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基于GPRSCDMA無線網(wǎng)絡的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計
摘要：本文介紹了GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡的工作原理，針對其傳輸特點，設計出基于GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 并介紹了控制軟件的開發(fā)思路和實現(xiàn)過程。實踐證明，先進的無線通信技術為工業(yè)現(xiàn)場在線監(jiān)測提供了極大的便利，有效解決了傳統(tǒng)傳輸方式的弊端，提高了在線監(jiān)測系統(tǒng)的功能和運行效率。
關鍵詞：GPRS/CDMA;在線監(jiān)測系統(tǒng);系統(tǒng)模式; 軟件開發(fā)
1、引言
數(shù)據(jù)采集(Data AcquiSition)是獲取信息的基本手段。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比，具有不受地理環(huán)境、氣候、時間的影響等優(yōu)勢，更具有工程造價和人力資源成本低，傳輸數(shù)據(jù)不受地域的影響，可靠性高，免維護等優(yōu)點。通信、計算機等技術的飛速發(fā)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(shù)據(jù)采集技術有了廣泛的應用。
2、系統(tǒng)結構組成基于GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)、監(jiān)控中心等組成(如圖1)。工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用各類傳感器對現(xiàn)場監(jiān)測點進行監(jiān)測， 傳感器輸出信號經(jīng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)發(fā)送~flGPRS/CDMA網(wǎng)絡，通過路由和網(wǎng)關， 最后經(jīng)由Internet網(wǎng)絡以TCP/IP傳輸協(xié)議送到監(jiān)控中心綁定公網(wǎng)固定IP的路由服務器上， 通過局域網(wǎng)內(nèi)NAT端口映射技術將其映射到數(shù)據(jù)中心服務器上。監(jiān)控中心通過控制管理軟件對發(fā)送過來的數(shù)據(jù)實行統(tǒng)一的控制管理，監(jiān)控中心也可以向工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集站點發(fā)送各種指令來控制監(jiān)測點的運行。
3、GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡的工作原理GPRS是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡基礎上疊加的一個新的網(wǎng)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(shù)據(jù)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(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務，包括收發(fā)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(shù)據(jù)， 用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)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處理，把寬帶信號還原成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴， 以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸[2]。
GPRS/CDMA數(shù)據(jù)無線傳輸相對于傳統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)傳輸方案具有如下優(yōu)點[3]：① 永遠在線：客戶端不需要像傳統(tǒng)撥號上網(wǎng)(PSTN)那樣，斷線后需重新?lián)芴�，才能在線。客戶端隨時部與網(wǎng)絡保持聯(lián)系， 即使沒有數(shù)據(jù)傳送時，客戶始終與網(wǎng)絡之保持連接;② 快速登錄：GPRS / CDMA 的網(wǎng)絡登陸時間很快，無線終端一開機，就已經(jīng)與網(wǎng)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(wǎng)絡按照客戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的流量收取費用， 沒有數(shù)據(jù)流量傳遞時， 客戶即使在線也不收費。④ 組網(wǎng)簡單、迅速、靈活：
GPRS/CDMA無線DDN系統(tǒng)可以通過Internet網(wǎng)絡隨時隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡， 為客戶提供接入便利， 節(jié)省接入投資。GPRS/CDMA數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)囊陨咸攸c使之非常適合于連續(xù)、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸。
無線網(wǎng)絡硬件系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集端和GPR S/CDMAD T U ( D a t aTerminalUnit，數(shù)據(jù)傳輸終端) 組成[4]。首先，數(shù)據(jù)采集終端通過GPRS/CDMA DTU與當?shù)谿SM/CDMA基站中的GPRS/CDMA 1x,lk務節(jié)點進行無線通信，并進入GPRS/CDMA網(wǎng)絡， 然后通過GPRS/CDMA網(wǎng)關與互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交互， 如圖2所示。
在實際通信中， 系統(tǒng)設計需要分層考慮，DTU既要完成數(shù)據(jù)加工和協(xié)議加載， 如數(shù)據(jù)的打包和分包，又要完成物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層和傳輸層4層網(wǎng)絡協(xié)議，如圖3所示。
4、系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)
遠端控制中心與現(xiàn)場主站的通信需要設計相應的控制軟件，主要功能是實現(xiàn)接受和發(fā)送TCP協(xié)議的IP， 以實現(xiàn)與GPRS/CDMA DTU的IP協(xié)議相互通信，完成工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)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(fā)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(tǒng)的資源，有利于對大量數(shù)據(jù)、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(qū)動方式，代碼不是自上向下執(zhí)行，而是在響應不同的事件執(zhí)行不同的代碼片段，事件可由用戶操作發(fā)生，也可由操作系統(tǒng)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)過程動畫和實時信息的處理， 并能在任何時候?qū)ν獠抗た貙ο笥|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，也極大簡化了通信功能模塊的程序設計。
在visua] C¨ 開發(fā)平臺上，通過調(diào)用MFC類中的casyncsocket套接字類， 實現(xiàn)Socket編程。其主要通過創(chuàng)建兩種Socket 類來實現(xiàn)， 即Socket(CListenSocket)和數(shù)據(jù)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(chuàng)建一個Socket線程并完成TCP鏈路的建立與維護，配合數(shù)據(jù)庫技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、存儲及監(jiān)控等功能，然后把原始套接字放回狀態(tài)繼續(xù)。CServerSocket負責數(shù)據(jù)接收、處理和命令發(fā)送。網(wǎng)絡通信服務子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)子程序流程如圖4。
在遠端監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)中心服務器上通過數(shù)據(jù)處理及伺服入庫程序自動進入后臺的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)處理與管理系統(tǒng)對采集到的原始數(shù)據(jù)進行預處理，存儲、管理監(jiān)測點、原始數(shù)據(jù)等基礎信息和各種類型的監(jiān)測數(shù)據(jù)。無線采集系統(tǒng)運行在遠端監(jiān)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(wǎng)絡的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用公用的移動通信網(wǎng)絡，通信可靠，投資少，可以實現(xiàn)無線遠程監(jiān)控，有效彌補了因地理環(huán)境限制等因素造成工業(yè)現(xiàn)場不能組網(wǎng)而導致無法進行實時監(jiān)測這一缺點，隨著3G技術的應用，GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡將擺脫傳輸數(shù)據(jù)量小這一瓶頸，在實際應用中發(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(jiān)控實現(xiàn)[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(shù)據(jù)傳輸中的應用【J】。 氣象科技，2007，35(1)：1 39—1“42.
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