（检测技术与自动化装置专业论文）数据采集系统在远程通信中的研究与应用.pdf

贵州大学硕士学位论文数据采集系统程远程通信中的研究与威用 摘要 数据采集系统已广泛的应用到测量 监测 控制 诊断 科学实验等各个领 域中 近年来 数据采集技术由于采用了微机等一系列新技术 锝到了飞速的发 展 其中 g p r s 由于其优越的性能已被广泛应用于数据采集系统中 本文针对远程永情数据采集的问题 提出设计了一种基于g p r s 的远程数据 采集系统 6 对水位进行采集并进行处理 本设计利用了g p r s 通信模块 p i c 单片机 水位传感技术以及现有的g p r s 嬲终 实现对水情数据的自动监测 从 而达到取代现有落后的水情测报系统 更加合理有效的利用现有水资源的目的 该系统在结构上主要包括两个模块 远端求情数据采集终端和g p r s 远程 传送部分 远端水情数据采集终端由传感器 单片机 g p r s 通信模块等组成 阏络数据的采集 转换 放大 滤波 以短信形式将水情数据发送给数据采集控 制管理中心 数据采集控制管理中心由g p r s 通信模块 管理模块和后台数据库 等缰成 对远端模块发送上来的数据进行分橱和处理 生成褶关的报表及图表 完成相关处理 为了减夺体积 提高运行的稳定性和可靠性 本系统在电路设诗 器件选择 制版方面都做了精心的考虑 如充分考虑了单片机与g p r s 通信模块的通信问题 系统软件采用了c 语言编写 采用了模块化结构 在减小软件体积 提高代码效 率和运行可靠性方面都有了保证 关键词 g p r sg p r s 通信模块 p i c 单片机 数据采集 数据传输 l 贵州大学硕士学位论文数据采集系统在远程通信中的研究与应用 a b s t r a c t d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mh a sb e e np u ti n t ot h eu s eo fm e a s u r e m e n t c o n t r o l e x a m i n a t i o n s c i e n c ee x p e r i m e n ta n ds oo n d u r i n gr e c e n ty e a r s t e c h n o l o g yo fd a t a a c q u i s i t i o nh a sb e e ni m p r o v e dg r e a t l yb e c a u s eo fas e r i e so fa d v a n c e dt e c h n o l o g i e s s u c ha sm c u g p r sh a sc o m ei n t ow i d eu s ef o ri t ss u p e r i o r i t yp r o p e r t i e s a c c o r d i n gt oa na c t u a lp r o b l e mo fa u t o m a t i o nd a t aa c q u i s i t i o no fw a t e rs i t u a t i o n t h i s t h e s i sp r o p o s e sa n dd e s i g n sar e m o t ed a t ac o l l e c t i o ns y s t e mu s i n gg p r s c o l l e c t sa n d p r o c e s s e st h ew a t e rl e v e l b a s e so ng p r sn e t w o r k t h i ss y s t e mc o n s i s t so fg p r s m o d u l e p i cs i n g l ec h i nc o m p u t e r t h ew a t e rl e v e ls e n s i n gt e c h n o l o g y p ca n dw a t e r l e v e ls e n s o r sa n dm o n i t o r st h es i t u a t i o no fs o m ea r e a s t h e r e f o r et h er e s o u r c e so f w a t e ri nt h ea r e ac a nb eu s e de f f i c i e n t l y t h es y s t e mi sc o m p o s e do ft w op a r t s t e r m i n a l so fw a t e ri n f o r m a t i o nc o l l e c t i n ga n d c o n t r o la n dg p r sr e m o t et r a n s m i s s i o nu n i t t h ei n f o r m a t i o nc o l l e c t i n gt e r m i n a l sa r e c o n f i r m e da su n i q u ei d i n c l u d i n gs i n g l ec h i pc o m p u t e r w