基樁動測實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要： 在基樁檢測領(lǐng)域，越來越多的地區(qū)開始把檢測數(shù)據(jù)實時傳輸作為監(jiān)督檢測質(zhì)量的一種手段，因此，傳輸系統(tǒng)的設(shè)計則成為該手段實施的關(guān)鍵技術(shù)。為了實現(xiàn)這一監(jiān)督方式，設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于基樁動測儀的數(shù)據(jù)實時傳輸系統(tǒng)。檢測現(xiàn)場部分將現(xiàn)有BETC?C6A基樁動測儀改進，使其具有無線發(fā)送功能，通過彩信的方式將檢測數(shù)據(jù)文件直接上傳到數(shù)據(jù)中心PC；數(shù)據(jù)中心PC配有用于接收彩信的數(shù)據(jù)接收節(jié)點，由PC機軟件系統(tǒng)控制彩信的接收、下載以及用戶數(shù)據(jù)文件的維護。

關(guān)鍵詞： 彩信； GPRS； 基樁動測儀； 數(shù)據(jù)傳輸

中圖分類號： TN919.6?34 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）11?0050?03

0 引 言

目前，國內(nèi)在建筑施工、建材檢測等領(lǐng)域已有不少地市開始嘗試檢測數(shù)據(jù)的實時傳輸[1?2]，但是這些應(yīng)用都基于現(xiàn)有以太網(wǎng)絡(luò)，存在現(xiàn)場布線困難、維護成本高、位置固定隨時調(diào)整困難等缺點。

基樁檢測作為建筑檢測領(lǐng)域中的重要環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)的實時傳輸不可避免，今后實時數(shù)據(jù)傳輸可能作為一種基本功能也將出現(xiàn)在基樁檢測儀器當(dāng)中。本文設(shè)計并實現(xiàn)了基于基樁動測儀BETC?C6A的檢測數(shù)據(jù)實時上傳系統(tǒng)，采用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)文件以彩信附件的形式直接上傳到數(shù)據(jù)中心。該系統(tǒng)主要由具有彩信發(fā)送功能的基樁動測儀、數(shù)據(jù)接收節(jié)點以及位于數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)接收管理軟件等部分組成。

1 系統(tǒng)組成

基樁檢測現(xiàn)場環(huán)境往往比較惡劣，不具有鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)電纜進行傳輸?shù)臈l件，而且基樁檢測時針對某樁的檢測時間往往也就幾分鐘到十幾分鐘的時間，檢測完畢后需移至另一處，因此無線技術(shù)是基樁檢測現(xiàn)場實時上傳技術(shù)最佳選擇。數(shù)據(jù)實時上傳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，該系統(tǒng)可分為：在檢測現(xiàn)場的基樁動測儀以及遠端的數(shù)據(jù)中心。

（1）檢測現(xiàn)場基樁動測儀需具有遠程無線發(fā)送功能。為此，需對現(xiàn)有中國建筑科學(xué)研究院研發(fā)的BETC?C6A基樁動測儀進行升級，增加彩信模塊使其具有數(shù)據(jù)遠程傳輸功能。這樣就需要設(shè)計內(nèi)嵌入基樁動測儀的彩信模塊，同時需要在現(xiàn)有動測儀軟件平臺的基礎(chǔ)上編寫文件發(fā)送軟件；

（2）數(shù)據(jù)中心需要有用于接收彩信的無線數(shù)據(jù)接收節(jié)點（BETC?RF），同時設(shè)計數(shù)據(jù)中心用于接收以及管理彩信的軟件系統(tǒng)。

2 檢測現(xiàn)場部分設(shè)計

2.1 BETC?C6A基樁動測儀

BETC?C6A基樁動測儀（見圖2）是中國建筑科學(xué)研究院新一代產(chǎn)品，其分析系統(tǒng)集高﹑低應(yīng)變動測于一體，用于檢測判定基樁的軸向抗壓承載力和樁身結(jié)構(gòu)完整性，監(jiān)測打樁拉壓應(yīng)力及工藝參數(shù)。系統(tǒng)功能和硬件指標(biāo)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ106?2003和建筑工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《基樁動測儀》JGJ/T3055?1999。獨創(chuàng)的高應(yīng)變自由落錘安裝加速度計的測力方式（已獲得國家發(fā)明專利，專利號：200710122947X），極大提高了采集信號的準(zhǔn)確性和真實性，降低了現(xiàn)場勞動強度，使檢測效率提高3倍以上 [3] 。

2.2 用于BETC?C6A的彩信模塊

現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展使得有多種形式（短信、彩信、3G等）可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時無線傳輸，針對不同的應(yīng)用環(huán)境可以使用不同的傳輸方式。如豎向抗壓靜載實驗根據(jù)規(guī)范要求：每級荷載施加后按5 min，15 min，30 min，45 min，60 min測讀，以后每隔30 min測讀一次[4]。該實驗數(shù)據(jù)量相對較少、采樣時間間隔長，故可以采用短信的方式。3G方式適合大量數(shù)據(jù)連續(xù)采集而且數(shù)據(jù)中心要求的實時性強（如振動實時監(jiān)測），然而這就要求數(shù)據(jù)中心具有固定IP地址或者域名。低、高應(yīng)變等儀器一般都會有幾KB到幾十KB不等的數(shù)據(jù)文件生成，而且數(shù)據(jù)中心實時性要求不強，故可以采用彩信的方式。

