基于GPRS的远程高塔监测系统的研究

周娜　田跃　张波

摘要：通信塔、电塔、高层建筑可以统称为高塔，由于高塔通常分布在室外，且长期工作在全天候环境下，容易受到恶劣天气的影响，导致高塔发生水平位移、垂直度、扭曲度和构建形变等物理状态改变，因此高塔的状态监测是人们都非常关注的问题。本系统是采用基于51单片机的高精度的角度传感器来监测高塔的角度数据并定时发送高塔倾斜的角度信息，选用GPRS技术进行数据的远程传输。GPRS网络具有网络覆盖率高、永远在线和付费少等优势，已经广泛应用于工业控制以及远程监测等领域。上位机数据接收端程序使用的软件工具是VS2010，是应用C++编写的基于基础类库MFC的网络编程。

关键词：高塔监测 单片机 角度传感器 GPRS 远程传输

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0122-01

1 引言

目前，全国在用的高塔数目非常庞大，但是由于气候、环境、维护等方面的原因，会发生一些高塔的安全事故，造成一些重大的人员伤亡与财产损失，以及比较恶劣的社会影响。这些高塔安全使用的可靠性并不是固定不变的，随着通信塔，电塔等结构服役时间的增加，结构受到气候条件的变化，环境侵蚀、物理作用或者其他外界因素的影响，塔身在制造、安装过程中的偏差以及使用过程中的老化等等会引起结构受到损伤和变形，甚至遭到破坏，因此高塔的状态监测是人们都非常关注的问题，尤其在有恶劣的气候环境条件下，工作人员无法到现场对高塔进行必要的检查，而高塔塔身倾斜度是高塔是否安全服役的重要指标，为此只有开发研究对高塔倾斜度的远程监测，以最大程度来保证高塔的安全运行。本文将介绍对高塔倾斜度在线远程监测系统的设计。

2 GPRS技术

GPRS（General Packet Radio Service），中文名称是通用分组无线服务技术，可以实现移动数据业务。GPRS是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，以“分组”的形式传送数据到用户手上。虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术，但是它在许多方面都具有显著的优势。相对于GSM的 9.6kbps 的访问速度而言，GPRS拥有171.2kbps的访问速度；在连接建立时间方面，GSM需要10.30秒，而GPRS只需要极短的时间就可以访问到相关请求；而对于费用而言，GSM是按连接时间计费的，而GPRS只需要按流量计费；GPRS对于网络资源的利用率也远远高于GSM。GPRS特别适用于间断的、突发的和频繁的、少量的工业数据传输，也适用于偶尔的大量数据传输。因此采用GPRS技术的数据终端平台在工业监测、交通监控、移动办公等行业中具有无可比拟的性价比优势。

3 系统设计方案

3.1 数据采集模块

数据采集的角度传感器采用的单片机是C8051F350，这个器件是集成的系统型的MCU，采取的是高速的CIP-51内核，速度可以达到50MIPS，有四个通用的十六位定时器和看门狗定时器的功能，有24/16位的差分的模拟数字转换器和两个八位的以电流输出的数字模拟转换器。

单片机的通信协议是：波特率为9600bit/s，RS485通讯接口； 帧格式是八个数据位，一个停止位，无校验；数据格式共6个字节，分为起始字节（0xAA）+数据两字节（X轴）+数据两字节（Y轴）+结束字节（0xFF），数据含义是第一字节为起始标志0xAA，第二、第三字节为X轴倾斜角数据字节，第四、第五字节为Y轴倾斜角数据字节，第六字节为结束字节0xFF。传感器采用连续采集、连续发送的工作模式。亦可以协议采用给出指令查询方式进行数据传输与交换。如果是一维倾角传感器，第四、五字节和第二、三字节完全一样，即X轴数据发送两遍。

3.2 数据传输模块

GPRS模块是数据传输模块，我们采用的是SIMCOM公司的SIM900A模块来实现这个功能，SIM900A模块的特点是一个2频的GSM/GPRS模块，工作频段是900/1800MHZ。SIM900A模块可以低功耗实现语音、SMS（短信，不支持彩信）、数据和传真信息的传输，在睡眠模式下的最低耗流只有1mA。本文是利用单片机控制SIM900A模块来完成数据的传输功能。这种方式是通过硬件系统的接口，编写单片机程序驱动SIM900A模块，即通过单片机发送AT指令和传感器采集到的角度数据来驱动SIM900A模块，使模块处于连续发送数据的模式。

3.3 上位机软件设计

接收数据的服务器端必须和在终端的GPRS模块经Intenet连接起来，才能构成一个完整的远程的数据传输系统。随着计算机和网络的不断进步，有越来越多的数据处理系统都采用的是系统结构开放的客户机/服务器（C/S）网络模式。本文采用的就是在WinSock基础上编程的客户机/服务器模式，GPRS模块相当于是客户端，上位机编写的软件相当于服务器端，服务器一直等待着客户机的连接请求，服务器收到请求后会做出一定的处理，并返回结果。

4 结语

这篇文章主要是在分析了无线远程数据传输的基础上深入研究了GPRS技术的特点和在实际中的应用。由于GPRS技术在数据远程传输的应用方面优点显著，所以随着科学技术和电子科技的不断发展，基于GPRS模块的应用成本会逐渐降低，通讯过程中数据的传输会越来越可靠，所以将来会有更好的应用发展。

参考文献

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