基于GPRS_GSM的低功耗无线远程测控终端设计

ISSN 1000-0054CN 11-2223/N

清华大学学报(自然科学版)J T singh ua Un iv (Sci &Tech ),2009年第49卷第2期

2009,V o l.49,N o.217/38

223-225,231

基于GPRS /GSM 的低功耗无线远程测控终端设计

陈　琦,　丁天怀,　李　成,　王　鹏

(清华大学精密仪器与机械学系,测试技术及仪器国家重点实验室,北京100084)

收稿日期:2008-06-17

作者简介:陈琦(1981—),男(汉),辽宁,硕士研究生。通讯联系人:丁天怀,教授,E-mail:dlnj@ts

摘　要:设计了基于GP RS /G SM 混合通讯的低功耗数据采集与传输终端,用于定时采集数据并通过G PR S 网络上传数据至监控中心。在GP RS 网络拥堵时,终端自动切换至SM S 方式进行数据传输。终端的主控单元采用超低功耗单片机M SP 430,在非工作周期进入L P M 3低功耗模式,减少闲时在线功耗。48h 现场测试结果表明,终端能可靠采集和上传数据。G PRS 传输的丢包率为6.94‰,混合通讯丢包率为0;其传输平均延迟为1.126～2.669s;工作周期和低功耗模式的功耗分别为200m W 和0.2mW 。

关键词:远程测控终端;G PRS ;短消息服务(SM S );传输

延迟

中图分类号:T N 919.72

文献标识码:A

文章编号:1000-0054(2009)02-0223-03

Low -power wireless remote terminal design

based on GPRS /GSM

CHEN Qi ,DING Tian huai ,LI Ch eng ,WANG Peng

(State Key Laboratory of Precision Meas urement T echnology and Instruments ,Department of Precision Instruments and Mechanology ,Tsinghua Univers ity ,Beijing 100084,China )Abstract :A low -power remote ter minal unit (RTU )bas ed on GPRS/GSM (general packet radio ser vice/global system for m ob ile comm unication)hyb rid com munications w as developed for data acquisition and trans miss ion from dis tributed monitoring points in indus trial environments.T he RTU s amples data at adju stab le inter vals and uploads the data to the rem ote mon itorin g centre.Wh en the GPRS network is cong ested,the RTU sw itches to sh ort message s ervice (SM S )mode to res ume data transm iss ion w ith data guaran teed integrity.T he RTU u ses an M S P430microprocessor ,w ith its ultra-low pow er mode u tilized during the idle cycle.L ab and field tests dem on strate that th e RTU can reliably s am ple and tran smit data.During a 48h test,the GPRS los s rate w as 6.94‰,w ith no losses w ith th e hybrid commun ication sys tem.T he GPRS average transmis sion delay w as 1.126- 2.669s.Th e pow er

cons umption during the w orking cycle w as 200mW and 0.2mW

during the low pow er mode.

Key words :remote termin al unit (RT U);

general packet rad io

s ervice

(GPRS);

short

mes sage service

(S M S );

transmis sion delay

远程测控终端(RTU )在工业现场的数据采集与监视控制系统(SCADA)中应用非常广泛。RT U 负责现场数据的采集处理并传输至监控中心。监控中心对数据判断处理后,对分散在各监测点的RT U 进行监控。利用移动运营商提供的短消息服务(SM S),监控中心能以无线方式接收现场数据[1]

。尽管SM S 的传输方式能够保证较高的数据传输的完整性,但其传输延迟不确定,费用高等缺点使其应用受到局限

[2-3]

。

GPRS (g eneral packet radio ser vice)的出现解决了SMS 传输的问题。相对GSM 拨号方式的电路交换数据传送方式,GPRS 采用分组交换技术[4]

。通过有效利用无线网络信道资源,其理论传输速率峰值为171.2kb/s,传输延迟比SM S 稳定。另外,GPRS 按流量计费的方式使其运营成本也较SM S 方式低[5]

。

但当网络拥堵时,RTU 将无法连接GPRS 网

络,采集的数据不能发送,造成丢包[6]

。为此,本课题设计了一款基于GPRS /GSM 混合通讯的低功耗RTU ,将GPRS 与GSM 的SM S 方式进行优势互补,满足用户对RT U 高可靠性、实时性、经济性以及低功耗的使用需求。

1　系统结构设计

如图1所示,监控测试系统由远程测控终端(RT U )、移动通讯网络(GSM /GPRS )和监控中心组成。

RTU 在工作前通过外部串口初始化,设置监控中心用于区分各RT U 的ID 号、传输数据的时间间隔、监控中心的IP 地址与端口号、手机用户的手机号码、报警数据的使能以及报警值上下限。