基于GPRSCDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：本文介紹了GPRS/CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的工作原理，針對(duì)其傳輸特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出基于GPRS/CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 并介紹了控制軟件的開(kāi)發(fā)思路和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。實(shí)踐證明，先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)提供了極大的便利，有效解決了傳統(tǒng)傳輸方式的弊端，提高了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能和運(yùn)行效率。

　　關(guān)鍵詞：GPRS/CDMA;在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng);系統(tǒng)模式; 軟件開(kāi)發(fā)

　　1、引言

　　數(shù)據(jù)采集(Data AcquiSition)是獲取信息的基本手段。數(shù)據(jù)采集技術(shù)作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支， 是以傳感器、信號(hào)測(cè)量與處理、微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門(mén)綜合應(yīng)用技術(shù)[i]。而借助無(wú)線傳輸手段的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比，具有不受地理環(huán)境、氣候、時(shí)間的影響等優(yōu)勢(shì)，更具有工程造價(jià)和人力資源成本低，傳輸數(shù)據(jù)不受地域的影響，可靠性高，免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是遠(yuǎn)程傳輸手段的多元化和技術(shù)水平的提高， 使遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)有了廣泛的應(yīng)用。

　　2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成基于GPRS/CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、監(jiān)控中心等組成(如圖1)。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用各類傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 傳感器輸出信號(hào)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊處理后， 由無(wú)線傳輸模塊(GPRS/CDMA模塊)依次進(jìn)行TCP封裝一IP封裝一PPP封裝，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送~flGPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)路由和網(wǎng)關(guān)， 最后經(jīng)由Internet網(wǎng)絡(luò)以TCP/IP傳輸協(xié)議送到監(jiān)控中心綁定公網(wǎng)固定IP的路由服務(wù)器上， 通過(guò)局域網(wǎng)內(nèi)NAT端口映射技術(shù)將其映射到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上。監(jiān)控中心通過(guò)控制管理軟件對(duì)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一的控制管理，監(jiān)控中心也可以向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)發(fā)送各種指令來(lái)控制監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行。

　　3、GPRS/CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的工作原理GPRS是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上疊加的一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，能給用戶提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接，是一種無(wú)線高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶通過(guò)GPRS可以在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括收發(fā)E—mail、進(jìn)行Internet瀏覽、即時(shí)聊天等。

　　CDMA技術(shù)原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)， 即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)， 用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)還原成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)， 以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸[2]。

　　GPRS/CDMA數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸相對(duì)于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方案具有如下優(yōu)點(diǎn)[3]：① 永遠(yuǎn)在線：客戶端不需要像傳統(tǒng)撥號(hào)上網(wǎng)(PSTN)那樣，斷線后需重新?lián)芴?hào)，才能在線�？蛻舳穗S時(shí)部與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系， 即使沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，客戶始終與網(wǎng)絡(luò)之保持連接;② 快速登錄：GPRS / CDMA 的網(wǎng)絡(luò)登陸時(shí)間很快，無(wú)線終端一開(kāi)機(jī)，就已經(jīng)與網(wǎng)絡(luò)建立了連接。每次登錄Internet只需要一個(gè)激活過(guò)程， 一般僅需1～3S： ③ 按量收費(fèi)：GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)按照客戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的流量收取費(fèi)用， 沒(méi)有數(shù)據(jù)流量傳遞時(shí)， 客戶即使在線也不收費(fèi)。④ 組網(wǎng)簡(jiǎn)單、迅速、靈活：

　　GPRS/CDMA無(wú)線DDN系統(tǒng)可以通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地的構(gòu)建覆蓋全中國(guó)的虛擬移動(dòng)數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡(luò)， 為客戶提供接入便利， 節(jié)省接入投資。GPRS/CDMA數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)?以上特點(diǎn)使之非常適合于連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

　　無(wú)線網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集端和GPR S/CDMAD T U ( D a t aTerminalUnit，數(shù)據(jù)傳輸終端) 組成[4]。首先，數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)GPRS/CDMA DTU與當(dāng)?shù)谿SM/CDMA基站中的GPRS/CDMA 1x,lk務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信，并進(jìn)入GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)， 然后通過(guò)GPRS/CDMA網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互， 如圖2所示。

