GPRS 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

        1.引言

        隨著通信技術(shù)和信息處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，兩者的結(jié)合——遠程監(jiān)控系統(tǒng)已成為當前研究領(lǐng)域的一大熱點。遠程監(jiān)控系統(tǒng)是指在遠離被控對象的情況下，能夠及時獲知被控對象的工作狀況，必要時發(fā)出指令對其進行遙控的系統(tǒng)。遠程監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，使工作人員不需要到達現(xiàn)場，只要在監(jiān)控中心就能夠掌握全局，及時得到被控對象的詳細情況，迅速做出決策并有效地執(zhí)行。它大大提高了工作效率，節(jié)省了人力物力，也提高了系統(tǒng)對突發(fā)事件的應變能力，是各行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。遠程監(jiān)控系統(tǒng)的用途十分廣泛，在交通、電力、工農(nóng)業(yè)、水利遠程監(jiān)控、環(huán)保、建筑等行業(yè)已有大量的應用。

        隨著Internet技術(shù)的推廣和GPRS通信技術(shù)的發(fā)展，遠程監(jiān)控系統(tǒng)更緊密地與現(xiàn)代通信技術(shù)相互結(jié)合，更多地應用在工業(yè)企業(yè)中。

        2. GPRS技術(shù)的功能與特點

        GPRS是通用分組無線業(yè)務(GeneralPacket Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務。GPRS在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上增加一些硬件設(shè)備和軟件升級，形成一個新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實體。它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，采用IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提高了現(xiàn)有的GSM網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸速率，最高可達170kb/s。GPRS把分組交換技術(shù)引入現(xiàn)有GSM系統(tǒng)，使得移動通信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)合二為一，具有“快速傳送”、“永遠在線”、“價格低廉”等特點。

        GPRS是建立在GSM基礎(chǔ)上的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)上疊加了一個基于分組交換的無線接口，引入三種新的邏輯網(wǎng)絡(luò)實體：服務GPRS支持節(jié)點(SGSN)、網(wǎng)關(guān)GPRS 支持節(jié)點(GGSN)和分組控制單元(PCU)，同時配合軟件升級，目標是提供高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務。用分組交換來補充電路交換是對GSM技術(shù)的一個重要升級。分組交換的一大優(yōu)點是可以靈活分配網(wǎng)絡(luò)資源，僅在數(shù)據(jù)傳送時才使用無線信道，這樣多個用戶可以共享一條無線信道，大大提高資源利用率。GPRS的數(shù)據(jù)傳送使用業(yè)務信道，速率為9kbps～21.4kbps，如果一個用戶獨占8 個信道，總速率將超過170kbps，在實際中單個用戶可以同時使用1至3條信道，速率為幾十kbps。

        3.系統(tǒng)設(shè)計方案

        3.1總體設(shè)計思路

        本系統(tǒng)集GPRS無線通信技術(shù)、計算機監(jiān)控技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)于一體，構(gòu)建了一種基于GPRS技術(shù)的計算機遠程監(jiān)控系統(tǒng)平臺。

        系統(tǒng)分為監(jiān)控中心站和遠程監(jiān)控分站兩個部分：監(jiān)控中心站主要由監(jiān)控中心站服務器，企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)(Intranet)，數(shù)據(jù)庫服務器，顯示器等外圍設(shè)備組成;遠程監(jiān)控分站主要由MSP430F149單片機及外圍電路(液晶顯示、鍵盤功能、RS232通訊、A/D轉(zhuǎn)換)和GPRS無線通信模塊組成。

        GPRS模塊采用法國WAVECOM公司W(wǎng)ISMO2D模塊，此模塊為雙頻GSM模塊(GSM900/1800MH或GSM900/199MHz)，適合于手持蜂窩移動電話及其他無線通訊產(chǎn)品應用，其設(shè)計及開發(fā)符合ETSI GSM Phase2+標準。監(jiān)控中心采用APN方式與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。通信運營商為監(jiān)控中心分配內(nèi)部固定IP地址，由于APN專線可提供較高的帶寬，當監(jiān)控點的數(shù)量增加時，監(jiān)控中心不用擴充容量也可滿足需求。監(jiān)控中心站與遠程監(jiān)控分站之間通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無線遠程通信，實現(xiàn)了基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的遠程監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

        3.2監(jiān)控中心站硬件設(shè)計

        監(jiān)控中心站包括的主要硬件設(shè)備為：一臺作為監(jiān)控中心站服務器的工業(yè)計算機、企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)(Intranet)、數(shù)據(jù)庫服務器、顯示器、打印機等外圍設(shè)備。

        3.3遠程監(jiān)控分站硬件設(shè)計

        遠程監(jiān)控分站主要硬件包括單片機及其外圍電路和GPRS 無線通信塊WISMO2D。單片機采用美國TI公司生產(chǎn)的MSP430F149系列，根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)計了液晶顯示、鍵盤功能、RS232通訊、A/D轉(zhuǎn)換等幾個功單元。其中A/D轉(zhuǎn)換部分是完全由MSP430F149片內(nèi)集成模塊實現(xiàn)的。

        4.系統(tǒng)開發(fā)

        4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計

        系統(tǒng)中采用GPRS無線通信模塊WISMO2D實現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)通信，GPRS無線通信模塊WISMO2D通過AT命令來進行控制，數(shù)據(jù)傳輸采用通過Internet 網(wǎng)絡(luò)進行遠程傳輸兼容短消息方式傳輸。AT命令，Microsoft VC++6.0高級編程語言和IAR公司的Workbench開發(fā)環(huán)境是系統(tǒng)軟件設(shè)計的基礎(chǔ)。

        4.2監(jiān)控中心站軟件設(shè)計

        監(jiān)控中心站程序設(shè)計采用VC++ 6.0作為開發(fā)工具，其軟件包括監(jiān)測中心控制界面及初始化程序、數(shù)據(jù)包的收發(fā)程序，數(shù)據(jù)處理和保存程序。其中最重要的是監(jiān)控中心服務器與GPRS無線通信模塊WISMO2D之間的無線通信，它是實現(xiàn)數(shù)據(jù)包接收和發(fā)送的關(guān)鍵。VC++ 6.0提供了網(wǎng)絡(luò)端口通信控件Winsock，能夠方便的實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)端口的掃描和偵聽。通過設(shè)置一個固定不被計算機占用的端口作為通信端口，然后不斷的偵聽這個端口的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)端口中有數(shù)據(jù)包接受，那么開始把數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后接收，并且調(diào)用相關(guān)的中斷處理程序處理相應的數(shù)據(jù)。其程序流程圖如圖2所示。

        4.3遠程監(jiān)控分站軟件設(shè)計

        遠程監(jiān)控分站主要任務：通過A/D進行轉(zhuǎn)換并處理外圍傳感器采集的數(shù)據(jù);通過鍵盤按鍵觸發(fā)發(fā)送實時數(shù)據(jù)給監(jiān)控中心或管理人員;控制GPRS無線通信模塊WISMO2D接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包或者短消息。軟件設(shè)計采用模塊化編程，各功能模塊以子模塊形式出現(xiàn)，縮短了軟件開發(fā)時間，易于程序修改和移植。

        5.結(jié)束語

        本文提出的基于GPRS技術(shù)的計算機遠程監(jiān)控系統(tǒng)綜合運用了計算機技術(shù)、無線通信、圖形處理、數(shù)據(jù)庫、軟件開發(fā)等多種技術(shù)，實現(xiàn)了基于GPRS無線通信技術(shù)的計算機遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)。經(jīng)過實際應用表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了預期的設(shè)計目標，具有較好的實用價值。