基于GPRS的远程数据采集系统设计

摘 要：本文设计了一种基于GPRS网络通信的远程数据采集系统，主要论述了采用AT89C52单片机控制GPRS模块（G20），利用短消息传输来实现远程数据采集系统的方案。根据GPRS通信技术在中低速率数据传输方面的突出优势，使系统具有一定的高可行性和高性价比。该方案还具有通用性，可用于工业控制、金融、交通等行业，具有很广阔的发展前景。

引言

我国在水利、电力和天然气等资源的监测中还没有经济实用的自动化数据采集和传输设备，大部分地方仍然通过人工方式进行数据采集和分析。由于资源的监测点在地理位置上分布很广，现有的一些数据传输方法如利用电话线、电力载波等就存在着诸多的问题，如覆盖范围小，线路维护量大，电力载波上噪声污染导致通信不可靠等。随着无线通信数字网络的发展，采用GSM和GPRS无线通信网作为通信方式为上述问题提供了一个新的解决方案。本文介绍的就是一个采用GPRS通信模块利用短消息方式实现远程数据采集的系统，它可以用于多种遥测系统，完成远端环境、资源信息等数据的采集。

1 GPRS与GSM短消息的关系

1.1 GPRS技术

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线业务的简称，该技术建立在GSM 网络的基础上，被称为2.5代移动通信技术，它将无线通信与Internet紧密结合。GPRS作为一种高速、高效、经济的无线系统，具有网络覆盖范围广、数据带宽宽、适应性强、计价按数据流量计算、实时在线的优点，特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大量数据传输，完全满足数据采集及监控的双向数据信息传输。随着GPRS技术在移动通信领域的发展,已能够实际应用到许多需要无线数据传输的领域，也为数据采集传输及监控提供了一种新的数据传输通讯方式。

1.2 GSM短消息业务

GSM网络是国内覆盖范围最广，应用最普遍的无线通信网络。主要利用其短消息业务

（SMS）实现上述功能，SMS是通过GSM网的控制信道传输用户分组信息的一种增值服务，经短消息业务中心完成存储和前转功能，特别适合信息量不大的业务数据，它使用GSM网的公共控制信道，通话期间不影响短消息的传输。短消息业务的优点是传输速度快，单个数据传输价格便宜，不占用话音；利用这些特点，及其双向传输的性能，可方便地实现对于采集站设备的信息采集和远程控制，实现遥控、遥测等。因此，通过GSM 网的短消息作为一种数据传输模式，具有网络覆盖面广、用户投资小、运营费用少的优点，对于监控采集点分散、覆盖面广、监控点不固定、实时性要求较低的监控采集系统具有无可比拟的优势。

1.3 GPRS与GSM短消息的内在联系

用GPRS作为短消息发送的载体优点甚多，GPRS系统有助于克服短消息系统目前数据率低的缺陷，在核心网络先进信令程序的支持下快速发送分组化短消息数据。短消息发送成功率增加，发送时间减少。由于使用同一短消息系统，对业务本身以及对用户不会有影响，业务环境不会因网络扩展而受影响，因此，短消息系统和GPRS系统可互为补充。短消息系统可提供广泛服务，而且极易获得，而GPRS改善了功能。在GPRS模块上利用短消息方式进行数据采集传输可提供短消息系统叠加GPRS系统上的所有优势[1]。

2 系统架构设计

远程数据采集终端由传感器、单片机、GPRS通信模块等组成，完成环境数据的采集、处理和传输。中心数据处理模块由GPRS通信模块和后台数据库组成，对远端发送上来的数据进行分析和处理，同时，也要根据需要对远端数据采集模块发出命令，由远端数据采集模块完成相应的动作。系统体系结构框图（如图1）。

系统设计的方案是通过GPRS通信模块利用短消息方式采集远端数据，所以要对短消息方式发送数据做一些的熟悉和认识[2]。G20支持GSM07.05规定的指令集，该指令集是ETSI（欧洲通信技术委员会）发布的，其中包含了对SMS的控制。利用单片机（AT89C52）的串行口向G20发送一系列AT命令，就达到控制G20收发SMS的目的。G20通过异步通信接口实现对SMS控制有三种协议：基于AT命令集的Text Mode、基于AT命令集的PDU Mode和Block Mode。PDU Mode是发送和接收SMS的一种方法，SMS正文经过十六进制开始编码后被传送。

3系统硬件设计

本系统利用G20模块实现在GPRS网络覆盖区域内的远程数据采集。G20是MOTOROLA公司推出GPRS无线双频调制解调器，主要为语音传输、短消息发送和数据业务提供无线接口。G20集成了完整的射频电路和GPRS的基带处理器,特别适合于开发一些GPRS的无线应用产品，如监控、调度、车载和遥控等系统，也可以直接作为终端产品进行语音和数据的传输，使用范围十分广泛。在单片机系统上加GPRS模块构成网络通信的硬件原理框图（如图2）。

整个系统的工作过程如下：在远端的数据经过传感器、变送器等转变成标准信号，经线形光电隔离(TLP521-4)后，再通过A/D转换，转变成数字量；而开关量经光电耦合器后输入，单片机来控制开关量输出，输出量通过反向驱动器和光耦合器后带动大功率器件工作；采集的数据和开关量状态通过单片机的主控程序和GPRS调制解调器（G20模块）发送出去。本系统是利用短消息方式发送的，发送的指令编码在短消息中，当从机接收到主机的短消息后,通过对短消息解码,提取控制命令，执行相应的操作，把操作结果编码成短消息串并传回主机；6主机接从机发回来的短消息经过解码就可以得知系统的各种状态信息。

来源：维库开发网