產品詳情：

　　GPRS無線數傳實現監測系統的遠程數據傳輸
　　數據傳輸是大壩安全監測、橋梁監測、水情測報等監測系統重要組成部分。隨著技術的進步和監測系統的發展，對數據傳輸也提出了更高的要求，原有的數據傳輸已不能滿足分布式、數據處理分析和網絡共享及移動性要求。
　　水利水電工程和巖土工程中常用監測系統的特點以及對數據傳輸系統的要求：
　　①測點分布比較分散，測點到監控中心的布線很困難；②各個測點的地理位置相距較遠，如天津、南京、廣州等，監測周期較長，每個測點設1個監控中心不太現實，成本較高，只能設1個監控中心；③監控中心可以移動，監測人員可以隨時隨地對各個測點進行數據采集和控制。
　　設計了基于GPRS數據傳輸的監測系統， 有如下特點：
　　①能夠較好地滿足監測系統的需求。
　　②對原有監測系統作增量升級，對原來的硬件和軟件不作改動，適用于現存監控系統的升級。
　　③適用范圍寬，可以應用于大壩安全監測、水情測報、污染源監測等領域。該系統已經在某橋梁監測系統中投入使用。
　　一、數據傳輸方式的選擇
　　目前大壩安全監測、橋梁監測、水情測報等監測系統的數據傳輸方式主要有有線和無線2種方式。
　　1.1有線數據傳輸方式
　　有線方式采用屏蔽雙絞線、光纖、公用電話線等作為傳輸介質，現存的監測系統應用非常廣泛，但也存在如下不足：①有些測點處在深山峽谷等地方，布線比較困難；②系統的測點比較分散時，布線難度也很大；③由于傳輸介質為有線介質，花費較多，運行管理也比較困難；④系統運行不靈活，監控中心只能在固定地點，通信距離不遠。
　　1.2無線數據傳輸方式
　　目前常用的無線方式主要分為2類：超短波無線電臺和公用移動網絡。
　　1.2.1超短波無線電臺
　　現存的監測系統應用非常廣泛，但也存在如下不足：①通信距離有限，一般用于30km內的數據傳輸；②通信速率不高，抗干擾能力不足；③測點和監控中心都要配置電臺，成本較高。
　　1.2.2 公用移動網絡
　　利用公網進行數據傳輸是監測系統發展的一個重要方向，以中國移動的網絡為例，利用公用移動網絡進行數據傳輸的方式有3種：短消息SMS、電路交換數據業務CSD模式、GPRS模式。
　　(1)短消息SMS
　　應用非常廣泛，但也存在如下不足：①通信延遲較長，無線信道容易發生擁塞；②一次傳輸的信息量有限，小于160個字節，當數據包大于160個字節時，要進行分組傳輸；③按短信息條數進行收費，花費較多；④測點和監控中心都要配置短消息數據傳輸模塊，成本較高。
　　(2)電路交換數據業務CSD模式
　　傳輸數據與電話通訊類似，現存的監測系統中應用的不多，存在如下不足：①費率是以使用時間的長短來計算，當測點和監控中心不在同一城市時，按長途收費，花費較多；②通信速率不高，一般為9600 bps；③測點和監控中心都要配置手機模塊，成本較高。
　　(3)GPRS模式
　　GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無線業務)是一種采用分組交換的高效率數據傳輸方式。每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又由多個用戶共享，資源被有效地利用，數據傳輸速率高達170 kbps，使用GPRS技術實現數據分組發送和接收，用戶永遠在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。其特點突出表現為：
　　①實時性強，由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，可很好地滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。
　　②測點布置靈活，GPRS網絡已經覆蓋絕大部分地區，基本不存在盲區，可實現大范圍的監測。
　　③監控中心可以靈活移動，只要能接人Internet，就可以對測點進行監控。
　　④一次傳輸的信息量可達1 024個字節。
　　⑤通信速率高，可達40 kbps。