a t e rl e v e ls e n s o r s a n d g p r sm o d u l e a f t e rf i n i s h i n gt h ep r o c e s so fc o l l e c t i n g e n l a r g i n ga n df i l t e r i n go ft h e w a g e t h ed a t ao fw a t e rl e v e lw o u l db es e n tt ot h ec e n t e ro fc o n t r o la n dm a n a g e m e n t b ym e a n so fs m s t h ec e n t e ro fc o n t r o la n dm a n a g e m e n t i n c l u d i n gg p r sm o d u l e m a n a g e m e n tm o d u l e d a t a b a s ea n ds oo n a n a l y z e st h ed a t af r o mt h ec o l l e c t i n g t e r m i n a l st o p r o d u c es o m ec h a r t sf o rp r o c e s s i n go fd a t aa n ds e n d sc o n t r o l st ot h e t e r m i n a l s i no r d e rt or e d u c et h ev o l u m ea n di m p r o v et h es t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y c i r c u i td e s i g n a n dd e v i c ec h o i c ep l a t eh a v eb e e np u ti n t og r e a tc o n s i d e r a t i o n s u c ha sg i v i n gf u l l c o n s i d e r a t i o nt ot h em c ua n dg p r sc o m m u n i c a t i o n sm o d u l eo ft h ec o m m u n i c a t i o n p r o b l e m s s i n c es y s t e ms o f t w a r ei sp r o g r a m m e dw i t hcl a n g u a g ea n dm o d u l a r s t r u c t u r e v o l u m eo fs o f t w a r e o p e r a t i o n a le f f i c i e n c ya n dr e l i a b i l i t yo ft h ec o d ea r e e n s u r e d k e y w o r d s g p r s g p r sc o m m u n i c a t i o nm o d u l e p i cm i c r o c o n t r o l l e r d a t a a c q u i s i t i o n d a t at r a n s m i s s i o n v 擞州大学硕出学位论文数据采熊系笺在远糕通信巾的研究与殿用 瓣 学位论文原制槛声明和荚挚学位论交使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明 所里交的学位论文 是本人在导师的指导下 独 立进行研究所取得靛成果 除文中已经注明孳 孀的志容羚 本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果 对本文的研 究在做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人 完全意识到本声辨旋法律责任滋本人承握 论文作者签名 筐选 踊 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有美保留 使用学位论文的规定 同意学 校保嚣或向萄家有关部心或枫构送交论文的复印件和电子版 允许论 文被查阅和借阅 泰人授权贵州大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或其他复制手段 保存论文争汇编本学饺论文 瀑密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 堡逢 导炜签名 贵州大学硕士学位论文 数据采集系统在远程通信中的研究与应用 1 1研究背景 第一章绪论 无线通信具有可移动性以及真正三维空间物理空间的无缝覆盖能力 具有广域复杂网络 拓羚的构成能力 具有良好的灵活性与普遍服务能力 嚣且实践已经证明 无线通信对抗震 救灾等突发重大事件具有高度的安全可靠性和灵活机动性 从而体现了其强大的应变能力 另努 无线逶售还舆有蓠絮投资较少 以及卫星通信对区域及国际通傣等远距离通信均不敏 感等特点 7 1 无线通信尤其是地面移动通信和卫羼通信的上述一系列优点 对未来信息社会 