精品文檔-下載后可編輯基于GPRS網絡技術與之相應的嵌入式無線設備在遠程安全監控中的應用-設計應用1前言

傳統的工業無線通信往往面臨新的挑戰，那就是：為分布各地的設備如何聯網而煩惱、為延綿數公里的通信線纜如何鋪設而費神、為如何與移動的設備通信而苦惱、是否能對分布在現場的儀器儀表迸行遠程智能監控、是否能對改變現有的通信方式而無需大動干戈等。

而如今的基于GPRS網絡技術與嵌入式設備或模塊的遠程監控技術帶來了的機迂可應對上述挑戰。這是因為隨著無線通信技術的發展，GPRS產品在數據傳輸領域的應用日益廣泛。尤其是嵌入式GPRS設備或模塊的出現，更加促進了GPRS通信方式的應用及其業務的發展。

因通過GPRS無線網絡技術，可實現現場信號的實時無線傳輸，用戶可通過因特網，訪問GPRS服務器，隨時查看現場數據。GPRS是通用分組無線業務，是在現有GSM系統上發展出來的一種新的承載業務。GPRS理論帶寬可達171.2kb/s，實際應用帶寬約70kb/s，在此信道上提供TCP/IP連接，可用于Internet連接、數據傳輸等應用。GPRS采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可由多個用戶共享，資源被有效的利用，數據傳輸速率高達171.2kb/s。這項技術可使我國在線分析的應用水平提高一個臺階，從而可達到國際水平，為生產裝置創造更大的經濟效益。

為此，本文僅對基于GPRS網絡技術與之相應的嵌入式GPRS無線數據數傳設備(DTU)的應用特征及在遠程安全監控中的應用作介紹，并以城市輸水管道的無線水壓監測系統與石油管線遠程安全監控系統及PLC遠程系統應用等方案作分析說明。

2先從GPRS技術的嵌入式無線數據傳輸設備(DTU)基本理念人手

DTU是構建遠程無線數據采集系統的重要設備，其主要功能就是為用戶的串口設備與遠程的電腦之間建立一個透明的數據通道。DTU通常具有一個串行接口（UART、CAN-bus等），工作現場的用戶設備通過DTU的串口與位于監控中心的計算機進行透明數據通信，從而可以實現設備的遠程監控。DTU按接口形式可分為RS232接口、RS485/422接口、CAN-bus接口、UART-TTL接口等。按設備形式可分為嵌入式模塊和獨立設備等。按功能劃分可分為基本型、增強型和低功耗型等。

2.1DTU所具有的優勢

(1)有獨具“連線時機可控”功能。在網絡信號不好，或者數據中心服務器出現故障時，目標服務器的連接可能會變得比較困難，而普通DTU的連接時機不可控時，在這種情況下，如果DTU不斷嘗試連接，將會產生大量數據流量，增加費用支出。而GPRS技術的DTU具有連接次數可控、連接間隔可控、以及連接中斷間隔可控功能，為用戶節約流量開銷。

(2)可支持短信配置——不用電腦也能迸行配置。當數據中心服務器出現故障，DTU無法連接服務器時，可用手機以短信方式配置DTU，使其連接其他數據中心或使DTU復位。配置成功后，DTU會發送應答短信，表示配置成功。

(3)支持短信和電話配置——喚醒方式更加活。當DTU工作在空閑下線模式時，有三種方式可以喚醒DTU，使其重新連接數據中心服務器。種是本地喚醒式，即，向DTU串口發送數據使其喚醒；后兩種是遠程喚醒方式，即通過給DUT發送喚醒短信或撥打電話，使其恢復與數據中心的連接。

2.2DTU應用中所關心的問題

串口設備與DTU之間如何通信，有通信協議嗎？回答：沒有。串口設備與DTU之間采用全透明方式傳輸。簡單的例子就是串口設備發出數據“1”，那么在接收端就會收到數據“1”。圖1為用戶設備與服務器數據傳輸過程。

圖1用戶設備與服務器數據傳輸過程

如何在計算機上獲取到DTU發出的數據。GPRSDTU發出的數據包為標準的TCP/IP網絡數據包，該數據包可以在移動網絡和Intemet上傳輸，所以只要計算機能連接移動網絡或Intemet就可以接收到DTU發出的數據包。

如何在計算機上編程實現數據的獲取。使用常見的開發平臺即可非常簡單的開發出上位機軟件。并且提供完整的通訊例子和源碼供用戶參考。

現有的系統是計算機使用串口與設備直接通信，若希望改為無線方式，并不需要做大的改動。使用虛擬串口方式，把遠端DTU的串口虛擬成為計算機上的串口，因此無需對上位機軟件做任何改動，就可以將現在的有線通信方式升級為無線方式。

