基于GPRS的数据采集远程网络监控系统

2011年8月吉林师范大学学报(自然科学版)

.3第3期Journal of Jilin Normal University (Natural Science Edition)Aug.2011

收稿日期:2011 06 15 基金项目:山东省高等学校实验技术(S04W138)

作者简介:孙红艳(1981-),女,山东省菏泽市人,现为菏泽学院物理系教师.研究方向:信号处理及图像处理.

基于GPRS 的数据采集远程网络监控系统

孙红艳

(菏泽学院物理系,山东菏泽274015)

摘 要:基于GPRS 的数据采集远程监控系统是水下安保系统的重要组成部分,通过GPRS 无线通讯技术将安

保浮标数据发送到远程网络监控计算机中,实现远程监控.该系统在我国大型海上运动项目中得到了使用,对近岸海域的安保起到了重要作用,实践证明系统稳定可靠,具有很强的实用性.

关键词:GPRS;水下安保;远程监控;TCP/IP

中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1674

3873 (2011)03 0061 020 引言

GPRS(general packet radio service)是通用分组无线业务的简称,该技术建立在GSM 网络的基础上,被称为2.5代移动通信技术,它将无线通信与Inter

net 紧密结合.GPRS 网络引入了分组交换和分组传输的概念,在原有的GSM 网络的基础上增加了SGSN(服务支持节点)、GGSN(网关支持节点)等功能实体.在进行数据传输时以封包(Pac ket)式来传输,充分利用了资源,提高了通讯速率[1 2].

在近岸水域安防系统中,往往需要在特定水域周边布放若干浮标,浮标携带水下探测仪组成一个终端数据采集点,为了将每个采集点的警戒信息快速传递到Internet 远程监控主机中,使远程监控端能全面、及时了解海域布防警戒信息,需要一套无线通讯及远程网络监控系统,GPRS 为用户提供了广域的、直接的、Internet 无线I P 连接,具有连接速度快、永远在线、通讯速率高、按量计费等优点,因此广泛应用于各类远程监控系统中[3 4]

,本文就是一套基于GPRS 通讯的远程网络监控系统.

1 系统总体设计方案

整个监控系统是由一个远程主站系统和若干个终端数据采集点组成.

远程主站系统是由防火墙、交换机、服务器、监

控PC 等组成的一套Internt 网络系统.终端数据采集点包括由水下安保声纳探测仪和浮标,浮标内安装

通讯及控制电路板.系统的总体结构如图1所示

.

图1 基于GPRS 的数据采集系统远程网络

监控系统结构图

远程主站系统主要是监视和记录各终端数据采集点的工作状态,对可疑报警信息做出及时响应,并对终端设备发送相应的指令.终端数据采集系统采用电池供电,GPRS 通讯及电子控制部分安装在水面

浮标内,能够控制水下安保声纳探测仪的启停,并将声纳探测数据传递到远程网络监控计算机中,由于声纳探测仪具有信号处理分析能力,通常情况下GPRS 通讯部分只需要传输判断结果信息,特殊情况下传输原始采集数据,因此基于GPRS 的无线通讯方式完全满足实时性和通讯速率的要求.

2 终端数据采集点的设计与实现终端数据采集点由水下安保声纳探测仪和

GPRS 通讯及电子控制两部分组成.

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2.1 水下安保声纳探测仪

水下安保声纳探测仪是一款先进的水声探测装备,能准确的探知一定范围内的水下目标信息,具有信号处理分析能力,与GPRS通讯及电子控制部分通过RS422通讯接口相连.

2.2 GPRS通讯及电子控制部分

GPRS通讯及电子控制部分起着承上启下的重要作用,负责连接远程监控中心,上传警戒信息数据和终端的工作状态信息,下传远程控制中心的各种指令和执行指令.图2是该部分的内部结构框图,属于双串口的单片机系统.微处理器选用W77LE516, W77LE516是一款具有64K FLASH和双UAR T的51系列单片机,可以使用低电压供电[5],UART0与GPRS通讯模块连接,UART1通过RS422驱动芯片实现与声纳探测仪的通讯.GC864 DUAL是一款性能优良的、低功耗、高可靠性的GSM/GPRS通讯模块,内部集成了TC P/IP协议栈[6],是移动数据设备的理想移动平台.

主要的功能部分包括系统监控电路,信号灯(即浮标灯)控制电路,电子舱控制电路,RS422驱动电路和GPRS通讯模块.系统监控电路起着看门狗复位功能和工作环境温度探测功能;信号灯控制电路能够根据指令控制信号灯的点亮、关闭和闪烁,指示不同的工作状态.电子舱控制电路是用来控制水下安保声纳探测仪的启停.

一次通讯的过程是这样的,首先微处理器对GPRS模块进行参数配置及进行拨号操作,将设备与远程监控中心固定IP映射端口的监控PC取得连接,微处理器实时监听UART端口,当收到探测仪的数据发送请求时,根据约定的通讯协议接收探测仪的数据,并且将数据转换为相应的数据包格式,再交由GPRS通讯模块封装成IP包发送给GPRS网络,远程计算机能获得信息,并根据协议剥离出数据及指令等信息,监控PC根据协议,通过地址来识别各个数据采集终端的数据来源,从而获知监控点的信息,反之,当监控PC对数据采集终端下达指令时,在监控PC已与远程数据采集终端建立联系的情况下,通讯的过程与之相反.

2.3 通讯及控制系统终端的低功耗设计

通讯及控制系统终端使用电池供电,为了最大限度的增加系统工作时间,减少布放、打捞次数,除了增加电池容量外,电路系统的节能设计也是非常重要的.

本系统在低功耗设计方面遵循以下原则:电源宜低不宜高、时钟宜慢不宜快、系统(器件)宜静不宜动[7].在具体的软硬件设计时体现在:系统电源选用输出3.3V效率90%以上的高效DC/DC集成模块;电路中用到的电子芯片选用低功耗并且同一低电压工作范围的器件;充分利用MC U及GC864的资源并灵活使器件进入低功耗工作模式,系统平均工作电流70m A以下.系统主要部件的功耗参数如表1所示

.

图2 GPRS通讯及电子控制部分结构图

表1 主要部件功耗表

名称工作状态功耗

GC864 DUAL关闭模式<26uA

省电模式<4mA

指定模式200mA

W77LE516正常模式<6.5mA

空闲模式<5.8mA

3 监控中心部分的设计

监控中心子系统由信号分析处理软件和PC服务器组成,属于计算机网络中的内网计算机,在与外网连接设备中进行相应的端口映射配置,这样具有无线IP的终端设备便可以与监控中心PC服务器建立联系.

4 结论

GPRS是一种能够提供高速数据传输的先进业务,可根据用户需要灵活地动态分配无线资源,从而实现多用户共享,提供资源利用率.基于GPRS的数据采集远程网络监控系统融合了当前先进的网络传输技术和无线传输技术,采用I P协议传输,通讯速度快,数据延迟小,按流量计费,系统运营成本低,非常适合多点分布式测控及通讯领域.本系统在08年我国举行的重大海上体育赛事中,作为水下安保系统的一部分通过了实践应用,效果良好.

(下转第66页)

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