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基于GPRSCDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的遠程數據采集系統設計
摘要：本文介紹了GPRS/CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的工作原理，針對其傳輸特點(diǎn)，設計出基于GPRS/CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )遠程數據采集系統， 并介紹了控制軟件的開(kāi)發(fā)思路和實(shí)現過(guò)程。實(shí)踐證明，先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)為工業(yè)現場(chǎng)在線(xiàn)監測提供了極大的便利，有效解決了傳統傳輸方式的弊端，提高了在線(xiàn)監測系統的功能和運行效率。
關(guān)鍵詞：GPRS/CDMA;在線(xiàn)監測系統;系統模式; 軟件開(kāi)發(fā)
1、引言
數據采集(Data AcquiSition)是獲取信息的基本手段。數據采集技術(shù)作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支， 是以傳感器、信號測量與處理、微型計算機等技術(shù)為基礎而形成的一門(mén)綜合應用技術(shù)[i]。而借助無(wú)線(xiàn)傳輸手段的遠程數據采集系統，與傳統的數據采集系統相比，具有不受地理環(huán)境、氣候、時(shí)間的影響等優(yōu)勢，更具有工程造價(jià)和人力資源成本低，傳輸數據不受地域的影響，可靠性高，免維護等優(yōu)點(diǎn)。通信、計算機等技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是遠程傳輸手段的多元化和技術(shù)水平的提高， 使遠程數據采集技術(shù)有了廣泛的應用。
2、系統結構組成基于GPRS/CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的遠程數據采集系統由工業(yè)現場(chǎng)數據采集系統、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信系統、監控中心等組成(如圖1)。工業(yè)現場(chǎng)數據采集系統利用各類(lèi)傳感器對現場(chǎng)監測點(diǎn)進(jìn)行監測， 傳感器輸出信號經(jīng)現場(chǎng)數據采集模塊處理后， 由無(wú)線(xiàn)傳輸模塊(GPRS/CDMA模塊)依次進(jìn)行TCP封裝一IP封裝一PPP封裝，然后將數據發(fā)送~flGPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)路由和網(wǎng)關(guān)， 最后經(jīng)由Internet網(wǎng)絡(luò )以TCP/IP傳輸協(xié)議送到監控中心綁定公網(wǎng)固定IP的路由服務(wù)器上， 通過(guò)局域網(wǎng)內NAT端口映射技術(shù)將其映射到數據中心服務(wù)器上。監控中心通過(guò)控制管理軟件對發(fā)送過(guò)來(lái)的數據實(shí)行統一的控制管理，監控中心也可以向工業(yè)現場(chǎng)數據采集站點(diǎn)發(fā)送各種指令來(lái)控制監測點(diǎn)的運行。
3、GPRS/CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的工作原理GPRS是在現有的GSM網(wǎng)絡(luò )基礎上疊加的一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò )，能給用戶(hù)提供端到端的、廣域的無(wú)線(xiàn)IP連接，是一種無(wú)線(xiàn)高速數據傳輸技術(shù)。它以分組交換技術(shù)為基礎，用戶(hù)通過(guò)GPRS可以在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數據業(yè)務(wù)，包括收發(fā)E—mail、進(jìn)行Internet瀏覽、即時(shí)聊天等。
CDMA技術(shù)原理是基于擴頻技術(shù)， 即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數據， 用一個(gè)帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進(jìn)行調制，使原數據信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號還原成原信息數據的窄帶信號即解擴， 以實(shí)現數據傳輸[2]。
GPRS/CDMA數據無(wú)線(xiàn)傳輸相對于傳統的遠程數據傳輸方案具有如下優(yōu)點(diǎn)[3]：① 永遠在線(xiàn)：客戶(hù)端不需要像傳統撥號上網(wǎng)(PSTN)那樣，斷線(xiàn)后需重新?lián)芴�，才能在線(xiàn)�？蛻�(hù)端隨時(shí)部與網(wǎng)絡(luò )保持聯(lián)系， 即使沒(méi)有數據傳送時(shí)，客戶(hù)始終與網(wǎng)絡(luò )之保持連接;② 快速登錄：GPRS / CDMA 的網(wǎng)絡(luò )登陸時(shí)間很快，無(wú)線(xiàn)終端一開(kāi)機，就已經(jīng)與網(wǎng)絡(luò )建立了連接。每次登錄Internet只需要一個(gè)激活過(guò)程， 一般僅需1～3S： ③ 按量收費：GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò )按照客戶(hù)接收和發(fā)送數據包的流量收取費用， 沒(méi)有數據流量傳遞時(shí)， 客戶(hù)即使在線(xiàn)也不收費。④ 組網(wǎng)簡(jiǎn)單、迅速、靈活：
