無線數據采集系統設計

王勇

林芝市質量技術監督局

無線數據采集系統設計

王勇

林芝市質量技術監督局

本文介紹了一種利用現有的GPRS網絡資源，發揮其網絡覆蓋率高，傳輸特性好等優勢，為數據采集系統提供一種便利的無線數據采集傳輸方式。GPRS是在現有GSM系統上發展出來的一種新的數據承載業務,支持TCP/IP協議，可以與分組數據網直接互通。而且它具有驚人迅速、永遠在線、流量計費等特點，在遠程突發性數據實時傳輸中有不可比擬的優勢。GPRS無線傳輸系統的應用范圍非常廣泛，幾乎可以涵蓋所有的中低業務和低速率的數據傳輸，特別適合于頻發小數據量的實時傳輸。

單片機 GPRS無線網絡 通訊 數據采集

1 引言

近年來,通信技術和網絡技術的迅速發展,特別是無線通信技術的發展,使得自動化程度進一步提高。GSM網絡出現后，技術人員很快把GSM模塊嵌入到各種儀表儀器中，如多功能電能表、故障測錄儀、抄表系統和用電負荷監控等，從而使這些儀表儀器具有遠程通信功能。GPRS是在現有GSM系統上發展出來的一種新的數據承載業務,支持TCP/IP協議，可以與分組數據網（Internet等）直接互通。GPRS無線傳輸系統的應用范圍非常廣泛，幾乎可以涵蓋所有的中低業務和低速率的數據傳輸，尤其適合突發的小流量數據傳輸業務。例如：在生產過程中，應用這一系統可對生產現場的工藝參數（如電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等物理量）進行采集、監視和記錄，為提高產品質量、降低生產成本提供信息和手段；在科學研究中，應用這一系統可獲得大量的動態信號，是研究真實物理過程的有力工具。不論在哪個應用領域，數據采集越及時，工作效率、性能價格比就越高，取得的經濟效益就越好。

2 系統設計

在日常的生產實踐環境中人們進行數據采集的傳統手段一般是采取有線的方式，有線數據采集方式組網投資大、維護費用高。本文介紹的是基于GPRS方網絡進行無線數據采集系統設計：

2.1 數據采集和無線傳輸系統構成

利用芯片對數據進行采集存儲。再將已經存儲采集的數據通過GSM網絡中的GPRS分組數據采集系統進行數據傳輸。最后利用單片機對信號進行處理。GPRS終端通過接口取得數據，處理后的GPRS分組數據發送到GSM基站。分組數據經封裝后，通過GPRS骨干網與網關支持接點進行通信。對分組數據進行相應的處理，再發送到目的網絡，如Internet網絡。若分組數據是發送到另一個GPRS終端，則數據由GPRS骨干網發送，再發送到GPRS終端。

2.2 GPRS模塊的硬件設計

嵌入式GPRS無線通信模塊主要由嵌入TCP/IP的單片機、GPRS模塊、SIM卡座、外部接口和擴展數據存儲器等部分組成。下圖1為GPRS通信原理圖。

圖1 GPRS通信系統原理框圖

單片機控制GPRS模塊接收和發送信息，通過串口和外部控制器（比如數據采集端）進行數據通信。用軟件實現中斷，完成數據的轉發。

2.3 數據處理

GPRS模塊登陸上GSM網絡后，自動連接到數據中心，并保持和維護數據鏈路的連接。GPRS監測鏈路的連接情況，一旦發生異常，GPRS模塊自動重新建立鏈路，數據中心和GPRS模塊之間就可以通過I地址通過UDP/IP協議進行雙向通信，實現透明的可靠數據傳輸。由于通過GPRS，中心監控部分可以直接訪問互聯網，所以監控部分并不需要再設置GPRS模塊。中心只需通過中心軟件幀聽網絡，接收GPRS無線模塊傳來的UDP協議的數據，接收到的信息要保存到中心的數據庫中,以備查歷史記錄。

2.4 數據發送

數據以短消息的發送，發送短消息前要設置好短消息中心，在執行指令和發送數據時，如果沒有返回正確的確認信息，將在提示出錯后重新執行這一步驟。

3 結束語

本文通過利用GPRS分組數據采集系統對各需要采集的數據進行采集后的傳輸，大大降低了工業成本提高了效率。我們設計的這個系統能夠適用于很多大型的、生產作業環境復雜的作業現場。本文的重點是對于數據的無線傳輸，本文使用的GPRS無線數據傳輸系統采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發結構、無線調制標準、跳頻規則。因此，在GSM系統的基礎上構建GPRS系統時，GSM系統中的絕大部分部件都不需要作硬件改動，只需作軟件升級，這給用戶使用帶來了極大的方便。有了GPRS，用戶的呼叫建立時間大大縮短，幾乎可以做到“永遠在線”。在工程運用中，如果管理人員不在辦公區，也能夠隨時獲得設備運行或所處環境的變化狀況，為及時了解工況提供了極大的方便。對于電廠這種多變，且高負荷運行的環境，及時了解發電設備的狀態特征也是很有必要的，無線傳輸模式為故障診斷，故障預測爭取了寶貴的時間。保證設備發揮最大的設計能力，制定合理的檢測維修制度，以便在允許的條件下充分挖掘設備潛力，延長服役期限和使用壽命，降低設備全壽命周期費用，保障企業的生產安全減少經濟損失。GPRS的系統也有一定的缺點，例如，GPRS網不夠穩定，有丟包的現象等。上述問題經過精心設計是可以避免和解決的，所以基于GPRS的設計仍具有無可比擬的優勢。總之，無線數據采集系統在現行的許多系統有著廣泛的應用，通過不斷的理論研究和實踐經驗總結，博采眾長，不斷完善，在未來工業領域發揮積極作用。

[1]王愛明、李艾華.單片機與嵌入式系統應用，北京：機械工業出版社，2004

[2]韓冰，李芬.GPRS技術在數據采集與監控系統中的應用．2003．8

[3]何立民.按平臺模式設計的虛擬總線軟件包.單片機與嵌入式系統應用，2001

TP274.2

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