基于GPRS的遠(yuǎn)程供暖數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng).doc

基于GPRS的遠(yuǎn)程供暖數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)供暖數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)首先要做到每一個采暖用戶都有可以單獨控制和計量的供熱系統(tǒng)，即“分戶控制、分戶計量選擇一種高可靠性、低投入、低運行費用、易維護(hù)的通信方案將分散、域廣、多點的用戶熱能計量進(jìn)行方便有效地管理是整個系統(tǒng)設(shè)計的重要部分，也是采暖供熱行業(yè)研究的重要課題設(shè)計的關(guān)鍵在于采用何種通信網(wǎng)絡(luò)，在監(jiān)控結(jié)點之間提供一個透明的數(shù)據(jù)傳輸通道，以實現(xiàn)遠(yuǎn)端結(jié)點與監(jiān)控中心進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交換隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Sorvice，簡稱GPRS)網(wǎng)絡(luò)通訊的出現(xiàn)，GPRS模塊在短信息方面的應(yīng)用最具優(yōu)勢，具有隨時在線(Always Online)、價格便宜、覆蓋范圍廣等特點，特別適合于需頻繁傳送小流量數(shù)據(jù)的應(yīng)用基于GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程供暖監(jiān)控系統(tǒng)就是應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)、移動無線傳輸技術(shù)和Internet技術(shù)來實現(xiàn)供暖數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和整個系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控1 GPRS簡介GPRS是基于GMS在Phase 2+階段提供的通用分組無線業(yè)務(wù)它采用基于分組傳輸模式的無線口技術(shù)，以一種有效的方式高速傳送數(shù)據(jù)GPRS支持Intemet上應(yīng)用最廣泛的TCPIP協(xié)議和X25協(xié)議，為網(wǎng)內(nèi)終端分配動態(tài)的m地址，通過GGSN接入Internet，用戶可以直接訪問Internet站點數(shù)據(jù)傳輸通過PDCH信道，具有比GSM多出10倍以上的傳輸速率及16甚至更少的費用，傳輸速率理論上最高達(dá)1712 kbits，具有“永遠(yuǎn)在線”和收費低廉的優(yōu)點H JGPRS的主要特點：定義了不同的業(yè)務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲并轉(zhuǎn)發(fā)雙方的數(shù)據(jù)，在雙方通信時為其建立可靠的連接；采用透明通道，不解釋規(guī)約報文，保證通信中心最大可靠性和免維護(hù)性；具有通道檢測功能，通信失敗時斷開當(dāng)前連接，等待GPRS終端和客戶端前置機(jī)重新申請連接，點對點無連接業(yè)務(wù)、點對點面向連接業(yè)務(wù)和點對點多播業(yè)務(wù)定義了新的GPRS無線信道，分配方式靈活每TDMA幀可分配l一8個無線接口時隙，時隙能為動態(tài)用戶共享，且向上鏈路和向下鏈路的分配是獨立的能夠支持間歇的突發(fā)式數(shù)據(jù)傳送，又能支持偶爾的大量數(shù)據(jù)傳輸；支持4種不同的QOS級別，能在0.5一l s內(nèi)恢復(fù)數(shù)據(jù)的重新傳輸采用分組交換技術(shù)，核心層采用口技術(shù)，提供了和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的無縫鏈接J因此，GPRS特別適合于遠(yuǎn)程無線的分布式測量控制系統(tǒng)，比如：運輸業(yè)、GPS汽車定位、無線POS、無線ATM等；氣象、水文的SCADA系統(tǒng)，對災(zāi)害進(jìn)行遙測和告警；城市公用事業(yè)實時監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)，如水、電、氣以及供暖系統(tǒng)、污水管網(wǎng)等的實時監(jiān)控和維護(hù)等領(lǐng)域。2監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)分為4個部分，分別是：監(jiān)控中心主站，主要完成人機(jī)交互工作和數(shù)據(jù)的管理；網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器，主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉(zhuǎn)；GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端，完成信息的上送與下發(fā)；終端智能監(jiān)控設(shè)備，主要完成用戶各種供暖信息(熱能量，進(jìn)出口溫度等)的采集和完成從系統(tǒng)監(jiān)控中心站接收到的控制信號的實施21監(jiān)控中心站由于GPRS網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)都是基于D協(xié)議互相連接的，具有固定口地址的中心站主服務(wù)器，可以通過ISDN