所要求静全球个人逶信无缝黢覆盖和多媒体监务的开展将扮演一穗独具魅力鲍角色 并将越 来越重要 这十年来 中图的移动通信增长率在以超摩尔定律的遽发发展 箍虽其市场预测黄景缀 然十分诱人 移动通信的发展潜力巨大 目前我囡等到二代的核心网络是以g p r s 网络为主 它目 l 蓼的用户数约占我国移动通信用产憋9 孺l 孤 在飙g p r s 曜络技术囱第三代移动透信技零 w c d m a 和t d s c d m a 网络技术演进的过渡期间 廒该实现它们之间的互联互通 以保证终端 在不同隧络之阁的无缝隙漫游 在g p 憋踺终中弓 入移动数据业务 在合理懿投资成本下 实现业务市场快速启动和网络的有效覆盖 根据我国移动通信网络的实际情况技术的引入为 我粕实瑗这种平滑演迸秘合毽过渡提供了一个较必可靠的方案 中国移动已经开始在全国主 要城市部署支持分组数据业务的g p r s 系统 近年来 移动通信在全球范围内迅猛发展 数字纯窝隧络诧已成为不可逆转鳇趋势 现 有的第二代移动通信系统到目前为止融经相当成熟 到2 0 0 6 年3 月朱 我国融经有移动用 户4 0 9 多亿 互联网络溺予也已经超过 亿户 随着移动通馈技术 互联网技术和诗算枫 技术的飞速发展 移动通信融经不在局限于单纯的语音通信 把移动和i p 结合起来已经成 隽不可隘挡的趋势 于是提溉了第三代移动透信系统瑟概念 其核心是宽带 离速率 多媒 体 并且移动通信和因特网在移动环境下提供服务是其主要业务特征 它将使人们的生活方 式发生匿大交纯 生活麓皇国度将会空蓠增加 2 0 i z s 随潜社会的发展 用于测量各种数据的仪表也越来越多 而这些仪表种类繁杂 分布往 往比较分散 采集这些仪表数据 实时靛控这些役表的王作釜也越来越大 如篱高效率 低 成本地采集这些集散仪表的数据是令许多厂家头痛的事 也是迫切需要解决的科技难题 对 贵州大学硕士学位论文数据采集系统禚远程通信中的研究与应用 于许多监控现场 由于需要监控斡区域广 益控的对象种类繁多 需要花费大覆的入力 物 力和财力进行设备的维护 而且还存在着某些容易发生突发性事件的领域 如容易发生火灾 和洪灾的场所 由予这些事件发生的概率相对较小 且具有随枫性积不确定性 如果在现场 实施人员值守是不现实的 同时 在许多条件恶劣 人们不易到达或不能时刻停留的地方偶 尔采集一些现场数据 这时如果进行大量的布线工作英 j 是不经济 不合理的 常用的数据采 集方式有 原始的手工采集法 基于现场总线的方法 无线传输方法等 数据通信技术和移动通信技术是当今信息技术领域十分活跃的两个方向数据通信技术 特别是i n t e r n e t 技术发展的翻新月异 直接导致电信网 计算机网 电视网三网的融合和信 息产业结构的改组 另一方面移动通信技术发展正深刻地改变着人们的生活和思维方式嘲 1 2 远程监测 数据采集技术的现状与发展 八 鼍量t 墩囊童囊 景 一一 g s 躺n e 蜥o r k 母 豢 高 熹 毒 气7 矗矗 o s m a 矗r ii l 目 叠摩戈一舞瘁 图1 1g p r s 自动水文监测系统 远程数据采集系统是以计算规为基础的生产过程控铡与调度自动讫系统 它霹以对现场 的运行设备实现数据采集 设备控制 测量及参数调节替各项功能 与计算机软件 通信 自动化 数据库 两终等技术发展紧密相关 远程数据采集系统的通信技术是铡约其应髑范 围的最主要的因素 在很多情况下 通信条件的好坏直接决定数据采集系统的功能 而g p r s 技术发展成熬 并戆够为远程数据采集系统提供了一种薪型豹通信方式 从g p r s 技术的特 点我们看出 它具有网络覆盖范围广 数据宽带宽 适应性强的优点 可以大大提高远程数 据采集系统 嚣翦 殷远程数据采集系统受矫界手扰 通信速率低 误码率离 数据传送量 不大 信号覆盖范围小等不足 且需申请占用频率资源 在许多地区雉以做到 而g p r s 网 2 菌 解 贵州大学硕士学位论文 数搬采集系统猩远程通信中的研究与成用 络经过电信部门多年建设 覆盖范围不断扩大 穗成为成熟 稳定 w 靠的通信网络 为远 程数据采集系统提供了快速 廉价的最佳数据传输解决方案 i j 远程监测是利用计算机 测量仪表 远程通信设备对遥远现场的数据进行监控 测爨 采集 例如 电力系统中发展的远程抄表 水情郝门应用的远程水位信息采集等 详细系统 图见下面图1 1 1 2 等 随着g p r s 等新型无线网络的发展 基于g p r s c d m a 等无线移 动网络的远程监测技术逐步壮大 成为远程监测领域的新宠 1 2 1 吲 蠡来东硎幢搿啦o c 粥l q m 墨蕊习 g 嘲赫a 翩 i 一 一 一 嗣 堕三重亘豳 驽 魄 一臣圃 图l 26 p 憋城市供水调度整羧系统 随着通信技术的发展 特别是g p r s 通信技术的发展 为应用公共通信信道进行数据传 输提供了篱捷快速的技术手段 由诧为满足短数据传输的建浚属赣大大缩短 与簏囝对遴信 终端设备的体积和成本大大下降 已经成为水文信息传输专用通信网络的替代方式 g p 髂系统有潜有线通繁载体和常规无线通信难以巯美嚣优点 嚣诧 基予g p 憨的远 程监测靛控系统正逐步得到广泛应用 传统的监控往往存在诸多的问题 成本高 效率低 安全洼辘不蹇 维护不方便 嚣基予g p r s 戆远程监测系统较好的克服了这些不足 通过现 有的移动通信网络 非常方便的建立起一种快捷有效的监测系统 