无线数据采集系统设计

王勇

林芝市质量技术监督局

无线数据采集系统设计

王勇

林芝市质量技术监督局

本文介绍了一种利用现有的GPRS网络资源，发挥其网络覆盖率高，传输特性好等优势，为数据采集系统提供一种便利的无线数据采集传输方式。GPRS是在现有GSM系统上发展出来的一种新的数据承载业务,支持TCP/IP协议，可以与分组数据网直接互通。而且它具有惊人迅速、永远在线、流量计费等特点，在远程突发性数据实时传输中有不可比拟的优势。GPRS无线传输系统的应用范围非常广泛，几乎可以涵盖所有的中低业务和低速率的数据传输，特别适合于频发小数据量的实时传输。

单片机 GPRS无线网络 通讯 数据采集

1 引言

近年来,通信技术和网络技术的迅速发展,特别是无线通信技术的发展,使得自动化程度进一步提高。GSM网络出现后，技术人员很快把GSM模块嵌入到各种仪表仪器中，如多功能电能表、故障测录仪、抄表系统和用电负荷监控等，从而使这些仪表仪器具有远程通信功能。GPRS是在现有GSM系统上发展出来的一种新的数据承载业务,支持TCP/IP协议，可以与分组数据网（Internet等）直接互通。GPRS无线传输系统的应用范围非常广泛，几乎可以涵盖所有的中低业务和低速率的数据传输，尤其适合突发的小流量数据传输业务。例如：在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数（如电压、电流、温度、湿度、气压等物理量）进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低生产成本提供信息和手段；在科学研究中，应用这一系统可获得大量的动态信号，是研究真实物理过程的有力工具。不论在哪个应用领域，数据采集越及时，工作效率、性能价格比就越高，取得的经济效益就越好。

2 系统设计

在日常的生产实践环境中人们进行数据采集的传统手段一般是采取有线的方式，有线数据采集方式组网投资大、维护费用高。本文介绍的是基于GPRS方网络进行无线数据采集系统设计：

2.1 数据采集和无线传输系统构成

利用芯片对数据进行采集存储。再将已经存储采集的数据通过GSM网络中的GPRS分组数据采集系统进行数据传输。最后利用单片机对信号进行处理。GPRS终端通过接口取得数据，处理后的GPRS分组数据发送到GSM基站。分组数据经封装后，通过GPRS骨干网与网关支持接点进行通信。对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet网络。若分组数据是发送到另一个GPRS终端，则数据由GPRS骨干网发送，再发送到GPRS终端。

2.2 GPRS模块的硬件设计

嵌入式GPRS无线通信模块主要由嵌入TCP/IP的单片机、GPRS模块、SIM卡座、外部接口和扩展数据存储器等部分组成。下图1为GPRS通信原理图。

图1 GPRS通信系统原理框图

单片机控制GPRS模块接收和发送信息，通过串口和外部控制器（比如数据采集端）进行数据通信。用软件实现中断，完成数据的转发。

2.3 数据处理

GPRS模块登陆上GSM网络后，自动连接到数据中心，并保持和维护数据链路的连接。GPRS监测链路的连接情况，一旦发生异常，GPRS模块自动重新建立链路，数据中心和GPRS模块之间就可以通过I地址通过UDP/IP协议进行双向通信，实现透明的可靠数据传输。由于通过GPRS，中心监控部分可以直接访问互联网，所以监控部分并不需要再设置GPRS模块。中心只需通过中心软件帧听网络，接收GPRS无线模块传来的UDP协议的数据，接收到的信息要保存到中心的数据库中,以备查历史记录。

2.4 数据发送

数据以短消息的发送，发送短消息前要设置好短消息中心，在执行指令和发送数据时，如果没有返回正确的确认信息，将在提示出错后重新执行这一步骤。

3 结束语

本文通过利用GPRS分组数据采集系统对各需要采集的数据进行采集后的传输，大大降低了工业成本提高了效率。我们设计的这个系统能够适用于很多大型的、生产作业环境复杂的作业现场。本文的重点是对于数据的无线传输，本文使用的GPRS无线数据传输系统采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则。因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级，这给用户使用带来了极大的方便。有了GPRS，用户的呼叫建立时间大大缩短，几乎可以做到“永远在线”。在工程运用中，如果管理人员不在办公区，也能够随时获得设备运行或所处环境的变化状况，为及时了解工况提供了极大的方便。对于电厂这种多变，且高负荷运行的环境，及时了解发电设备的状态特征也是很有必要的，无线传输模式为故障诊断，故障预测争取了宝贵的时间。保证设备发挥最大的设计能力，制定合理的检测维修制度，以便在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长服役期限和使用寿命，降低设备全寿命周期费用，保障企业的生产安全减少经济损失。GPRS的系统也有一定的缺点，例如，GPRS网不够稳定，有丢包的现象等。上述问题经过精心设计是可以避免和解决的，所以基于GPRS的设计仍具有无可比拟的优势。总之，无线数据采集系统在现行的许多系统有着广泛的应用，通过不断的理论研究和实践经验总结，博采众长，不断完善，在未来工业领域发挥积极作用。

[1]王爱明、李艾华.单片机与嵌入式系统应用，北京：机械工业出版社，2004

[2]韩冰，李芬.GPRS技术在数据采集与监控系统中的应用．2003．8

[3]何立民.按平台模式设计的虚拟总线软件包.单片机与嵌入式系统应用，2001

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