ADSL方式上網(wǎng)，因此各用戶終端就可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)透明地傳送數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心的Intemet網(wǎng)上另外增加一臺數(shù)據(jù)處理服務(wù)器和一臺www服務(wù)器來分擔(dān)主服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理任務(wù)數(shù)據(jù)中心站有多臺服務(wù)器，對外部公網(wǎng)只提供一個m地址，因此，采用了一種網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)技術(shù)oNAT端口映射功能將一臺主機(jī)的假口地址映射成一個真P地址，當(dāng)用戶訪問提供映射端口主機(jī)的某個端口時，服務(wù)器將請求轉(zhuǎn)到內(nèi)部提供這種特定服務(wù)的主機(jī)可以讓內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中某臺機(jī)器對外部提供W3VW服務(wù)，而不是將真口地址直接轉(zhuǎn)到內(nèi)部提供www服務(wù)的主機(jī)上來自用戶的信息經(jīng)主服務(wù)器的端口映射到數(shù)據(jù)處理服務(wù)器接收，然后再送回主服務(wù)器保存在SQL數(shù)據(jù)庫中最終WWW服務(wù)器從主服務(wù)器上調(diào)用SQL數(shù)據(jù)庫，將用戶信息在web頁上實現(xiàn)動態(tài)更新顯示。22用戶遠(yuǎn)程終端遠(yuǎn)程用戶終端主要是由采用低功耗JY-RTU6120-M、GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊單元等組成熱能表與通訊模塊之間采用RS485串行通訊，目的是盡可能地減少GPRS通訊端點的數(shù)量，適應(yīng)當(dāng)前民用住宅中一個單元多住戶的特點JY-RTU6120-M特點提供設(shè)備狀態(tài)指示燈，方便設(shè)備維護(hù)；寬電壓供電范圍：7V-30V；帶RS232、RS485(232也轉(zhuǎn)為485的情況下，可以有兩路485)；內(nèi)置大容量SPI-flash(容量可選1Mbit-64Mbit)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的長時間本機(jī)保存（需定制）；12路AD仿真量輸入(12位)，輸入電壓為0-30V，也可以測量4-20mA工業(yè)電流信號；9路繼電器輸出控制 (輸出的位數(shù)自選)；內(nèi)置RTC，掉電可自動計時，定時定點喚醒，需定制；高效的電源管理設(shè)計，在對功耗要求嚴(yán)格的場合，實現(xiàn)低功耗節(jié)能，延長工作時間，需定制；傳輸支持多種協(xié)議，我公司自定協(xié)議和Modbus協(xié)議(ASCII、RTU、Modbus TCP)完美支持；Modbus從機(jī)工作模式：標(biāo)準(zhǔn)從機(jī)、從機(jī)主動回傳；Modbus主機(jī)工作模式：標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)、主機(jī)不巡檢；數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸支持GPRS、以太網(wǎng)等；如圖：1)熱能表與GPRS模塊的通信終端采用IT公司的低功耗16位控制器作為核心處理部件，由無磁流量傳感器、微動閥門以及其它功能電路擴(kuò)展等組成具有測量進(jìn)出口溫度、流量并根據(jù)進(jìn)出口溫度差、流量、熱焓等參數(shù)經(jīng)查表計算出單位時間的熱能耗和累計熱能消耗，按監(jiān)控中心指令開啟或關(guān)閉閥門，顯示各種參數(shù)、報警提示等功能熱能表與GPRS模塊控制單片機(jī)之間的通訊采用RS485串行通訊技術(shù)GPRS模塊控制單片機(jī)對各點熱能表的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，需提交的數(shù)據(jù)信息嵌入到AT命令行中，經(jīng)RS232傳送到GPRS模塊MC55進(jìn)行發(fā)送同樣，GPRS模塊接收到的短信息通過RS232通信端口傳輸給GPRS模塊控制單片機(jī)，模塊控制單片機(jī)再通過RS485串行傳送給熱能表，熱能表要從數(shù)據(jù)流中提取出控制命令信息，根據(jù)監(jiān)控中心的指令進(jìn)行閥門的控制2)GPRS模塊MC55的設(shè)置系統(tǒng)選用的GPRS模塊MC55支持直接TCPIP鏈接、FTP鏈接和基于SMTP、POP3協(xié)議的郵件收發(fā)建立直接TCPIP鏈接、FTP鏈接都需要確定GPRS發(fā)送端和網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器的口地址，需要系統(tǒng)租用網(wǎng)絡(luò)商提供專門的服務(wù)器，費用很高為