　　在實(shí)際通信中， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要分層考慮，DTU既要完成數(shù)據(jù)加工和協(xié)議加載， 如數(shù)據(jù)的打包和分包，又要完成物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層4層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如圖3所示。

　　4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　遠(yuǎn)端控制中心與現(xiàn)場(chǎng)主站的通信需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制軟件，主要功能是實(shí)現(xiàn)接受和發(fā)送TCP協(xié)議的IP， 以實(shí)現(xiàn)與GPRS/CDMA DTU的IP協(xié)議相互通信，完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)交換[5]。軟件的設(shè)計(jì)基于Microsoft公司的Visua] c++平臺(tái)， 采用Vi sua] c++開(kāi)發(fā)平臺(tái)，具有編程簡(jiǎn)潔、程序集成度高的特點(diǎn)，可以充分利用其界面設(shè)計(jì)工具，迅速完成各種功能的圖形界面設(shè)計(jì)，得到美觀清楚的界面：能充分利用系統(tǒng)的資源，有利于對(duì)大量數(shù)據(jù)、圖像進(jìn)行處理：易于維護(hù)的功能模塊，加快了研制速度：采用事件驅(qū)動(dòng)方式，代碼不是自上向下執(zhí)行，而是在響應(yīng)不同的事件執(zhí)行不同的代碼片段，事件可由用戶操作發(fā)生，也可由操作系統(tǒng)和其他應(yīng)用程序的消息觸發(fā)，甚至由應(yīng)用程序本身的消息觸發(fā)。這有利于在工控程序中對(duì)工業(yè)過(guò)程動(dòng)畫(huà)和實(shí)時(shí)信息的處理， 并能在任何時(shí)候?qū)ν獠抗た貙?duì)象觸發(fā)的緊急事件做出反應(yīng)：

　　另外使用其自帶封裝好的通信控件，也極大簡(jiǎn)化了通信功能模塊的程序設(shè)計(jì)。

　　在visua] C¨ 開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，通過(guò)調(diào)用MFC類中的casyncsocket套接字類， 實(shí)現(xiàn)Socket編程。其主要通過(guò)創(chuàng)建兩種Socket 類來(lái)實(shí)現(xiàn)， 即Socket(CListenSocket)和數(shù)據(jù)接收與處理Socket類(CServerSocket )[6]

　　ELi StenSocket定時(shí)相應(yīng)的端口， 接收DTU的連接請(qǐng)求， 創(chuàng)建一個(gè)Socket線程并完成TCP鏈路的建立與維護(hù)，配合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)及監(jiān)控等功能，然后把原始套接字放回狀態(tài)繼續(xù)。CServerSocket負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收、處理和命令發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)子程序流程如圖4。

　　在遠(yuǎn)端監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上通過(guò)數(shù)據(jù)處理及伺服入庫(kù)程序自動(dòng)進(jìn)入后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)處理與管理系統(tǒng)對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，存儲(chǔ)、管理監(jiān)測(cè)點(diǎn)、原始數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)信息和各種類型的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。無(wú)線采集系統(tǒng)運(yùn)行在遠(yuǎn)端監(jiān)控中心的服務(wù)器上，長(zhǎng)期保持在線采集。

　　5、結(jié)語(yǔ)

　　基于GPRS/CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用公用的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，通信可靠，投資少，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控，有效彌補(bǔ)了因地理環(huán)境限制等因素造成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不能組網(wǎng)而導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這一缺點(diǎn)，隨著3G技術(shù)的應(yīng)用，GPRS/CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將擺脫傳輸數(shù)據(jù)量小這一瓶頸，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1】沈蘭蓀。高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，1 995：10-1 5

　　[2] 黃志強(qiáng)，韓月霞�；�于GPRS Internet的城市路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，(1)：50—52

　　[3] 張京江，江武鵬，張朝林，王迎春。GPRS/ CDMA 無(wú)線通信技術(shù)在GPS數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用【J】。 氣象科技，2007，35(1)：1 39—1“42.

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