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基于GPRSCDMA無線網絡的遠程數據采集系統設計
摘要：本文介紹了GPRS/CDMA無線網絡的工作原理，針對其傳輸特點，設計出基于GPRS/CDMA無線網絡遠程數據采集系統， 并介紹了控制軟件的開發思路和實現過程。實踐證明，先進的無線通信技術為工業現場在線監測提供了極大的便利，有效解決了傳統傳輸方式的弊端，提高了在線監測系統的功能和運行效率。
關鍵詞：GPRS/CDMA;在線監測系統;系統模式; 軟件開發
1、引言
數據采集(Data AcquiSition)是獲取信息的基本手段。數據采集技術作為信息科學的一個重要分支， 是以傳感器、信號測量與處理、微型計算機等技術為基礎而形成的一門綜合應用技術[i]。而借助無線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，具有不受地理環境、氣候、時間的影響等優勢，更具有工程造價和人力資源成本低，傳輸數據不受地域的影響，可靠性高，免維護等優點。通信、計算機等技術的飛速發展，特別是遠程傳輸手段的多元化和技術水平的提高， 使遠程數據采集技術有了廣泛的應用。
2、系統結構組成基于GPRS/CDMA無線網絡的遠程數據采集系統由工業現場數據采集系統、無線網絡通信系統、監控中心等組成(如圖1)。工業現場數據采集系統利用各類傳感器對現場監測點進行監測， 傳感器輸出信號經現場數據采集模塊處理后， 由無線傳輸模塊(GPRS/CDMA模塊)依次進行TCP封裝一IP封裝一PPP封裝，然后將數據發送~flGPRS/CDMA網絡，通過路由和網關， 最后經由Internet網絡以TCP/IP傳輸協議送到監控中心綁定公網固定IP的路由服務器上， 通過局域網內NAT端口映射技術將其映射到數據中心服務器上。監控中心通過控制管理軟件對發送過來的數據實行統一的控制管理，監控中心也可以向工業現場數據采集站點發送各種指令來控制監測點的運行。
3、GPRS/CDMA無線網絡的工作原理GPRS是在現有的GSM網絡基礎上疊加的一個新的網絡，能給用戶提供端到端的、廣域的無線IP連接，是一種無線高速數據傳輸技術。它以分組交換技術為基礎，用戶通過GPRS可以在移動狀態下使用各種高速數據業務，包括收發E—mail、進行Internet瀏覽、即時聊天等。
CDMA技術原理是基于擴頻技術， 即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數據， 用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制，使原數據信號的帶寬被擴展，再經載波調制并發送出去。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， 以實現數據傳輸[2]。
GPRS/CDMA數據無線傳輸相對于傳統的遠程數據傳輸方案具有如下優點[3]：① 永遠在線：客戶端不需要像傳統撥號上網(PSTN)那樣，斷線后需重新撥號，才能在線�？蛻舳穗S時部與網絡保持聯系， 即使沒有數據傳送時，客戶始終與網絡之保持連接;② 快速登錄：GPRS / CDMA 的網絡登陸時間很快，無線終端一開機，就已經與網絡建立了連接。每次登錄Internet只需要一個激活過程， 一般僅需1～3S： ③ 按量收費：GPRS/CDMA網絡按照客戶接收和發送數據包的流量收取費用， 沒有數據流量傳遞時， 客戶即使在線也不收費。④ 組網簡單、迅速、靈活：
GPRS/CDMA無線DDN系統可以通過Internet網絡隨時隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動數據通信專用網絡， 為客戶提供接入便利， 節省接入投資。GPRS/CDMA數據無線傳輸的以上特點使之非常適合于連續、實時監測數據的無線傳輸。
無線網絡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GPRS/CDMA DTU與當地GSM/CDMA基站中的GPRS/CDMA 1x,lk務節點進行無線通信，并進入GPRS/CDMA網絡， 然后通過GPRS/CDMA網關與互聯網進行數據交互， 如圖2所示。
在實際通信中， 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、網絡層和傳輸層4層網絡協議，如圖3所示。
4、系統軟件設計與實現
遠端控制中心與現場主站的通信需要設計相應的控制軟件，主要功能是實現接受和發送TCP協議的IP， 以實現與GPRS/CDMA DTU的IP協議相互通信，完成工業現場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++開發平臺，具有編程簡潔、程序集成度高的特點，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，事件可由用戶操作發生，也可由操作系統和其他應用程序的消息觸發，甚至由應用程序本身的消息觸發。這有利于在工控程序中對工業過程動畫和實時信息的處理， 并能在任何時候對外部工控對象觸發的緊急事件做出反應：
另外使用其自帶封裝好的通信控件，也極大簡化了通信功能模塊的程序設計。
在visua] C¨ 開發平臺上，通過調用MFC類中的casyncsocket套接字類， 實現Socket編程。其主要通過創建兩種Socket 類來實現， 即Socket(CListenSocket)和數據接收與處理Socket類(CServerSocket )[6]
ELi StenSocket定時相應的端口， 接收DTU的連接請求， 創建一個Socket線程并完成TCP鏈路的建立與維護，配合數據庫技術實現數據接收、存儲及監控等功能，然后把原始套接字放回狀態繼續。CServerSocket負責數據接收、處理和命令發送。網絡通信服務子系統的數據收發子程序流程如圖4。
在遠端監控中心，數據在數據中心服務器上通過數據處理及伺服入庫程序自動進入后臺的數據庫。數據處理與管理系統對采集到的原始數據進行預處理，存儲、管理監測點、原始數據等基礎信息和各種類型的監測數據。無線采集系統運行在遠端監控中心的服務器上，長期保持在線采集。
5、結語
基于GPRS/CDMA無線網絡的遠程數據采集系統采用公用的移動通信網絡，通信可靠，投資少，可以實現無線遠程監控，有效彌補了因地理環境限制等因素造成工業現場不能組網而導致無法進行實時監測這一缺點，隨著3G技術的應用，GPRS/CDMA無線網絡將擺脫傳輸數據量小這一瓶頸，在實際應用中發揮更大的作用。
參考文獻：
[1】沈蘭蓀。高速數據采集系統原理與應用[M].北京：人民郵電出版社，1 995：10-1 5
[2] 黃志強，韓月霞�；贕PRS Internet的城市路燈遠程監控實現[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 無線通信技術在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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