本文研究用g p r s 通用分组无线鼗务 通信技术实现役袭无线数据采集 使其有效且低成 本地采集远程仪表数据 远程监控技术随着i n t e r n e t 网络的不断发展而得到广泛应用 利用 i n t e r n e t 网络可以方便 低廉地将信息传送到几乎世界上豹任何一个地方 随鬻移动数据通讯业务的发展 g p r s 网络邋信以更加低廉的价格和永远在线的性能有 着不可镳羹翁发展前景 正是基于以上考虑 本文提出并设计了一种基于g p r s 两络通信静 使用p i c 单片机的远程无线监控系统 该系统硬件设计核心采用微芯公司生产的 p i c l 8 f 4 5 2 i p 单麓机和成都众由科技有限公司生产鲍z d s 3 1 2 0 数据逶信模块 软件使用 v c 6 o 和汇编语言编写 这种终端采集系统可以大量地布控于用户现场 不需要布线 可 3 贵州大学硕士学位论文 数据采集系统在远程通信中的研究与应用 以随意移动 g p r s g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e 称为通用分组无线业务 是g s m 演进过程中新推 出的一项高速数据服务业务 它将移动通信技术和l p 技术有机结合 组成了移动i p 网络 可 与高速发展的固定i p 网实现无缝连接 为用户提供数据 语音 图像等多媒体业务 本论文以移动数据传输应用为目标 以目前无线覆盖面积最大的移动网络为媒质 研制 数据传输系统 这样可以极大的推动数据应用的开发 为今后开发出更多类似产品奠定基础 1 3 本课题研究的内容 解决的问题及意义 1 3 1本课题研究的内容 本课题研究的目的是要将g p r s 技术应用在数据采集系统中 具体研究内容是将g p r s 技术应用在水文自动测报系统中 课题的研究内容包括以下几个方面 1 实现带雨量传感器和水位计的串口通信电路的数据的采集与无线发送 2 研究和分析g p r s 技术的相关国际协议 提出g p r s 在水文自动测报系统中的应用 1 3 2 本文的主要工作 本研究课题主要进行了如下工作 1 选择了合适的g p s 接收机 并且还具有g p r s 模块部分 可以进行无线通信功能 2 对g p r s g p s 机进行了调试 包括本机对自己的通信和两个p c 机之间的通信 实现了数 据的发送和接收 3 学习g p r s 的a t 指令 4 选择了雨量传感器及水位计作为现场信号 并且熟悉传感器的构造及水位编码器 格雷 码 对其传感器数据进行采集 5 搭建了串口通信电路 带电位器 与p i c 单片机相连 并调试程序 6 实现带雨量传感器和水位计的串口通信电路的数据的采集与无线发送 并且在上位机中 接收与显示 7 从i n t e r n e t 网络提取数据 4 贵州大学硕士学位论文 数据采集系统在远程通信中的研究与应用 1 3 3 本课题解决的问题 本课题设计的系统是建立在目前最强大的两大网络 g p r s 和i n t e r n e t 上 通过p p p 和u d p 协议进行数据传输 本课题设计的系统采用如下方式工作 数据中心发送指令 g p r s 终端完全透明的把指令发送给数据中心 在本课题中 要解决的问题有 1 对水位计 雨量计两个传感器电路的设计与实现 2 单片机对传感器数据的采集 3 单片机与g p r s 网络的通信问题 1 3 4 本课题的研究意义 本论文的设计构思是在建立一个仪表数据采集和监控系统的实践基础上提出的 本课题 把g p r s 网络 i n t e r n e t 全球性网络用到了仪表的数据采集中 实现了仪表数据采集和监控的 自动化 智能化 本论文提出了适合这些网络和仪表本身特点的方法 使系统能低成本 高 可靠地运行 g p r s 技术是一个通信时代非常关键的一步 开展g p r s 在数据采集系统中的课题 研究 具有非常重要的学术价值和实际意义 第二章水情遥测系统的现状分析 2 1水情遥测系统的概述 水情遥测系统是当前我国大力推进的水利信息化的重要组成部分之一 水情遥测系统主 要对水情信息进行采集和处理 并做出准确的预报和调度 对水情遥测系统中使用的通信方 式进行研究 对于保障水利系统的正常运行 具有十分重要的意义 现有的水情遥测通信方 式有多种类型 它们在通信质量 适应条件 覆盖范围 地理环境 建设成本及运行费用 实用性等方面各有优缺点 我国早期系统因受通信设备和电子元器件的可靠性 稳定性等因素的影响 已基本淘汰 在认真吸取国外先进技术基础上 研制出较高技术性能的新型水情遥测系统 为了更好的水 情信息传输 本文采用一种基于g p r s 通信方式的水情遥测系统 通过使用g p r s 蜂窝电话 采用g p r s 短信息 g p r s 数据业务等多种移动通信方式 为水情数据传输提供新的解决途径 5 贵州大学硕士学位论文 数据采集系统在远程通信中的研究与应用 2 2 水情遥测系统的组成 求情裔动遥测系统主要对流域范围内的水情镶惠进行采集和处理 徽出准确的预报和调 度 其系统一般由水情遥测站 遥测通信网 中心站等组成 其基本组成结构如图2 1 所示 以g p r s 短倍方式实现水情遥溅的基本原迸是分布在各处的遥测站将采集到的雨情和水情信 息 经过适当的编码和调制后 通过g p r s 网络以短信息的方式传输至中心站 再由中心站完 成相关的处理酶过程汹1 