GPRS/CDMA無(wú)線(xiàn)DDN系統可以通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò )隨時(shí)隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動(dòng)數據通信專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )， 為客戶(hù)提供接入便利， 節省接入投資。GPRS/CDMA數據無(wú)線(xiàn)傳輸的以上特點(diǎn)使之非常適合于連續、實(shí)時(shí)監測數據的無(wú)線(xiàn)傳輸。
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )硬件系統主要由數據采集端和GPR S/CDMAD T U ( D a t aTerminalUnit，數據傳輸終端) 組成[4]。首先，數據采集終端通過(guò)GPRS/CDMA DTU與當地GSM/CDMA基站中的GPRS/CDMA 1x,lk務(wù)節點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，并進(jìn)入GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò )， 然后通過(guò)GPRS/CDMA網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數據交互， 如圖2所示。
在實(shí)際通信中， 系統設計需要分層考慮，DTU既要完成數據加工和協(xié)議加載， 如數據的打包和分包，又要完成物理層、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層和傳輸層4層網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，如圖3所示。
4、系統軟件設計與實(shí)現
遠端控制中心與現場(chǎng)主站的通信需要設計相應的控制軟件，主要功能是實(shí)現接受和發(fā)送TCP協(xié)議的IP， 以實(shí)現與GPRS/CDMA DTU的IP協(xié)議相互通信，完成工業(yè)現場(chǎng)數據采集系統與監控中心的數據交換[5]。軟件的設計基于Microsoft公司的Visua] c++平臺， 采用Vi sua] c++開(kāi)發(fā)平臺，具有編程簡(jiǎn)潔、程序集成度高的特點(diǎn)，可以充分利用其界面設計工具，迅速完成各種功能的圖形界面設計，得到美觀(guān)清楚的界面：能充分利用系統的資源，有利于對大量數據、圖像進(jìn)行處理：易于維護的功能模塊，加快了研制速度：采用事件驅動(dòng)方式，代碼不是自上向下執行，而是在響應不同的事件執行不同的代碼片段，事件可由用戶(hù)操作發(fā)生，也可由操作系統和其他應用程序的消息觸發(fā)，甚至由應用程序本身的消息觸發(fā)。這有利于在工控程序中對工業(yè)過(guò)程動(dòng)畫(huà)和實(shí)時(shí)信息的處理， 并能在任何時(shí)候對外部工控對象觸發(fā)的緊急事件做出反應：
另外使用其自帶封裝好的通信控件，也極大簡(jiǎn)化了通信功能模塊的程序設計。
在visua] C¨ 開(kāi)發(fā)平臺上，通過(guò)調用MFC類(lèi)中的casyncsocket套接字類(lèi)， 實(shí)現Socket編程。其主要通過(guò)創(chuàng )建兩種Socket 類(lèi)來(lái)實(shí)現， 即Socket(CListenSocket)和數據接收與處理Socket類(lèi)(CServerSocket )[6]
ELi StenSocket定時(shí)相應的端口， 接收DTU的連接請求， 創(chuàng )建一個(gè)Socket線(xiàn)程并完成TCP鏈路的建立與維護，配合數據庫技術(shù)實(shí)現數據接收、存儲及監控等功能，然后把原始套接字放回狀態(tài)繼續。CServerSocket負責數據接收、處理和命令發(fā)送。網(wǎng)絡(luò )通信服務(wù)子系統的數據收發(fā)子程序流程如圖4。
在遠端監控中心，數據在數據中心服務(wù)器上通過(guò)數據處理及伺服入庫程序自動(dòng)進(jìn)入后臺的數據庫。數據處理與管理系統對采集到的原始數據進(jìn)行預處理，存儲、管理監測點(diǎn)、原始數據等基礎信息和各種類(lèi)型的監測數據。無(wú)線(xiàn)采集系統運行在遠端監控中心的服務(wù)器上，長(cháng)期保持在線(xiàn)采集。
5、結語(yǔ)
基于GPRS/CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的遠程數據采集系統采用公用的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )，通信可靠，投資少，可以實(shí)現無(wú)線(xiàn)遠程監控，有效彌補了因地理環(huán)境限制等因素造成工業(yè)現場(chǎng)不能組網(wǎng)而導致無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)監測這一缺點(diǎn)，隨著(zhù)3G技術(shù)的應用，GPRS/CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )將擺脫傳輸數據量小這一瓶頸，在實(shí)際應用中發(fā)揮更大的作用。
參考文獻：
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[2] 黃志強，韓月霞�；贕PRS Internet的城市路燈遠程監控實(shí)現[J].微計算機信息，2007，(1)：50—52
[3] 張京江，江武鵬，張朝林，王迎春。GPRS/ CDMA 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在GPS數據傳輸中的應用【J】。 氣象科技，2007，35(1)：1 39—1“42.
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