　　⑥采用GPRS公網平臺，無需建設網絡，只需在測點安裝GPRS數據傳輸模塊，建設成本低。通過以上分析，結合監測系統的需求，選擇GPRS作為系統的數據傳輸方式。
　　二、基于GPRS的監測系統結構
　　基于GPRS的監測系統結構如圖2所示，由3個部分組成：數據采集單元MCU、GPRS數據傳輸系統、監控中心計算機。
　　2.1數據采集單元MCU
　　數據采集單元MCU的主要功能是：①在監控中心計算機的控制下完成各個傳感器的測量和測量數據的上傳；②自動定時測量各個傳感器，并把數據存在MCU中，等待監控中心計算機的讀取。
　　2.2監控中心計算機
　　監控中心計算機裝有數據采集軟件、數據庫、數據中心軟件、虛擬串口等其它支撐軟件，主要功能是：數據采集、數據存儲、過程線顯示、報表輸出等。監控中心計算機要能夠接人Internet。
　　2.3 GPRS數據傳輸系統
　　GPRS數據傳輸系統是監控計算機和數據采集單元MCU通信的橋梁。GPRS DTU采用成熟的商業產品，具有如下功能：
　　(1)內部集成TCP／IP協議棧
　　內部封裝了PPP撥號協議以及TCP／IP協議棧并且具有嵌入式操作系統，從硬件上，它可看作是嵌入式PC與無線GPRSMODEM的結合，它具備GPRS撥號上網以及TCP／IP數據通信的功能。
　　(2)串口數據透明傳輸功能
　　提供了串行通信接口，包括RS232，RS485等常用的串行通信方式，串口數據設計成“透明傳輸”的方式，即將串口上的原始數據轉換成TCP／IP數據包進行傳送，并把收到的TCP／IP數據包轉換成串口上的數據。可以和各種使用串口通信的MCU進行連接，不需要對MCU作改動，適用于現存監控系統的升級。
　　(3)支持自動心跳，保持永久在線
　　GPRS網絡的優點之一就是支持GPRS終端設備永久在線，GPRS DTU支持永久在線功能，包含了上電自動撥號、采用心跳包保持永久在線(當長時間沒有數據通信時，移動網關將斷開DTU與數據中心的連接，心跳包就是DTU與數據中心在連接被斷開之前發送1個小數據包，以保持連接不被斷開)、支持斷線自動重連、自動重撥號等。
　　2.4工作過程
　　2.4.1通信鏈路的建立
　　整個系統上電運行，啟動監控中心計算機中的相關軟件；GPRS DTU通過拔號接人GPRS網絡，獲得一個動態的IP地址，GPRS DTU接入GPRS網絡，GPRS DTU能過移動網關GGSN可以接人lnternet；GPRS DTU作為客戶端，以IP地址或域名方式與監控中心計算機的數據中心軟件(作為服務器)建立連接，到此通信鏈路建立完畢。
　　2.4.2數據傳輸過程
　　監控中心計算機發出遙測遙控命令，數據通過GPRS無線通信方式傳達到GPRS DTU； GPRS DTU通過RS485透明地將數據送給數據采集單元MCU； MCU解析指令執行控制命令，并把測量數據或應答回送給監控中心計算機，MCU返回的數據原路返回給監控中心計算機。
　　2.5與非GPRS的監測系統結構比較
　　系統更新所需的硬件改動：①添加GPRS DTU，GPRS DTU安裝的位置要有移動信號；②監控中心計算機要求能接人Intemet，通過Internet和MCU進行數據傳輸。
　　系統更新后的優點：①監控中心計算機和MCU之間不再線纜連接；②監控中心計算機不要求與MCU處在同一地理位置，只要能接人Internet，就能采集到數據，提高了系統的靈活性。
　　三、基于GPRS的監測系統軟件組成
　　3.1 MCU系統軟件
　　配合數據采集單元MCU的硬件完成各個傳感器的測量、測量數據的上傳等功能。
　　3.2 GPRS D FU系統軟件
　　內部封裝了PPP撥號協議以及TCP／IP協議，能夠完成：①撥號接入GPRS網絡；②通過監控中 心計算機的域名與監控中心計算機建立TCP連接，支持自動心跳，保持永久在線；③完成監控中心計算機與MCU之間數據的透明傳輸。
　　3.3動態域名解析客戶端軟件
　　用于確保GPRS DTU能夠和監控中心計算機通過域名建立TCP連接。無論監控中心計算機位于何處，只要能接人Internet，并且運行了動態域名解析客戶端軟件，GPRS DTU就能通過域名同建立監控中心計算機TCP連接。