选择具备优良的数据采集与远程通信功能的远程终端 经过简单的 软件设置 即可实现与各种测量仪器连接和适当的通信组网方式 辱墙 强谪穗器黔髑嚣鄹蛋 毽2 i 水情遥测系统示意图 水情遥测站 遥测终端由中央处理爨 信息发送邋售模块 系统外部时钟 水位秘甭量传感器 显豕 模块 电源模块等部分组成 系统框图2 2 所示 一6 贵州大学硕士学位论义数搬采集系统禚远程通信中的研究与应用 其中中央处理器选择p i c 系列的p i c l 8 f 4 5 2 一i p 系歹 l 荤片杌 使用该单片机作为遥测终 端的核心控制器 不仅可以满足系统的输入 输出控制 多种串口配置的技术要求 而且工 作可靠 运行功耗低 程序保密性强 雨量和水位传感器模块可适用于多种信号输入 包括 数字量 频率量 外部触发事件 外部存储器存储遥测站带有时标的检测数据 供操作人员 在需要时到现场下载 二 遥测通信网 遥测通信网是遥测站与中心站间进行数据传输的通道 可靠 高效 标准的网络通信协 议和网络管理功能是非常重要的 可以采用多种通信方式构建系统的遥测通信网 信息发送 无线通讯模块 超短波电台 g s m 短信或g p r s 短信 e d 凇短信等模块可同时开发 本文将 着重介绍g s m 短信或g p r s 缎信方式 三 水情遥测中心站 一般设在防汛调度中心 主要功能是管理和监测各遥测站 通过遥测通信网络收集来自 各遥测站的水情数据 并使用相应的信息处理软件 对接收的数据精心解调 存储和处理 2 3 现有水情遥测系统通信方式 随饕电信技术的迅速发震 可角予监控和管理豹逶倍方式缀多 般可分为有线通讯方 式 g s m 短信息方式 卫星通信和超短波通信方式 通信方式的选择是通信网络设计的熏要 组成部分 它将赢接影响水情遥测的霹靠性和经济性 因此通信方式的选择应搬据求情遥测 的实际要求 所在地区的地形 运行维护条件 建设运行费用以及交通等条件综合分析确定 2 3 1 有线通信方式 在有线方式中水情遥测系统采用有限拨号方式 遥测系统中以公用交换电话网为通倍线 路 公用交换电话鄹通常是囊通信终端 集团电话系统 专用分局交换机中继线和数据访问 设备组成 由于公用交换电话网传输的信号为模拟信号 而计算机所能处理的数字信号不能 直接进入这样的债道 所需的中闻设备就是m o d e m 调铡解调器 m o d e m 是爝来实现数字 信号和模拟信号的相互转换 他是最重要的d c e d a t ac o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n t 数据通 信设釜 设备之一 系统通过标准的躲指令对m o d e m 进行控制访闯 一般的传输过程如下 呼叫请求 呼叫应昝呻 连接建立 连接确认 数据传输 连接终止 7 贵州大学硕士学位论文数据采集系统在远程通信中的研究与应用 图2 3 水情遥测有线通信系统示意图 在有线拨号通信方式水情遥测系统中以公用交换电话网为通信线路 主要有如下优点 1 在有线拨号组网方式中以公用交换电话网进行水情数据传输 公用交换电话网由 电信公司部门进行管理维护 因此本系统中维护成本比较低 2 没有无线电干扰问题 在进行数据的传输时占用语音通道 相当于用户的专线 其他系统的干扰性小 3 技术成熟 设备简单 易于实现低功耗设计 4 投资费用低 安装成本也比较低 无须像超短波等无线通信方式那样申请频率等 手续 在有线组网方式中公用交换电话网 因此省去了用户组网费用 只要用户向电信部门 申请开通电话线路 以公用交换电话网作为传输媒介 也有着其一定的局限性 1 测站的中心站都需安装m o d e m 与电话线 通信受到地点的限制 受地理条件的影 响比较大 在电信公司的通信线路没有达到的地方则无法进行水情数据的通信 2 有线通信通过公用交换电话网 采用拨号方式进行 每次需要数据时 均要事先 拨号连接 由于m o d e m 在进行数据传输前需要和对协议 因此需要的时间比较长 巡测速度 较慢 当对某遥测站点进行控制时 对其他站点巡测将停止 3 通信费用比较高 4 通信线路容易中断 通信将受到影响 由于遥测站是在野外工作 无人值守 电 话线路属于农村线路 线路信号比较差 而且容易受到人为因素的影响 5 有线拨号方式中容易受到雷击 8 贵州大学硕士学位论文 数据采集系统在远程通信中的研究与应用 2 3 2g s m 短信息通信方式 随着无线数据业务的快速发展 g s m 网络系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制 中最完善 应用最广的一种系统 而以短信息进行水情数据传输的系统建立在g s m 网络基础 上 因此具有以下特点 投资小 组网简单 费用低廉 建设周期短 见效快 系统运行费用较低 以止前移动 通信运营商的收费标准 发一条短信息为o 1 元 而接收短信息不收取费用 短信息互联 在跨地区小数据量通信上经济适用 突破了传统的水情遥测系统中对水情数据查询地点的限制 目前g s m 覆盖范围广 是其 他网络所无法比拟的 只要有g s m 信号 手机可用 的地方就可以使用本系统 这样就解决 了水情数据在大范围传输的问题 很好的满足了水情数据传输的需求 在水情数据传输过程中实时水情数据一般为几十个 字节 传输的数据量比较小 而短信息发送协议中可以发送1 4 0 个字节 另外短信息采用 g s m 移动网络 其误码率低 移动网络标准规范 