基于GPRS的遠程高塔監(jiān)測系統(tǒng)的研究

周娜　田躍　張波

摘要：通信塔、電塔、高層建筑可以統(tǒng)稱為高塔，由于高塔通常分布在室外，且長期工作在全天候環(huán)境下，容易受到惡劣天氣的影響，導(dǎo)致高塔發(fā)生水平位移、垂直度、扭曲度和構(gòu)建形變等物理狀態(tài)改變，因此高塔的狀態(tài)監(jiān)測是人們都非常關(guān)注的問題。本系統(tǒng)是采用基于51單片機的高精度的角度傳感器來監(jiān)測高塔的角度數(shù)據(jù)并定時發(fā)送高塔傾斜的角度信息，選用GPRS技術(shù)進行數(shù)據(jù)的遠程傳輸。GPRS網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高、永遠在線和付費少等優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制以及遠程監(jiān)測等領(lǐng)域。上位機數(shù)據(jù)接收端程序使用的軟件工具是VS2010，是應(yīng)用C++編寫的基于基礎(chǔ)類庫MFC的網(wǎng)絡(luò)編程。

關(guān)鍵詞：高塔監(jiān)測 單片機 角度傳感器 GPRS 遠程傳輸

中圖分類號：TP39 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0122-01

1 引言

目前，全國在用的高塔數(shù)目非常龐大，但是由于氣候、環(huán)境、維護等方面的原因，會發(fā)生一些高塔的安全事故，造成一些重大的人員傷亡與財產(chǎn)損失，以及比較惡劣的社會影響。這些高塔安全使用的可靠性并不是固定不變的，隨著通信塔，電塔等結(jié)構(gòu)服役時間的增加，結(jié)構(gòu)受到氣候條件的變化，環(huán)境侵蝕、物理作用或者其他外界因素的影響，塔身在制造、安裝過程中的偏差以及使用過程中的老化等等會引起結(jié)構(gòu)受到損傷和變形，甚至遭到破壞，因此高塔的狀態(tài)監(jiān)測是人們都非常關(guān)注的問題，尤其在有惡劣的氣候環(huán)境條件下，工作人員無法到現(xiàn)場對高塔進行必要的檢查，而高塔塔身傾斜度是高塔是否安全服役的重要指標(biāo)，為此只有開發(fā)研究對高塔傾斜度的遠程監(jiān)測，以最大程度來保證高塔的安全運行。本文將介紹對高塔傾斜度在線遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計。

2 GPRS技術(shù)

GPRS（General Packet Radio Service），中文名稱是通用分組無線服務(wù)技術(shù)，可以實現(xiàn)移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講，GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，以“分組”的形式傳送數(shù)據(jù)到用戶手上。雖然GPRS是作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動通信演變的過渡技術(shù)，但是它在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢。相對于GSM的 9.6kbps 的訪問速度而言，GPRS擁有171.2kbps的訪問速度；在連接建立時間方面，GSM需要10.30秒，而GPRS只需要極短的時間就可以訪問到相關(guān)請求；而對于費用而言，GSM是按連接時間計費的，而GPRS只需要按流量計費；GPRS對于網(wǎng)絡(luò)資源的利用率也遠遠高于GSM。GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)的和頻繁的、少量的工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大量數(shù)據(jù)傳輸。因此采用GPRS技術(shù)的數(shù)據(jù)終端平臺在工業(yè)監(jiān)測、交通監(jiān)控、移動辦公等行業(yè)中具有無可比擬的性價比優(yōu)勢。

3 系統(tǒng)設(shè)計方案

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集的角度傳感器采用的單片機是C8051F350，這個器件是集成的系統(tǒng)型的MCU，采取的是高速的CIP-51內(nèi)核，速度可以達到50MIPS，有四個通用的十六位定時器和看門狗定時器的功能，有24/16位的差分的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和兩個八位的以電流輸出的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。

單片機的通信協(xié)議是：波特率為9600bit/s，RS485通訊接口； 幀格式是八個數(shù)據(jù)位，一個停止位，無校驗；數(shù)據(jù)格式共6個字節(jié)，分為起始字節(jié)（0xAA）+數(shù)據(jù)兩字節(jié)（X軸）+數(shù)據(jù)兩字節(jié)（Y軸）+結(jié)束字節(jié)（0xFF），數(shù)據(jù)含義是第一字節(jié)為起始標(biāo)志0xAA，第二、第三字節(jié)為X軸傾斜角數(shù)據(jù)字節(jié)，第四、第五字節(jié)為Y軸傾斜角數(shù)據(jù)字節(jié)，第六字節(jié)為結(jié)束字節(jié)0xFF。傳感器采用連續(xù)采集、連續(xù)發(fā)送的工作模式。亦可以協(xié)議采用給出指令查詢方式進行數(shù)據(jù)傳輸與交換。如果是一維傾角傳感器，第四、五字節(jié)和第二、三字節(jié)完全一樣，即X軸數(shù)據(jù)發(fā)送兩遍。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸模塊

GPRS模塊是數(shù)據(jù)傳輸模塊，我們采用的是SIMCOM公司的SIM900A模塊來實現(xiàn)這個功能，SIM900A模塊的特點是一個2頻的GSM/GPRS模塊，工作頻段是900/1800MHZ。SIM900A模塊可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS（短信，不支持彩信）、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸，在睡眠模式下的最低耗流只有1mA。本文是利用單片機控制SIM900A模塊來完成數(shù)據(jù)的傳輸功能。這種方式是通過硬件系統(tǒng)的接口，編寫單片機程序驅(qū)動SIM900A模塊，即通過單片機發(fā)送AT指令和傳感器采集到的角度數(shù)據(jù)來驅(qū)動SIM900A模塊，使模塊處于連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的模式。

3.3 上位機軟件設(shè)計

接收數(shù)據(jù)的服務(wù)器端必須和在終端的GPRS模塊經(jīng)Intenet連接起來，才能構(gòu)成一個完整的遠程的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)的不斷進步，有越來越多的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)都采用的是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開放的客戶機/服務(wù)器（C/S）網(wǎng)絡(luò)模式。本文采用的就是在WinSock基礎(chǔ)上編程的客戶機/服務(wù)器模式，GPRS模塊相當(dāng)于是客戶端，上位機編寫的軟件相當(dāng)于服務(wù)器端，服務(wù)器一直等待著客戶機的連接請求，服務(wù)器收到請求后會做出一定的處理，并返回結(jié)果。

4 結(jié)語

這篇文章主要是在分析了無線遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上深入研究了GPRS技術(shù)的特點和在實際中的應(yīng)用。由于GPRS技術(shù)在數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)膽?yīng)用方面優(yōu)點顯著，所以隨著科學(xué)技術(shù)和電子科技的不斷發(fā)展，基于GPRS模塊的應(yīng)用成本會逐漸降低，通訊過程中數(shù)據(jù)的傳輸會越來越可靠，所以將來會有更好的應(yīng)用發(fā)展。

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