3嵌入式GPRS數傳設備(DTU)在遠程監控系統中的應用

3.1電梯運行遠程監控系統中的應用

值此以CAN-bus接口嵌入式無線數傳設備ZWG-23C型為例作說明。

ZWG-23C具有CAN-bus接口的GPRS嵌入式無線數傳設備(DTU)。它可以很方便地接入到CANBUS網絡中，在不需改變原有硬件結構的前提下為CAN-bus網絡提供遠程無線通信接口，實現CAN-bus網絡與遠程計算機之間的數據通訊。其特點是：用戶無需詳細了解CAN網絡知識，可支持CAN2.0A、CAN2.OB協議和支持透明轉換，內置CAN控制器、CAN收發器，其工作溫度范圍為-20℃~+70℃，而CAN-bus支持51000Kbps共15種標準波特率，幀流量可達400幀/秒。

在電梯運行遠程監控系統中的應用。如今電梯的安全使用及管理將直接關系到人民的生命財產安全，所以電梯系統的安全、規范和科學化管理勢在必行。而電梯控制系統通常使用CAN-bus總線進行通信,具有CAN-bus接口的ZWG-23C可以方便的接入CANbus網絡中，實現電梯運行遠程監控方案（見圖2所示），該系統具有如下優點：能讓電梯生產廠商在管理中心足不出戶隨時了解電梯的運行狀況，便于電梯后期的維護；當地電梯通過GPRS及時將電梯所有故障（如：電梯停電、沖頂、撞底、超速等）主動發送到管理機上，維修人員可以及時處理險情；在全國范圍內聯網監控所有出產的電梯，對銷售和市場情況了如指掌。圖2為具有CAN-bus接口的嵌入式GPRS數傳設備(DTU)ZWG-23C型作為電梯安全控制系統應用示意圖。

圖2嵌入式GPRS數傳設備(DTU)ZWG-23C型作為電梯安全控制系統應用示意圖

3.2嵌入式(智能型)無線測控設備的應用

(1)以嵌入式無線測控設備ZWG—5311L

該ZWG-5311L型可用于各種物理信號的測量，并將測量結果通過GPRS通信方式發送至遠程數據中心。可以輕松實現遠程數據采集功能，節省大量人力物力和寶貴的時間。其特性為：具有對電流、電壓、電阻、溫度、壓力等豐富的采集方式；可設置采樣值觸發上線、定時上線等靈活的上線機制；具有對GPRS數據報警、短信報警等多重報警方式；為5V-35V寬范圍供電，雙電源冗余的高可靠電源與1mA低功耗休眠電流；支持本地、遠程和短信配置而且配置便捷。

(2)在石油管線遠程安全監控系統中的應用

石油生產及輸送設施是國家的命脈，但是卻一直被不法分子竊取破壞，造成了很大的生命和財產損失。所以，對石油設施的安全監控成為政府和企業的當務之急。以往的監控需要耗費大量人力進行巡檢，而且還存在反應不及時、易漏檢的問題。采用遠程監控設備后，相關工作人員可以實時了解到各個節點的信息，比如壓力、溫度等參數。并且可以在遠程監控設備中設置報警，如果管線出現異常情況，設備將啟動報警機制，監控中心的計算機會收到相應的報警數據包，同時工作人員的手機也會收到相關的報警短信，大大提高了系統的可靠性。此外，該設備還具有低功耗休眠功能，完全適合野外電池供電的場合。該系統同樣適用于城市供水、供暖等系統。圖3(a)為石油管線遠程安全監控系統示意圖。

(a)石油管線遠程安全監控系統示意圖(b)輸水管道的無線水壓監測系統應用示意圖

圖3

(3)在城市輸水管道的無線水壓監測系統應用實例

對城市輸水管道進行監控，一旦管道出現破損，時間判斷出管道受損位置及指示維修隊伍立即趕到現場。在每個井內安裝一個監測水壓的無線設備，除了正常向數據中心水壓數據外，一旦水壓超過預定上限值或低于預定下限或是變化超過預定時，立即報警。圖3(b)為輸水管道的無線水壓監測系統應用示意圖。

4嵌入式GPRS無線數傳模塊的應用

如ZWG-23DP/ZWG-23DPS型。DTU是構建遠程無線數據采集系統的重要設備，其主要功能就是為用戶的串口設備與遠程的電腦之間建立一個透明的數據通道。ZWG-23DP是一款嵌入式GPRS無線數傳模塊，它具有小巧的體積和靈活的應用方式，可以非常方便的嵌入到用戶的設備中，使設備具有GPRS無線通信功能。該模塊同時提供配置串口和通信串口，使用便捷。ZWG-23DPS在ZWG-23DP的基礎上增加I/O和AD功能，可實現遠程控制。

