很有必要的，無線傳輸模式為故障診斷，故障預(yù)測(cè)爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間。保證設(shè)備發(fā)揮最大的設(shè)計(jì)能力，制定合理的檢測(cè)維修制度，以便在允許的條件下充分挖掘設(shè)備潛力，延長(zhǎng)服役期限和使用壽命，降低設(shè)備全壽命周期費(fèi)用，保障企業(yè)的生產(chǎn)安全減少經(jīng)濟(jì)損失。GPRS的系統(tǒng)也有一定的缺點(diǎn)，例如，GPRS網(wǎng)不夠穩(wěn)定，有丟包的現(xiàn)象等。上述問題經(jīng)過精心設(shè)計(jì)是可以避免和解決的，所以基于GPRS的設(shè)計(jì)仍具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。總之，無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在現(xiàn)行的許多系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，通過不斷的理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，博采眾長(zhǎng)，不斷完善，在未來工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮積極作用。

[1]王愛明、李艾華.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004

[2]韓冰，李芬.GPRS技術(shù)在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用．2003．8

[3]何立民.按平臺(tái)模式設(shè)計(jì)的虛擬總線軟件包.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001

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