基于GPRS网络的远程数据采集系统及应用

摘要：分析了GPRS技术在远程数据采集中的应用现状，针对实时数据采集传输的需要，设计和实现了基于GPRS网络的远程数据采集传输系统。该系统利用GPRS的Internet接入功能，使用RS-232接口读取外部数据。硬件系统选用RABBIT2000微处理器和PIML-900/1800 GPRS模块，构建了实时性强、可靠性高的应用系统。该系统已经应用到油田远程数据监测系统中，运行稳定，效果良好。

0 引言

GPRS是在GSM基础上发展而来的数据传输网络，与无线集群方式相比，GPRS的数据传输 充分利用了公共移动通信网络和互联网，不需要为监测设备而专门改造已有的运行环境，省去 了建设无线专网的成本。其按流量计费的方式也更为经济，更适合频繁突发的小流量数据传输。

同时，GPRS网络具有覆盖范围广、数据传输快、实时性好、通信质量高、持续在线和费用低等 优点，并可直接与Internet互通，能很好地满足工业控制的需要。目前，基于GPRS网络的数据传 输在许多领域得到了较好的应用，特别是在工作环境恶劣、地理位置偏僻、无人值守场所等领 域。 本文实现的系统以GPRS网络为基本数据通道，在每个需要数据采集的分散业务单元安装远 程测控终端。同时在控制中心通过配有GPRS无线通讯模块管理的计算机，进行各种设备的远程 数据采集，采集的数据自动进人控制中心实现远程控制，方便快捷。

1 GPRS网络及其数据传输

GPRS作为一种高效、经济的无线系统，已经应用到许多需要无线数据传输的领域，为远程 数据采集传输及监控提供了一种新的数据通信方式。GPRS（General Packet Radio Service）技术 建立在GSM（Global System for Mobile Communication）网络之上，它将无线通信与Internet紧密 结合起来。GPRS作为一种先进的、全新的无线网络承载手段，具有其独特的优势：

⑴ 虽然在GSM网络中，每条GSM信道提供的传输速率只达到9.6kbps或14.4kbps，但GPRS 可提供高达171.2kbps的传输速率；

⑵ 按量计费，节省资源；"永远在线"，用户随时与网络保持联系，保证数据传输的实时 性；

⑶ GPRS支持Internet上最广泛使用的IP协议和X.25协议，提供了一个完备的基于TCP/IP协 议的通信解决方案，能够提供Internet和其它网络的全球性无线接入。

数据传输时，GPRS网络是在原有GSM网络的基础上，引入了PCU（分组控制单元）、GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，GPRS网关支持节点）和SGSN（Serving GSN，GPRS服务支 持节点）等新部件构成的无线数据传输系统，其用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据， 将IP信息包从移动用户点传送至外部网络。GPRS无线模块作为控制系统的无线收发模块，用于 实现与GPRS网络的连接。分组数据经SGSN封装后，SGSN通过GPRS骨干网与网关支持接点 GGSN进行通信。GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络。 通信过程如图1所示。

2 基于GPRS网络的远程数据采集系统的设计与实现

2.1 系统组成

本文研究的远程数据采集系统由监测终端、远程数据采集与传输系统、数据监测/处理中心与GPRS移动数据传输网络等组成。GPRS 远程数据采集系统的硬件组成如图2所示。

⑴ 数据采集与传输系统

数据采集以数字信号处理器DSP为核心，采用交流取样技术，集数据采集、无功补偿等功能于一体，可监测现场的各项指标。采集的数据通过RS-232接口与GPRS透明数据传输终端相连，通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GSM网络。同时，可对远端数据监测终端发出指令，进行参数设置、实时监测数据或实现远程控制等。

⑵ 数据监测/处理中心

数据监测/处理中心负责对数据进行汇总、整理和综合分析，完成终端原始数据的分类存储。

⑶ GPRS网络

监测终端采集的数据经GSM网络接口功能模块对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过GPRS网络进行传输，最终传送到监测中心。

2.2 硬件设计

GPRS远程数据采集系统的硬件设计如图3所示。

该系统中微处理器起着很重要的作用：一方面负责下端采集数据的接收以及对下端设备的 控制信号传输；另一方面还要负责将收到的数据进行打包通过串口与移动终端进行通信。通过 分析比较，本系统选择了美国Z-World公司的RABBIT2000系列的RCM2300，其产品的支持语言是 一种改进的C语言开发系统—Dynamic C。

RABBIT2000 微处理器是专门为应用于中小型控制器而设计的一种高性能微处理器，它使用 简便，其硬件及软件都最大程度地实现了安全简洁，运算速度在8 位总线微处理器中处于领先 地位，而且存储器的接口设计允许最大限度地使用内存带宽。通过指令，由一条电缆连接PC 串行口和基于RABBIT2000 的目标系统完成软件开发。其集成特性与无缝架构方便了快速硬件设计， 其友好的C 指令也提高了复杂应用程序的有效开发，使用十分广泛。

对嵌入式系统而言，RABBIT2000 性能优于许多16 位，32 位微处理器，其效率也优于同类8 位系列。RABBIT2000 改进了Z80 和Z180CPU 的指令集和寄存器，在Z80 和Z180 指令集基础上 增添了许多新的指令。RABBIT2000 删除了Z180 中一些过时和多余指令来释放硬件空间以保证有 效地执行新指令，使指令系统效率有了很大提高。RABBIT2000 指令集的改进，提供了快捷的浮点 数及整数的运算能力。凭借30Mhz 的时钟速度以及众多附件（内存，一体化接口的I/O 控制信 号，4 个串行端口，超过40 个通用I/O 引脚，8 位和10 位的Timer，实时时钟以及灵活的计时 选项），RABBIT2000 整装了一个硬件平台。Dynamic C 开发环境则集成了高效的应用程序编译器、 调试器以及链接器。

此外，该系列微处理器可以运行流行的Internet 协议，如HTTP、SMTP、 POP3、TCP、UDP、ICMP、IP 等，还可以外接一个以太网控制芯片RTL8019，通过RJ-45 连到 以太网上实现Ethernet（IEEE802.3）协议处理。

来源：维库开发网