校验方法多 大大提高了水情数据通信的 可靠性 发送短信息的速度较快 平均每5 秒可发送一条短信息 无须像有线调制解调器那样 进行冗长的握手连接 短信息具有点对点的特征 不需拨号 系统容量大 通信可靠性高 可实现批量发送 在较短的时间完成较大量信息的发送 g s m 网络中采用了频分多址和时分多址的复用方法提高系统的容量 解决了环境地域等因素造成的无法通信的问题 也使系统在不断引进新技术 不断应用 新技术有了新的尝试 在水利行业上是一个新的突破 g s m 短信息通讯方式能充分利用移动公网资源 他可以大大节约建设投资 降低维护成 本 但它有几个较大的缺点 g s m 短信息通讯方式为半双工通信方式 不能同时双向收发数据 相对g p r s 而言 它的平均传输时延较大 在重大活动或重大节日等通信高峰期 容易发生信道堵塞 导致通信不畅 2 3 3 超短波通信方式 2 3 0 m h z 频段无线通信具有较好的通信质量和一定的绕射能力 水情遥测系统中的无线 9 贵州大学硕士举位论文数据采熊系统在远程通信中的研究与应用 电透信方式一般都选用2 3 0 m h z 频段的超短波进行水情数据韵傣输 常采用2 3 0 m i l z 数传电台 作为通信王典 由子这种电台是半双工电台 不能羔佟在连续发囊专方式 数中心站和监控站 之间的数据交换不能完全在线 对于本系统 采用点对多点的缎网方式 先对超短波通信方 式进行分析 其系统鬻如图2 4 辑示 遢 溅 愿悃 蜒 二 a 中 i 羹 冲蛩罾 心 懿 计 算 囊 v 撬 灏 冒尉 站 鑫 图2 4 水情遥测光线通信超短波系统示意图 在超短波夯式孛 工俸方式一般采雳螽报方式 巍求情数据发生交纯对 溅站襄尾无线 电台进行水情数据的传输 一般有如下几个过程 当测站求情数撰发送变化或发送对弱戮时 嚣秘将采集舞黔求情数据跣及本溅站戆特链 信息通过无线m o d e m 进行调制 转换为无线电波 缝无线电台向空中发送 当孛心嫔无线奄奄凑毂到僖号蜃 邋过无线m o d f 灌进行解调 将信号还爨 中心菇诗 算机对接收剿的数据信息进行校验判断 如正确 则根据测站的特征码判别是哪个测站的数 据 共黧以曩汞 在以上通信过程中 如果通信距离比较远 则黼经过中继站进行转发 趣短波通信具有信号簧播稳定 逶信矮量较高 技术较戒熟等撬熹 是鬟嚣求情遥溅系 统中一种主嚣通信方式 利用该方式组网的水情遥测系统具有以下特点 传输题离较远 一簸可转输2 0 4 5 k m 其体裰援僚输的频率蠢定 安装维护简单 便于采用避雷措施 避行成本低 使用费用少 在超短波方式孛 震户摄撂鬣家无线警理委贯会分配绘承文检溅戆专惩频率进行转输 如果通信距离远 则缬架设中继站 而且在远距离 地形复杂 多高山地睬 所需中继站数 蟊爱孛转次数将增多 势会带来以下竭题 中继站的数目增加必然姆致设备 士建等相关费用的增加 0 贵州大举硕士学位论文数据采集系统在近程通信中的研究与1 陂用 中继站起存储转发佟用 水情数据经过中继级数越多 剐受到影喻的概率增大 出 现误码攀的概率也将增大 所以中继站豹增加导致系统可靠性下降 为了达烈理想酶效采 一般中继站架设在较高的地方 所戳中继站存在雷击酶可能 性也较大 因就 超短波方式较逶宣子遥测站距离较避 中继站建设及维护条件较好的地区的水情 遥测系统 由此可照 采用越短波方式组弼 虽运营成本比较低 但是频率资源 宽带 功 率 架设天线 胃维护性以及稳定性等闯题是应用中的最大滩题 况且 随着社会发展稀城 市化进程的加快 往往会如现由于薪建高楼增加蔼导致整个通信信号质量大螭下降豹情况 2 3 4 卫星通信方式 卫攫通信方式是地面微波通信的一种特殊的形式 其利用人造地球卫星作为中继站转笈 无线毫波 实现地露遥溅站之鬻禳互通信静一种方式 使惩频率兔3 0 0 t 鑫t z 3 0 0 g h z 其特 点是 覆盖嚣广 转输距离远 由于遥测站采集到的水情数据可以直接经过卫星 发送到中心站 通信线路稳定可靠 墓髭传输质量籍 谖鹳率跣较低 通过卫星通信 通信频带宽 传输容量大 能传送图像 语音等信号 适用乎多种业务 缀网院较灵活 不受魄莲 嚣境等条律限捌 卫星通信较遴应于地形笈杂 覆箍范围大的水情自动遥测系统 是大面积收集水情数据 戆一种较瑾想的通信方式 僵篷于受里星转发器帮趣嚣设备鹃陵割 传辕信号受雨量懿影噙 以及使用费用高 卫星通信在应用中受到一定的局限 目前 水情测报可利用的卫星有以下 凡稀 燕步气象翌星 嚣步通信至曩 海事至爨等 2 3 s 无线通信方式性麓比较 根据遥测站的分毒特点 对实现水壤数据传辘豹常用凡种通蓿方式技术健缝进露毙鞍 结果如下 贵州大学 顷士学位论文 数据采集系统谯远程通信中的研究与应用 超短波短信 g s m g p r s 卫星 传输速率 1 2 0 0 b 1 9 2 z 每象4 0 b y t e麓速 离速 传输距离i o k m 内可靠传输不受限 网络覆盖范隧内 传输距离远 受天气 转发器 覆盖范羽受地理环境袋铡无线连接 及地蔼设备限制 采用工业频段 晏器每只 元费用低 o o l 传糟费用 加微波管理费用2 0 0 0 条短信 元肛数据 实酵鞋实时挂离实时性较高实对在线实时性较高 可靠性一般高高高 频率 2 3 锄瞰z 或 1 0 0 叁啦z9 c 吼啾z 1 8 0 0 潮z3 0 毯倒z 一3 0 0 g h z 抗干扰性较好抗干扰能力强 每台从站3 s 左右 