基于GPRS的远程监控系统总体设计与实现

陈昕 刘中晅 韩兆福

中国人民解放军装甲兵工程学院 北京 100072

0 引言

城市电力，热力，气象，以及河流污染管理等行业，因监控站点之间距离远、分布分散，往往需要布置大量的人力、物力用于管理、监控及与中心管理站的联络，少数实现自动化管理的城市多基于电话线、MODEM，或是无线电台办法，成本高、效率低，而且对于无法铺设电话线的苛刻环境，又需要定时监控上报数据的单位，依靠已往的办法难以实现。GPRS无线数据通信网络的出现，为上述实现提供了可能。

通用分组无线业务（General Packet Radio Service，GPRS）。GSM网络覆盖范围广并且通信可靠，GPRS网络在现有的GSM网络的基础上引入分组交换功能，支持TCP/IP协议，可以与分组数据网（Internet等）直接互通，随时在线，而且计费采用比较合理的按流量计费方式，特别适合于需频繁传送小流量数据的应用场合。如城市电力，热力，气象，以及河流污染管理等行业。

本文设计的远程监控系统，是以89C58单片机和PIML GPRS-MODEM（GPRS模块）为核心的，能够实现了传感器数据采集，本地实时显示，基于Internet的远程监控等功能。本文侧重论述系统的总体设计，分系统的组成功能。

1 总体设计

系统总体由四部分组成：一是基于89C58单片机为核心的嵌入式前端采集系统、二是基于GPRS模块的通信系统、三是基于Internet的监控中心、四是远程执行单元。

图1 远程监控系统框图

系统结构如图1，整体工作过程是：以嵌入式微控器为核心的采集前端对分布式站点多路传感器信息（辐射度、污染、报警信号、光、磁、温度、气压、流量、速度等）实时采集，编码；通过GPRS信道将实时监测数据编码，然后发送到WEB服务器（固定IP地址或有固定域名的网站），监控中心接收包含时间、站点编码、数据等信息；同时嵌入式微控采集前端实时接收监控中心发送来的前端重启、立即上传数据、更改上传周期、时间校准、控制执行某种动作等命令，根据命令做出响应。例如：前端接收到更改数据上传周期命令，由原来的一小时，改为3分钟，则嵌入式微控采集前端将按照新的周期时间每隔3分钟上传一次采集数据。

2 各分系统组成及功能

2.1 前端采集系统

前端采集系统的设计是整个系统的核心，单片机采用ST89C58，扩展了8路数码管显示，A/D转换，D/A输出的接口电路，日历时钟芯片，SRAM，与GPRS模块通信的RS232接口等功能（如图2）。

图2 前端采集系统结构图

本系统采用多量程、8通道、12位高精度A/D转换器MAX197芯片，实现对对传感器电压信号的采集。单片机将采集到的各路数据按固定格式编码，编码数据再加上由日历时钟芯片DS12C887提供年、月、日、时、分、秒数据，和站点序号标识进一步混合编码，形成固定格式的上传数据。根据监控中心的命令要求，定时上传数据。SRAM用于存储远程监控中心的IP地址，用于掉线重播。

2.2 通信系统

GPRS通信模块选用PIML GPRS－MODEM模块，双频GSM/GPRS引擎，支持数据、语音、SMS和传真传输，网络通信支持基于TCP协议或UDP协议的数据传输。本系统采用TCP协议通信。单片机通过MAX232接口芯片实现与GPRS－MODEM模块的电气连接，使用AT命令实现与GPRS模块的通信，实现将混合编码传向监控中心，或是接收监控中心的命令数据。图3为单片机与GPRS模块接口的电路图，接口采用MAX232芯片，实现单片机与GPRS模块串口的电平转换。

图3 单片机与GPRS的RS-232接口电路

2.3 监控中心

基于WEB的监控中心，实现对数据的接收，并向前端采集系统发布控制命令。监控中心的服务程序是基于VC＋＋6.0编程环境的，采用Socket套接字编程技术实现对远程数据的收发处理。Socket网络编程要重点处理好套接字的建立（Socket（））、绑定（Bind（））、监听（Listen（））、接收（Accept（））和读（Recv（））写（Send（））等几个函数的使用。监控中心发送自定义的8条命令，控制远程前端采集。这8条命令为：①系统重新启动命令；②数据立即上传命令；③系统时间校准命令；④数据上传频率更改命令；⑤停止上传数据命令；⑥继续上传数据命令；⑦改变输出电压值命令；⑧强制关闭GPRS—MODEN模块命令。

如：③系统时间校准命令

命令格式：CMD+TIME 2007/05/08，19：24：30

命令作用：校准DS12C887实时时钟芯片的时间后，上传加有准确时间的数据串。

其他命令格式与上述类似，实现不同的功能。

图4为监控中心测试远程数据收发的试验程序。

图4 监控中心试验服务程序界面

2.4 远程执行单元

远程执行单元一般为电机，电动阀门等执行单元，前端采集系统接收到监控中心的执行命令处理后，经D/A单元输出相应的电压或电流信号，控制执行单元工作。

3 结论

本文侧重论述了基于GPRS的远程监控系统的总体设计，与各分系统的结构功能，对于单片机与GPRS模块通信实现、前端采集系统软硬件设计、监控中心服务程序实现、采用软硬件滤波技术实现抗干扰、数据编码、掉线重拨、前端采集数码显示等详细技术解决方案，将在后续的文章中加以论述。

基于GPRS的远程监控系统，充分的发挥了GSM网络覆盖广的优势与GPRS数据传输服务的优势，可以广泛的应用到城市电力，热力，气象，以及河流污染管理等行业当中，提高相应的自动化管理水平，大大降低运行成本，具有广阔的应用前景。

[1]钟章队等.GPRS通用分组无线业务.北京:人民邮电出版社.2001.

[2]朱洪波等.通用分组无线业务（GPRS）技术与应用.人民邮电出版社.2004.

[3]戴佳等.51单片机C语言应用程序设计.电子工业出版社.2007.