嵌入式GPRS無線數傳模塊DTU在電力抄表中的應用。電力載波集中器通過電力貓定期讀取載波電表的用電量（即：抄表），并將數據進行協議封包和加密。前期處理工作完成后，集中器開始檢測GPRSDTU在線狀態（通過檢查串口DCD上線指示信號是否為低電平），當檢測到上線后，即可通過DTU向管理工作站的數據中心服務器發送數據。服務器收到數據后返回應答信號，并進行下一步處理。整個過程中，集中器不需要對DTU進行任何撥號操作和其它額外的狀態機管理，只需檢查DTU是否在線，即是否和服務器保持連接。完全可以把DTU當成一個“無線的串口”來使用，這個“無線串口”沒有任何協議，完全透明傳輸。可以根據用戶的要求對產品的接口形式和功能進行修改。圖4為嵌入式DTU在電力抄表中的應用方案示意圖。

圖4嵌入式DTU在電力抄表中的應用方案示意圖

5基于GPRS網絡技術的PAC遠程系統設計方案

利用GPRS技術無線通信的優點，并結合PAC在工業控制上抗干擾性強的優勢，可應用于實時遙控系統領域。值此以一個對海上的燈塔迸行實時遙控系統的具體設計方案為例作分析。

5.1系統結構組成

PAC遠程實時遙控系統由系統用戶監控中心和通信網絡與終端設備組成。其系統結構拓撲見圖5所示。PLC遠程實時遙控系統分布上由GPRS終端設備和中心服務軟件組成，系統通過配置可以對多個設備迸行狀態和數據監控，也可以通過中心服務軟件僅對單個終端設備迸行遠程調試和通信數據的應答和轉發。

圖5系統結構拓撲圖

(1)GPRS終端設備的設計

GPRS終端設備通過通信口與PAC現場設備連接，它負責采集PLC設備的各種信息數據，并通過IP鏈路方式或GSM短信方式送至系統監控中心或控制手機。另外，將控制手機或系統中心服務軟件發送過來的各種有效控制指令和PAC遠程調試關鍵數據發送給現場PAC設備。

而GPRS終端設備組成包括：嵌入式GPRS通信模塊、MCU處理模塊及其它附屬部件。GPRS終端設備是監控中心服務器迸行業務、數據交互的接口，是系統數據采集和指令執行部分，完成將PLC工作的實時上傳和接收來自監控中心的各種命令的執行工作。而GPRS終端硬件模塊主要包括電源變換模塊、嵌入式GPRS通信模塊、MCU微處理器模塊、PAC控制模塊和現場顯示控制觸摸屏。其硬件結構見圖6所示。

圖6終端設備硬件結構組成

嵌入式GPRS數據通信模塊將從監控中心接收的數據送給MCU微處理器，MCU微處理器根據數據的類型迸行相應的處理，對于需要轉給PAC的數據傳輸給PAC控制模塊。同時MCU微處理器將從PAC控制模塊中得到的數據進行相應的處理，并由嵌入式GPRS模塊發送給監控中心。觸摸屏實時監視系統和設備的運行狀態，并可以進行現場設定設備運行的參數。由于GPRS終端設備不同的模塊所需要的電源參數不同，因此，需要利用電源變換模塊將輸入電源變換為不同的電壓輸入給相應的處理模塊，以滿足其正常的工作。

(2)關于系統中心服務軟件

系統中心服務軟件是整個系統的，其將來自GPRS終端設備的各種指令信息、數據轉發給終端狀態監控軟件，接收來自終端狀態軟件的查詢指令并發送給遠程的GPRS終端設備。

5.2系統的運行

GPRS終端設備將采集的各種信息數據，按照設定的協議送到系統中心服務軟件或用戶監控手機上，系統中心服務軟件判斷收到的數據是監控還是調試轉發數據，按照不同的要求將數據迸行相應的處理，并根據設定的要求迸行接收確認。同時，系統中心服務軟件也可以按照操作人員的要求配置參數，有選擇的查詢必要的終端設備信息。當系統迸行遠程調試應用時，系統中心服務軟件可以對PLC已知的應答軟件迸行自動在線保持，僅將關鍵數據迸行遠程傳輸到GPRS終端設備迸行數據請求，同時GPRS終端設備對已請求到的設備指令發送到系統中心服務軟件，系統中心服務軟件