基于GPRS的输电线路多参量远程采集系统*

叶建军 刘桂雄 洪晓斌 陈铁群

(华南理工大学 机械与汽车工程学院）

1 引言

高压输电线路通常工作在户外恶劣环境中，受污染源、天气状况等影响严重，对其实时状态监测管理意义重大。由于高压输电线路分布范围广、数量多以及地理位置偏僻，这给状态信息从数据采集终端传送到数据中心的服务器带来困难。目前，高压输电线路监测系统常用有GSM通信网、SMS短信息数据传输平台，但由于受传输方式、成本限制，这些平台还不能很好地满足实际应用需要[1]。随着现代无线通信技术发展，以分组交换技术为基础、采用IP数据网络协议、高速传输数据及信令的高效数据传输网络的GPRS技术，为实现远距离的数据传输提供了一种新技术手段[2～3]。GPRS的接入迅速、永远在线、流量计费特点在突发性、频发性输电线路中实现远程小数据量实时传输，将有不可比拟的优势[4]。本文介绍一种基于GPRS输电线路多参量远程采集系统研制，期望能满足采集、传输数据的实时性和可靠性等要求。

2 远程采集系统的运行机制

基于GPRS的输电线路多参量远程采集系统框架图如图1所示。可以看出，系统包括数据采集终端(包括传感器节点及微处理器)、GPRS通信部分(包括GPRS模块及网络)、数据中心(包括网关及服务器) 三部分。系统运行包括数据采集及封装、数据传输和数据处理等三个主要过程。在数据采集及封装阶段，利用数据采集终端的传感器节点获取输电线路温度、环境湿度、泄露电流值等状态信息，并通过微处理器进行编码及封装；在数据传输阶段，微处理器封装的状态数据包通过串口发送到 GPRS通信模块，经过GPRS网络实时发送到Internet网络上的远程数据中心服务器；在数据处理阶段，数据中心服务器会依据通信协议对接收数据进行解码、处理和存储，以供终端用户使用。同时，数据中心服务器根据需要发送用户反馈指令到数据采集终端的微处理器，实现用户对数据采集终端远程控制。

图1 基于GPRS的输电线路多参量远程采集系统框架图

3 系统设计与实现

3.1 数据采集终端的设计

图2为数据采集终端功能框图，由微处理器、数据采集模块、时钟及电源管理模块和人机交互模块组成[5～7]。微处理器以ATmega128单片机作为数据采集终端的控制核心，解析来自数据中心服务器的指令，管理数据采集终端的各功能部分，实时监测现场状态；人机交互模块包括了键盘和显示屏，功能是完成数据采集终端的初始化工作；时钟和电源管理模块是负责各个模块的供电和提供时钟基准。另外，GPRS通信模块负责整个系统数据收发，实现数据采集终端和服务控制中心之间透明串行数据传输，拟采用内嵌TCP/IP协议栈的GPRS DTU2008。该模块无需PC的拨号网络及提供外围电路即可通过普通串口与Internet互联，具有使用简便、配置灵活、扩展性强及抗干扰性强特点。

图2 数据采集终端功能框图

3.2 软件系统的工作流程

图3和图4分别为数据中心服务器应用程序和数据终端微处理器的软件的工作流程图。这两部分工作相互嵌套，整个系统的软件工作流程表述为：

⑴运行数据中心服务器的应用程序，建立套接字Socket()，监听数据采集终端微处理器(客户机)的连接情况。若连接建立成功，就可以对客户机传来的数据进行加工处理；同时，根据需要将用户指令传送给客户机；反之，则继续监听。

⑵客户机开机进行初始化后，通过GPRS通讯模块连接 Internet，向服务器发出连接请求。待连接建立后，服务器的应用程序会自动记录客户机的相关信息，并且此时GPRS通讯模块可以正常地向服务器发送数据。

⑶微处理器分析用户指令，然后控制传感器对输电线路的状态参数进行采集，返回数据经过微处理器的处理、封装后，送到GPRS模块发送出去。

⑷服务器对收到的信息进行校验。检验合格后，根据通讯协议对信息进行解码、处理，并存储到数据库。

图3 数据中心服务器的软件工作流程图

图4 数据采集终端微处理器的软件工作流程图

3.3 部分关键系统程序

数据中心服务器的应用程序是基于C#语言，按照TCP/IP服务器工作原理开发[8]，侧重于对监测数据的处理及对微处理器的远程识别、控制。

⑴数据中心服务器要获得输电线路的状态信息，须依据通讯协议对封装的字符串进行解析。部分实现代码如下：

⑵GPRS通讯模块连接GPRS网络时，其IP地址动态分配。故 IP地址可以视为唯一标识各个数据采集终端的标识符，为服务器远程控制各个传感器节点提供依据。下面为部分实现代码：

4 系统功能的运行测试

数据中心的应用程序是采用 Socket网络通信技术开发的，数据库是SQL Server2000；而数据采集终端的微处理器采用AVR系列单片机—ATMEGA128，GPRS通讯模块是GPRS DTU2008。

图5为应用程序的工作界面，程序能够实时接收数据采集终端发回的数据包，显示客户机的 IP地址和待解码数据等内容，同时处理数据包并将数据自动存储到数据库，供终端用户使用。

图5 应用程序工作时的界面

5 结论

⑴GPRS技术为用户在实时监测数据的传输模式上提供了一种技术支撑平台，尤其是在监测点布局分散且偏僻的条件下。在满足数据实时、可靠传输的同时，大大提高了数据传输的速率和降低了系统运营维护的成本。

⑵本文设计的基于 GPRS技术的输电线路多参量远程采集系统，应用于输电线路状态信息的远程采集和传输，实现了数据采集传输的自动化、智能化，满足了用户对现场数据上传的可靠性和实时性的需求。

⑶随着 GPRS自身技术的不断完善和第三方应用程序的开发，该系统作为一种无线监控的通用平台设计方案，其采用的技术原理在智能交通、环境监测、远程测控、工业控制等领域具有重要的实用价值和广泛的应用前景。

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