从 麸蛄数嚣不受限不受蹶 蒸端受载巍力范黉内 站越多轮谰对闯越长 可作为 斑周范墨适食垂觌模瘦爱灵活方硬 适合大规模应月 备用通道 表2 1 性能比较表 第三章g p r s 通信技术 3 1移动通信技术的发展概况 所谓移动通信 是指逶信双方或至少有一方处于运动巾进行信息交换的逶傣方式 显然 这是一种在人们生活和工作中非常实用的通信方式 移动通信系统包括无绳电话 无线寻呼 陆地蜂窝移动逯镶 卫星移动通信等 移动通信的发展经历了以下几个阶段 l 第一代模拟移动通信系统 上个世纪6 0 年代 随着半导体技术的迅猛发展 无线通信技术开始从人工接线发展为自 动接线系统 系统懿成本开始降低 容量有所增艇 2 0 世纪7 0 年圣 宋至8 0 年代 集成电路技 术 微型计算机和微处理器的发展 以及由美国贝尔实验蜜推出的蜂窝系统的概念和理论的 2 贵州大学硕士学位论文 数据采集系统穰远程通信中的研究与 陂用 应用 美莺 露本等国家纷纷研制出陆地移动电话系统 这个对麓系统的主要技术是模拟调 频 频分多址 以模拟方式工作 使用频段为8 0 0 9 0 0 删z 故称之为蜂窝式模拟移动通信系 统 或为第一代移动通信系统 由于第一代以f d m a f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 频多分址 技术为基础的 模拟移动通信系统存在频谱利用率低 容量有限 制式太多 互不兼容 不利于用户漫游 限制了用户覆盖戚 提供的业务种类受限制 不能传送数据信息 容易被窃听 不能与i s d n i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a ln e t w o r k 综合服务数字网 兼容等缺点 9 0 年代初人们便 着手研究数字蜂窝移动通信系统 2 第二代数字移动通信系统 9 0 年代起 随着数字技术的发展 通信 信息领域中的很多方蕊都面临向数字化 综合 化 宽带化方向发展的问题 第二代移动通信系统是以数字传输 时多分址 码多分址为主 体技术 制定了更加完善的呼叫处理翻网络管理功能 克服了第一代移动通信系统的不足之 处 可与带综合业务数字网 n i s d n 相兼容 所以比起第一代移动通信系统有着无可比拟 的优越性 因而第二代移动通信系统很快就取代了第一代通信系统两 跃成为移动通信的主 流 第五代数字移动通信系统除了传送主意外 还可传送数据业务 如传真和分组的数据业 务等 较为著名的数字蜂窝系统有欧洲的g p 蹒 3 第三代数字移动通信系统 第三代移动期个人透信系统需要蠢更大的系统容量和更灵活的赢速率 多速率数据的传 输 除了主要和数据传输外 还能传送高达2 m b i t s 的高质量活动豳像 真正实现 任何入 w h o e v e r 在镊键地点 w h e r e v e r 饪何时阕 w h e n e v e r 可以溺任何对方 w h o m e v e r 进行任何形式 w h a t e v e r 的通信打这样一个圈标 第三代数字移动通信鹾将是一个特别庞大的 全球统一的移动透信露络 系统容量霹以 满足全球人口总数的应用需要 其范围理论上可以达到地球上任何一个有人类活动的三维空 闫 在无线网络审 为了大幅度提高蘩l 用率 酶低终端的功耗和成本 器采用覆盖范围小于 l l i i i 的微小区和覆盖范围只有5 3 0 m 的微小区结构 以满足城市用户密集环境和室内终端密度 很高的场合熬要求 将实现以 个人遽信号码 取代今天的 电话机号码 使目前的移动 通信向个人通信发展 从而满足任何入在任何时间和任何地点 使用任意固定或移动终端 通过个人号码熊秘任馋入建立全时空憋信息交换的愿望 4 未来移动通信业务 3 贵州大学硕士学位论文数据采集系统在远程通信中的研究与应用 在未来 移动逶信静应臻领域 将默单纯蠡誊人与大之闻豹信息交亘 发展为人与视器之 间信息交置以及机器与机器之间的信息交互手段 关于未来移动通信的发展可以基本肯定 移动通信网络将n i p i n t e r n e tp r o t o c o l 瞬际协议 纯的大方商演进 在诧过程孛 簌 移动网络上豹业务将逐步呈现分组化特征 而网络结构将逐步实现以i p 方式为核心模式 1 3 2g p r s 概述 g p r s 通用无线分组业务感 种基予g s m 系统的无线分缀交换技术 提供端到端的 广 域懿无线王p 连接 g p r s 充分利鞠分享嚣线蕊遴 粟耀i po v e rp p p 实现数据终端熬蹇速 远程接入 作为现有g s m 网络向第三代移动通信演变的过渡技术 2 5 g g p r s 在许多方 瑟都具有曩著麴德势濑 3 2 1g p r 的性能特点 目前水情数据的传输主要靠有线拨号遘信 秃线超短波遴信以及卫星通信等逍信方式进 行传递 有线通僚是利用电信公霹的有线电话网络进行传递 传递避程中 若遇寨蓠洪水等 恶劣天气特殊情况会出现通信线路的中断等现象 水情数据将无法进行传递 另外通信费用 比较高 无线通信主要用在艋陵和高原地区 依靠短波电台进行传递 这种传递方式靠奄离 层或地聪的反射 也受天气情况 地理垮境等因素影响 邋信效果不够理想 在平原地区 主要靠超短波电台避行传递 是目前较为理想的传递方式 但其投资费用较大 维护费用较 裹 若在基陵和高原邀区采用此静通信方式 须架设中继站 将增加投爨费用 卫星通信是 