為了使得BETC?C6A具有無線數(shù)據(jù)傳輸功能，設(shè)計了嵌入基樁動測儀內(nèi)部的彩信模塊。本設(shè)計使用了Quectel公司出品的M20模塊，其內(nèi)嵌有強大的彩信協(xié)議，可以通過AT指令對其進行控制從而發(fā)送彩信。基樁動測儀內(nèi)部使用基于PC104的控制平臺，其與M20模塊通過標(biāo)準(zhǔn)串口連接。控制平臺發(fā)送AT指令對彩信模塊進行控制，將檢測生成的數(shù)據(jù)文件進行發(fā)送[5]。

3 數(shù)據(jù)中心設(shè)計

3.1 硬件設(shè)計

在數(shù)據(jù)中心的PC需要配接數(shù)據(jù)接收節(jié)點（BETC_RF）來接收數(shù)據(jù)彩信，設(shè)計完成的數(shù)據(jù)接收節(jié)點如圖3所示。PC通過USB總線發(fā)送AT命令控制該節(jié)點查詢、下載和讀取彩信。由于USB提供的驅(qū)動電流有限，而無線模塊接收瞬間可能會有1.8 A沖擊電流[6]，故不采用USB總線供電的方式，而設(shè)計內(nèi)置鋰電池，同時設(shè)計4個LED進行電量的實時顯示。

3.2 軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)中心管理軟件主要有以下功能：

（1）發(fā)送AT指令并對返回的信息進行處理；

（2）建立后臺數(shù)據(jù)庫，記錄數(shù)據(jù)文件，并對用戶信息和數(shù)據(jù)文件進行分類管理；

（3）兼容多種數(shù)據(jù)格式文件，可以自由導(dǎo)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件；

（4）接收節(jié)點中彩信文件的管理。

由于PC與數(shù)據(jù)接收節(jié)點是通過AT指令的方式進行交互[7?8]，在當(dāng)前指令沒有返回前無法對后續(xù)指令操作。故需開啟獨立的通信線程單獨控制，建立AT指令發(fā)送列表。

彩信接收的流程主要由以下步驟組成：

（1）收到彩信通知：“+QMMNOTIFY：3，？，0”表示模塊收到運營商服務(wù)器的彩信？到達通知。也可以通過發(fā)送AT+QMMRM=1來查詢是否存在有未下載的彩信。

（2）根據(jù)用戶要求從移動服務(wù)器下載彩信：發(fā)送AT+QMMRM=1后返回彩信列表，用戶可以根據(jù)要求啟動相應(yīng)彩信的下載。

（3）導(dǎo)出彩信文件：下載完成后，彩信文件存儲于數(shù)據(jù)接收節(jié)點內(nèi)部，需要通過AT指令將其讀取至數(shù)據(jù)中心。

（4）刪除彩信文件：導(dǎo)入彩信文件后，彩信模塊內(nèi)的該彩信就應(yīng)該及時刪除留出空間用于下載另一條彩信。

主要的AT指令有以下幾條[9]：

（1）“AT+QMMRM=1”：列出當(dāng)前數(shù)據(jù)接收節(jié)點中彩信的情況。數(shù)據(jù)接收節(jié)點返回：

+QMMRM：1， \"+8618701017736\"，0，\" 06/19/2012\"， \"05：54：49\"，20222

其中：1為數(shù)據(jù)節(jié)點中彩信的序號；0表示彩信沒有下載，如果該位為1表示彩信已經(jīng)下載；\"06/19/2012\"，\"05：54：49\"分別為彩信發(fā)送的日期和時間，是格林威治時間，需要加8 h換算為北京時間。

（2）AT+QMMRECV=？，1：其中，\"？\"為彩信的索引號，1表示啟動下載，模塊返回”O(jiān)K”，但這并不表示彩信下載完畢。需等到模塊返回：+QMMNOTIFY：2，？，0才表示彩信下載完成。在接收過程中等待時間較長，此時盡量不發(fā)送AT指令。此期間如果出現(xiàn)失去網(wǎng)絡(luò)信號等故障，模塊會在等待80 s左右的時間回復(fù)“+CME ERROR：3907”。此時檢查網(wǎng)路信號確定故障原因。

（3）AT+QMMRR=4，？，1：獲取彩信“？”的標(biāo)題。返回內(nèi)容為：+QMMRR： 4，\"ASCII\"，\"201201\"，“201201”為標(biāo)題內(nèi)容。

