太陽能供電GPRS無線數據傳輸系統的設計與實現

王娜

摘 要

隨著時代的發展，科技的進步，我國的無線通信技術也在不斷創新進步。傳輸數據的容量越來越大，速度越來越快，供電模式由傳統的電線供電發展為更加方便節能環保的太陽能供電，在自動化生產、監控技術、交通管理等部門得到了廣泛的應用。本文就太陽能供電GPRS無線數據傳輸系統進行了簡單的介紹。

【關鍵詞】太陽能 GPRS 數據傳輸 系統設計

GPRS是從GSM網絡中發展出的一種數據傳輸服務，與衛星通信服務相比更加廉價，同時也能基本滿足業務需要，被廣泛的應用到工業生產和工業測控的實時數據采集和傳輸當中。GPRS無線數據傳輸系統是一種非常好的遠程數據傳輸方式，傳輸速度快、安全性高、成本低、覆蓋面廣，同時用戶可以直接使用現有的網絡，不用自己建設，也不需要鋪設網絡線路，大大節省了開發費用。無線數據傳輸系統包括三個功能模塊：供電模塊、無線通信和數據采集。傳統供電方式需要鋪設供電線路，改用太陽能供電后，供電成本得到了有效降低。

1 GPRS無線數據傳輸系統的總體設計

GPRS無線數據傳輸系統可應用到很多領域，下文我們以某河道的水位監測遠程監控為例，對GPRS無線數據傳輸系統進行分析設計。

1.1 系統功能分析

河道水位監測的特點是單個監測點數據量小、監測點數目多、實時性要求低、監測點較為分散，若是采用基本的人工監測，會耗費大量的人力物力，但工作成果卻是有限的。隨著科技的發展，我們將網絡通信技術引入，采用太陽能供電GPRS無線數據傳輸系統進行實時監測，將現場采集到的監控數據利用無線網絡傳輸到監控中心，有效降低了監控成本，并為后期的數據分析工作打下了良好的基礎。具體的系統功能要求包括：

太陽能供電功能，以太陽能電池為主，并配備蓄電池裝置，防止連續陰天時太陽能電池無法供電；數據采集功能，該系統要在規定的時間進行數據采集，按事先定好的程序處理后存儲在內存中，等待傳輸；無線數據傳輸功能，采用GPRS無線數據通信技術將采集好的數據傳輸到監控中心；數據存儲功能，終端的數據存儲器要將一周之內測得的數據按照時間保存好；參數設置顯示功能，能夠顯示該系統的現時工作狀態，并能根據實際狀況調整參數；自動報警功能，當檢測數據超出了警戒范圍或供電電壓不足時，該系統要能向監控中心報警；終端管理功能，監控中心可以對現場監控設備遠程調整工作參數和數據采集時間。

1.2 系統總體架構

針對河道水位監測的系統設計按照功能劃分可以分為：電源供應層，太陽能供電；采用現場傳感器進行采集的數據采集層；利用GPRS無線設備進行數據傳輸的傳輸層；利用GPRS構建的網絡通信層；上位機應用層，指的是監控中心。系統的網絡架構是整個系統設計中最為重要的部分之一，我們要根據網絡架構設計組建系統、設計通信協議和系統數據采集終端的軟硬件。

1.3 GPRS網絡結構分析

GPRS網絡是在已有的GSM網絡基礎上構建的，引入了三個組件，GGSN、SGSN和PCU。這些組件可以幫助用戶分組發送接收數據，以MS代表移動臺、BSS代表基站子系統、Um代表無線空中接口、SGSN用于處理數據交互、GGSN用于連接GPRS網絡和外部網，介紹GPRS網絡是如何工作的。

首先，MS利用無線通信連接GPRS蜂窩電話，隨后GPRS蜂窩電話連接GSM基站，將數據分組傳送給SGSN，數據處理后，若是歸于內部網，則傳送回MS，若是需要傳送給外網的，則將數據傳送給GGSN。若是數據最開始就是外部網絡傳輸過來的，則由GGSN傳送給SGSN進行判斷，是否輸送給相應的MS。

2 太陽能供電模塊設計

2.1 太陽能供電模塊的基本組成

太陽能電池在設計時要考慮到太陽能的特性，非連續性供應能源且強弱程度沒有規律，采用將收集到的不穩定電能轉化為蓄電池儲存電能，再由蓄電池進行供電。供電模塊可以分為四個部分：電池板、充放電控制電路、蓄電池、電源調理電路。

太陽能電池板是GPRS無線數據傳輸系統的能量源，由多個單元串并聯而得，能夠將不穩定太陽能轉化為不穩定電能；

充放電控制電路的功能是將不穩定的電能轉化儲蓄電能，其運行的狀態控制著整個太陽能供電模塊的狀態；

蓄電池除了儲存電能以外，還要在陰天沒有太陽的時候承擔起供電的任務，向負載提供電力，一般采用酸鉛蓄電池；

電源調理電路的功能是調節輸出電壓，為負載提供穩定的輸出電壓。

2.2 太陽能電池的輸出特性

太陽能電池是非線性的電子元件，通過實驗研究可知，太陽能的輸出會受到日照強度和溫度的影響。隨著日照強度的增強，輸出短路電流和最大功率也會顯著上升；隨著溫度的升高，開路電壓成下降趨勢；總體的輸出功率隨著日照強的增強而升高，隨著溫度的上升而減小。

2.3 鉛酸蓄電池的充電控制

鉛酸蓄電池的充電方式有：恒流法、恒壓法、二階段法、三階段法。

恒流法控制簡單但是利用率較低，且會析出過多的氣體；恒壓法充電時間短而且效率較高，但是充電初期的充電電流有可能會給電池造成損傷，而且選擇充電電壓時若是沒選合適的電壓會浪費很多時間；二階段法能夠克服以上兩種方法的一定缺點，先采用恒流法直到電壓滿足規定的電壓值，改為恒壓法，這種方式能夠有效保護電池，析出氣體較少；三階段法指的是在二階段法之后繼續進行微小電流充電，補充自放電引起的電量損失，又叫浮充。

3 結語

本文以河道水位監測為例，對太陽能供電的GPRS無線數據傳輸系統設計進行了介紹，說明該系統在實際應用中的可行性很高，適合大范圍推廣。

參考文獻

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[3]王修強，周新志.基于GPRS無線數據傳輸系統的設計與實現[J].中國新通信，2010（09）.

作者單位

河北省廊坊開發區東之喬通信工程有限公司 河北省廊坊市 065000