　　3.4數據采集軟件
　　通過串口和MCU進行數據傳輸，完成數據采集、數據存儲、過程線顯示、報表輸出等。
　　3.5虛擬串口軟件
　　現存監測系統的監控中心計算機(數據采集軟件)大多使用串口與MCU進行數據傳輸。采用虛擬串口軟件就是為了不對數據采集軟件作任何改動，就可完成系統的升級。 虛擬串口軟件就是通過一個虛擬的串口驅動程序，在計算機上虛擬出若干個串口，虛擬出來的串口對于應用層來說就是真的有這些串口硬件一樣。
　　本機監聽端口和本機目標端口是UDP協議中的端口，本機目標端口不被虛擬串口軟件占用，它實際上就是數據中心軟件中的虛擬串口監聽端口，詳見本文3.6節數據中心軟件。虛擬串口軟件安裝運行后，本機就有了一個虛擬的串口——COMx，數據采集軟件對COMX進行操作，也就是對虛擬串口進行操作。數據采集軟件寫COMX時，數據就會寫到本機目標端口中，監聽本機目標端口的軟件(即本文3.6節數據中心軟件)就可以獲得該數據。當有應用程序(即本文3.6節數據中心軟件)往本機監聽端口中寫數據時，數據就會寫入虛擬串口COMX中，數據采集軟件讀COMX，就可以獲得該數據。
　　3.6數據中心軟件
　　數據中心軟件作為TCP連接的服務器端與GPRS DTU系統軟件中的TCP客戶端進行連接，并把MCU通過GPRS DTU傳來的測量數據通過虛擬串口傳到數據采集軟件，或者把數據采集軟件通過虛擬串口傳來的測量指令傳到GPRS DTU，進而傳到MCU。
　　DTU服務端口是用于和GPRS DTU建立TCP連接，用于數據中心軟件和GPRS DTU之間傳輸信息。
　　DTU和虛擬串口連接信息表用于存儲DTU和虛擬串口之間的連接信息，把某個DTU和某個虛擬串口連接起來，即某個DTU傳來的數據要寫到某個虛擬串口中去，從某個虛擬串口收到的數據要傳給某個DTU傳來。當整個系統中有2個GPRS DTU 時，就要建立2個虛擬串口，并且DTU和虛擬串口連接信息表中存儲2條信息。 虛擬串口監聽端口是UDP協議中的端口，用于接收虛擬串口傳來的數據(實質上是數據采集軟件寫到虛擬串口中的數據)，數據中心軟件根據DTU和虛擬串口連接信息表的連接信息把收到的數據通過TCP連接傳給相應的GPRS DTU，進而傳給MCU。
　　當DTU服務端口收到GPRS DTU傳來的數據(實質上是MCU傳給GPRS DTU的測量數據)時，數據中心軟件根據DTU和虛擬串口連接信息表的連接信息把收到的數據寫入相應虛擬串口中的本機監聽端口(見本文3.5節虛擬串口軟件)中，進而傳給數據采集軟件。
　　3.7與非GPRS的監測系統軟件組成比較
　　(1)增加GPRS DTU系統軟件，由于購買了商用DTU，這個軟件已經存在。
　　(2)增加動態域名解析客戶端軟件，這是為了提高系統的靈活性，而且存在免費的域名申請和動態域名解析服務，即使用收費的服務，成本也不高，另外如果監控中心計算機能有固定的IP地址，可以設置DTU直接使用IP地址同監控中心計算機建立TCP連接，不用增加動態域名解析客戶端軟件。
　　(3)增加虛擬串口軟件，這個軟件是為了不改動現存的數據采集軟件(該軟件使用串口與MCU進行數據傳輸)而增加的，而且存在免費的虛擬串口軟件，如果方便改動現存的數據采集軟件的話，不用增加虛擬串口軟件。
　　(4)增加數據中心軟件，借助商用DTU提供的API函數編寫這個軟件不算復雜，有的商用DTU廠家有可能會提供數據中心軟件，如果方便改動現存的數據采集軟件的話，可以把這個軟件的功能集成編寫在數據采集軟件中，不用增加中心軟件。
　　(5)對軟件系統所做的更新可以是針對現存的軟件系統的增量更新，適用于現存監控系統的升級。 系統更新后的好處不再贅述。
　　四、結 論
　　本文提出了一種基于無線公網GPRS網絡的監測系統，并詳細介紹了方案的設計與實現，已在某橋梁監測項目上運行。運行實踐表明該系統能夠較好滿足橋梁監測的需求，穩定可靠，靈活性好，設計和運行成本低。該方案也可以應用到大壩安全監測、水情測報等監測系統中，能夠方便地對現存系統進行升級改造。