了簡化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)和降低系統(tǒng)建設(shè)費用，采用了電子郵件的方式傳輸數(shù)據(jù)GPRS發(fā)送端通過電子郵件將用戶熱能表的信息傳送到指定的郵件服務(wù)中心，監(jiān)控中心通過訪問電子郵箱得到監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心的控制命令則通過GSM系統(tǒng)以SMS短信的形式傳給GPRS模塊這樣的設(shè)計可以不用對GPRS模塊的m地址進(jìn)行解析，只要知道GPRS模塊所用的SIM卡的號碼就可以對其進(jìn)行遠(yuǎn)端控制同時利用公共網(wǎng)上已有的電子郵件服務(wù)中心，不必專門租用網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器，降低了系統(tǒng)運營成本MC55的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置分兩層：連接模式與服務(wù)模式需要先設(shè)置連接模式，在連接模式下選擇需要的服務(wù)模式在MC55中連接模式最多可以設(shè)6個(MU前只有CSD與GPRS0兩種接人模式可用)，每個連接模式支持10種服務(wù)模式，其中可建立2個HTTP鏈接服務(wù)，6個SOCKET鏈接服務(wù)(1個FTP鏈接，1個POP3鏈接，1個SMTP鏈接)，MC55對現(xiàn)有兩種連接模式所需參數(shù)進(jìn)行設(shè)定J本項目中采用的是GPRS0模式，其中，Mandatory為強(qiáng)制信息用戶設(shè)定，必須與當(dāng)?shù)赝ㄐ胚\營商要求的一致，Optional是用戶自定信息。3軟件設(shè)計GPRS的調(diào)制解調(diào)模塊采用西門子公司生產(chǎn)的MC55，它提供RS232串行通訊口，支持AT指令集進(jìn)行控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要是實現(xiàn)在混合信號微控制器MSP430F427中用c語言編輯AT命令，并通過RS232通信接口與MC55進(jìn)行通信31 MC55的串行通訊熱能表將進(jìn)、出口溫度值和根據(jù)進(jìn)、出口溫度差、流量、熱焓等參數(shù)經(jīng)查表計算出的瞬時熱能消耗及累計熱能消耗量等提交的數(shù)據(jù)制定成簡單的數(shù)組信息并定時更新，通過RS485串行口與MC55模塊控制單片機(jī)進(jìn)行通訊系統(tǒng)在初始化時，MC55模塊控制單片機(jī)根據(jù)規(guī)定的信息采集周期設(shè)定一個定時計數(shù)器如果沒有遠(yuǎn)程控制命令對終端進(jìn)行操作，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的信息采集周期時，系統(tǒng)就開始數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸完畢后，定時器清零，系統(tǒng)返回初始化狀態(tài)重新開始循環(huán)32用AT命令實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒?)ATSICS，設(shè)定系統(tǒng)的連接模式；2)ATSlSS，在第1步設(shè)定的連接模式下選擇一個服務(wù)模式，并寫人相關(guān)的參數(shù)；3)AT6SISO，啟動數(shù)據(jù)傳輸；4)ATSISRSISW，讀寫數(shù)據(jù)；5)ATSISC，結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸在每一個AT命令輸入后，模塊都將反饋一個相應(yīng)的信息，正常情況下會反饋“OK”在單片機(jī)的編程中應(yīng)該利用對這些反饋信息的驗證來確定程序執(zhí)行的正確性舊。33監(jiān)控中心軟件監(jiān)控中心軟件是用VC+開發(fā)的，主要是向用戶終端下發(fā)配置信息、控制信息，并接收用戶終端上報的數(shù)據(jù)及故障告警信息，同時對采集的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫、繳費管理，提供查詢、統(tǒng)計、報表等功能。4系統(tǒng)的特點1)系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)服務(wù)，監(jiān)控區(qū)域廣2)系統(tǒng)主要功能是對具有RS485接口的熱能表測量系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控3)利用了公共網(wǎng)上已有的電子郵件服務(wù)中心，不必專門租用網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器，降低了系統(tǒng)運營成本4)可以方便地進(jìn)行測量終端數(shù)量的增減5)性價比高同有線網(wǎng)相比，節(jié)省線路、電話資源，速度較快；同無線局域網(wǎng)相比，免去無線電5結(jié)束語本系統(tǒng)由基于GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和終端等組成TI公司低功耗的MSP430FW427混合信號微控制器的用戶熱能表，配備RS4