通信效菜最为理想的传递方式 但其投资费用昂蒲 需要霞家统一考虑 那么 有没有一种 遥信方法戆够降低永情数据佟输豹费翊 又戆够筑服各种不刹因素豹影响 满足水情数据的 传递的需要昵 遮就是本文所研究的移动通信运营商提供昭 短信息服务 g p r s 网络的特 点是 在g p r s 嬲络内 两 g p r s 透信设备之闻在全蓥乃至全球范显内可叹通过短信息服务 中心直接发送中 英文字符和数据 利用移动通信运营商提供的服务 建立水情数据传输嬲 络正式本论文豹研究嚣标 一 近年来 g p r s n 络在全图范围内实现了联网和漫游 具有嘲络能力强的特点 用户无黯 舅磬缀嬲 在极大提赛戆终覆盏蓖晷鳃遐对隽客户节省了器爨建翘费用释维护费用 翔时 它对用户的数量也没有限制 克服了传统的专网通信系统投赞成本大 维护费稍离 且网络 毒 贵州大学硕士学位论文 数据采集系统在远程通信中的研究与应用 监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷 比起传统的集群系统在无线网络覆盖上具有无法比 拟的优势 加上g p r s 的s i s 本身具备的数据传送功能 都使得这些应用的迅速的普及 因此 短信息服务 s m s 作为g p r s 网络的一种基本业务已得到越来越多的系统运营商和系统开发 商的重视 市场上提供的g p r s 通信模块是经过多种实际应用而改进的通用产品 它具有成本 低 功能强大 配置灵活 开发方便快捷和资源重组等优点 所以以g p r s 网络作为数据无线 传输网络以短信息作为数据传输方式 可以开发出前景极其乐观的各类应用 g p r s 有下列特点 f 1 川 l 可充分利用现有资源 中国移动全国范围的电信网络弋p r s 方便 快捷 较低建设 成本的为用户数据终端提供远程接入网络的部署 2 传输速率高 g p r s 数据传输速度可达到5 7 6 k b p s 最高可达到11 5k b p s 一1 7 0k b p s 完 全可以满足用户应用的需求 下一代g p r s 业务的速度可以达到3 8 4 k b i t s 3 接入时间短 g p r s 接入等待时间短 可快速建立连接 平均为两秒 4 提供实时在线功能 a l w a y s o n l i n e 用户将始终处于连线和在线状态 这将使访问服 务变得非常简单 快速 5 按流量计费 g p r s 用户只有在发送或接收数据期间才占用资源 用户可以一直在线 按 照用户接收和发送数据包的数量来收取费用 用户即使挂在网上也是不收费的 g p r s 业务 具有接入迅速 永远在线 流量计费等特点 在远程突发性数据实时传输中 有不可比拟的优势 特别适合频发小数据量的实时传输 因而g p r s 业务在某些行业上有特殊 的应用 3 2 2s m s 的技术规范 按照短信息的技术规范 13 可分为小区广播短信 c b s 和点到点短信息 s m s 通常提 到的短信息业务主要是指点到点短信息 本文研究的短信息业务是指点对点短信息业务 点对点短信息业务是在g p r sp h a s e l 标准中引入的 短信息业务具有向移动用户收 发 由字符或数字组成 不超过1 4 0 字节文本信息的能力 短信息采用了存储转发模式 短信息 被发送出去后先存储在短信息业务中心 再由短信息业务中心根据寻找的目标移动终端的路 由信息发送给目标移动终端 因此g p r s 短信息的传递是有保证的 即使一个目的移动终端不 可达 比如关机 网络也会保留发给他的信息并当该移动终端又出现在网络中后传递信息 短信息的发送方式取决于网络中短信中心 s m s c 能支持的接口 欧洲电信标准化协会 1 5 贵州大学硕士学位论文数据采集系统在远程通信中的研究与应用 e t s i 指定的短倍惠发送协议定义了三个接墨协议 块模块 文本模块和p d u 模式 用予 移动台和终端设备之间通过异步接口传邀短信息数据 块模块 b l o c km o d e 块模式是 个二迸篱l 协议 用于移动台帮s m s c 之闻的短信息传 输的p d u 封装 包括了差错检测 使用应用于移动台之间链路容易出错的情况 应用部分的 三进制字符串瘟包含包头和短信息p d u 文本模式 t e x tm o d e 文本模式是在为g p r s 修改的a t 指令集的基础上定义的基于字 符的协议 适合菲鬻能终端或终端仿真器 应用软件把纯文本信息传绘通信设备 由通信设 备来构造t p d u 文本模式提供的功能相比块模式和p d u 模式少 在文本模式下 短信息对扩 展字符的能力有限 p d u 模式 p d um o d e p d u 模式和文本模式很相似 区别只是在他将组装短信息t p 以任 务留给应糟系统完成 该模式使解指令集能方便的缰构更多复杂的p d u 例如既可以传递二 进制数据叉可以传送字符数据 这种模式给a t 指令集带来方便 文本模式与p d u 模式的a t 指 令集解析部分进行讨论 3 3g s ma t 指令 鲥攒令静概念 a t 指令集是从t e t e r m i n a le q u i p m e n t 或d t e d a t at e r m i n a le q u i p m e n t 向 t a t e r m i n a la d a p t e r 域蕊呈 d a t ac i r c u i tt e r m