（4）AT+QMMRR=5，？，0：獲取彩信“？”中包括文件的信息。返回：

+QMMRR： 5，2，\"17?14.1\"，\"UTF8\"，2097

（5）AT+QMMRR=6，？，2：獲取彩信“？”附件2的內(nèi)容。發(fā)送該指令后模塊返回CONNECT后，緊跟本文件的內(nèi)容，以“+MMRR： 6，字節(jié)數(shù)，校驗碼＼r＼n＼r＼nOK＼r＼n”結(jié)束文件的傳輸。

（6）AT+QMMRM=0， \"？\"：刪除彩信“？”。彩信模塊的存儲空間劃分為20個區(qū)域，即模塊總計可以接收20條彩信。當(dāng)達到20條時，系統(tǒng)提示：

+QMMNOTIFY：1，1，0，此時應(yīng)立即下載并刪除彩信，留出下一條彩信的空間。

數(shù)據(jù)中心管理軟件界面如圖4所示，左側(cè)為檢測工作組列表，該列表中顯示目前備案的各個檢測單位。雙擊檢測單位，彈出該單位名下的備案儀器列表。雙擊儀器列表可彈出該儀器已上傳的文件目錄。

記錄文件信息如圖4所示，采用SQLite作為記錄數(shù)據(jù)庫，SQLite是一款輕型的數(shù)據(jù)庫，同樣比起Mysql、PostgreSQL這兩款開源世界著名的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來講，它的處理速度比它們都快[10?11]。為了兼容其他數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)接收及管理軟件只記錄文件的基本信息，以及保存路徑。數(shù)據(jù)文件的處理還需要各個專門處理軟件。

點擊【彩信管理】按鈕彈出“彩信接收列表”，如圖5所示，該列表顯示當(dāng)前接收節(jié)點記錄的信息，點擊【下載】按鈕即開始下載彩信文件。下載完成后該按鈕就不可顯示。點擊【顯示文件】按鈕，顯示該彩信包含的所有文件的列表以及彩信的標(biāo)題。在點擊【導(dǎo)出文件】即可將數(shù)據(jù)文件導(dǎo)出，同時自動將文件信息記錄在對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。由于數(shù)據(jù)接收節(jié)點內(nèi)部存儲空間有限，最多只能存儲20條彩信，故當(dāng)點擊【全部導(dǎo)出】后自動刪除數(shù)據(jù)接收節(jié)點的彩信。

經(jīng)測試，在信號強度為：+CSQ：23，0條件下，每條彩信綁定14個數(shù)據(jù)文件，共計28 KB，發(fā)送完畢共計耗時約為70 s。

4 結(jié) 語

本文闡述了基樁動測數(shù)據(jù)實時傳輸系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，根據(jù)基樁檢測現(xiàn)場環(huán)境以及動測數(shù)據(jù)文件的特點，設(shè)計了采用彩信作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑瑥亩苊饬爽F(xiàn)場鋪設(shè)電纜的問題，同時也避免數(shù)據(jù)中心申請域名或IP等繁瑣的流程。實現(xiàn)了檢測監(jiān)督機構(gòu)對現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)的實時掌控，保證數(shù)據(jù)真實性、可靠性。

參考文獻

[1] 張陳，張欣，康立中，魏秀軍，等.建材檢測管理遠程信息網(wǎng)的開發(fā)與實現(xiàn)[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2011（4）：367?369.

[2] 英自昱，岳磊，劉滿玲.淺談臨沂市建筑施工現(xiàn)場遠程監(jiān)控和指揮平臺建設(shè)[J].中國建設(shè)信息，2012（24）：60?63.

[3] 中國建筑科學(xué)研究院.BETC?C6A基樁動測儀[EB/OL].[2011?02?01].http：//www.cabr?test.com/showproduct.asp？smallClassID=137id=163.

[4] 中華人民共和國建設(shè)部. JGJ 106?2003建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[5] 張志勇，李亮.基于PC104總線技術(shù)和EVC軟件平臺的分布式測試系統(tǒng)開發(fā)[J].工業(yè)控制計算機，2011（10）：3?5.

[6] 上海移遠通信技術(shù)有限公司. M20 quectel cellular engine hardware design [EB/OL]. [2010?05?01].http：//www. quectel.com/cn.

[7] 劉清華，鄒小金.基于AT指令的遠程監(jiān)控與采集系統(tǒng)的設(shè)計[J].微計算機信息，2012（9）：375?377.

[8] 徐進強.BENQ?M23 GSM/GPRS模塊在遠程智能家居控制中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（18）：41?43.

[9] 上海移遠通信技術(shù)有限公司.GMS模塊MMS命令應(yīng)用指導(dǎo)[EB/OL].[2011?07?01].http：//www.quectel.com/cn/product.aspx？id=48.

[10] 戴昱，黃德才.SQLite的SQL語句高速緩存技術(shù)[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用，2012（1）：183?186.

[11] 莊宗輝，薛毓強，連瑞紅.嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30（8）：62?64.