慧锦GPRS/CDMA模块在远程控制系统中的应用

慧锦GPRS/CDMA模块在远程控制系统中的应用
（应用领域：水处理/环保）

　　摘要：随着WEB技术和GPRS技术的不断发展和推广，GPRS的应用逐渐成为监控领域的一个研究热点。本文以支持TCP/IP协议的GR47模块为例，概述了通过GPRS远程控制的实现方法，并说明了如何利用AT指令与GR47模块通讯，提出了利用B/S (浏览器/服务器)架构进行监控的思想，并给出了进行B/S试验的步骤及应用实例。
　　
　　关键词 GPRS ；B/S架构；远程控制；GR47 ；AT指令
　　中图分类号：TP391 文献标识码：A
　　Application Research of GPRS in remote monitoring system
　　
　　Abstract With the continuous development and generalization of WEB technology and GPRS communication technology，The application of GPRS has increasingly been the research focus in the field of monitoring system. For the example of GR47 module, the realization method of the remote monitoring system through GPRS is first introduced, and how to communicate with the GPRS module by using AT commands is explained. The structure of Browse/Server and a application example are exposed in the article.
　　Key words GPRS; B/S;GR47; Remote monitoring system; AT commands
　　
　　0引言
　　以往的远程控制系统一般是利用公共电话网，通过MODEM拨号，配合相应软件来实现监控。它明显的缺点是只有拨号后才能通信，不能同时“点对多点”通信。实现远程通信的其它方式是采用卫星、微波、光纤或电台。这种方法不仅设备投入耗资巨大，而且伴随着较高的采购成本和运行维护费用。而基于B/S架构的 GPRS远程控制系统不但具有B/S（Browse/Server）架构的系统易维护性、可扩展性和安全性，而且具有GPRS通讯的所有优点。
　　 GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线业务的简称，是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的资料承载和传输方式。基于GPRS的远程控制具有以下特点：
　　（1）快速登录，永远在线，覆盖面广
　　（2）安全性高，系统在数据传输过程中加入了加密机制，资料可以在公网上安全地传输；
　　（3）可靠性强，系统具有纠错、重发机制，从而确保资料的完整性和正确性。其次，系统具有自动恢复功能，在GPRS网络状态不稳定的情况下，保证系统稳定工作，而无需人工干预；
　　（4）多用户的业务复用，不同的网络用户共享同一组GPRS信道，但只有当某一个用户需要发送或接收资料时才会占用信道资源。系统依托相应的软件，可以灵活同时实现点～点、点～多点的数据传输；
　　（5）节电功能，在不发送资料的时间里设备可以处于待机状态，定时或资料触发登录网络。
　　目前，我国移动推出的GPRS业务日趋成熟，而且用户可以根据自己的需要，以月租、包月等多种形式进一步降低GPRS通信的费用。因此，GPRS作为目前和将来大规模发展的一种组网方式，具有分布式、集散型、网络化、开放式特点，在工业控制、环境保护、水利水文监测、报警等行业中必将得到愈来愈广泛的应用。
　　
　　1 GPRS远程控制系统
　　 GPRS远程控制系统由智能控制器，GPRS通信模块、中国移动通信网路（GPRS网络）、Internet 公共网络、数据服务器、企业局域网及其计算机设备等组成。
　　

　　首先，智能控制器采集到现场参数，并进行加密、压缩处理后，以数据流形式通过串行方式接到GPRS通讯模块上，与中国移动基站进行通信，基站SGSN再与网关支持节点GGSN进行通信，GGSN对分组资料进行相应的处理。GR47模块以GPRS资料包的形式通过GPRS网络把资料发送到中国移动的内部网（CMNET），然后由中国移动通过GPRS服务节点（GSN），把资料发送到Internet上，并且去寻找在Internet上的一个指定IP地址的服务器。由于GPRS网络工作方式是以IP地址寻址为基础的，所以公网上的Internet数据服务器只需要简单接入Internet，并具备公网分配的 IP地址即可。数据服务器端利用WINSOCK编程，实现网络资料的收发，并转发到内部网络的数据库上去。数据库方便数据维护和WEB Server调用。系统同时也可以实现资料、指令的反向传输，以达到远程控制的目的。工作站通过Internet访问WEB服务器，就可以浏览到各监测点的详细信息了。
　　基于GPRS的远程控制系统依靠移动通信网路，在现场参数采集完毕后，只需要开发GPRS终端的通讯程序和服务器端相关软件，用户只需运行浏览器就可进行远程控制。
　　
　　2 GPRS远程终端的实现
　　目前GPRS模块主要有Sony Ericsson的GR47/48模块，西门子公司的 MC35系列模块，WAVCOM公司的M1206B模块。其中Sony Ericsson的GR47模块含有完整TCP/IP协议，可以直接使用相应AT指令进行开发工作，下面就以Sony Ericsson的GP47模块为例介绍GPRS通讯。
　　索尼爱立信的GP47模块采用32位CPU的实时操作系统，内置TCP/TP协议栈。它允许一个TCP/UDP传输机制以最小的前期配置和操作来被使用。其内嵌控制器方便集成客户的应用，减少外部控制器的需求。R47支持双频GSM宽带900MHz/1800MHz，可通过SMS短消息服务、CSD、 HSCSD或GPRS来发送或接收资料，并可处理语音及传真。其TCP/IP协议栈也可通过AT命令或嵌入式应用进行访问。
　　 GPRS远程终端的硬件框图:
　　

　　 GPRS远程终端主要由智能控制器和GPRS模块构成。首先，各种传感器采集到工业现场参数，智能控制器分析处理采集到的资料，一方面在现场显示，另一方面要发送给GPRS模块，控制GPRS模块本身的操作，包括启动和关闭服务，建立和关闭连接，资料与命令模式的转换等，并在资料模式下把经过加密和容错处理后的资料发送给数据服务器。
　　智能控制器与GPRS模块之间的通信协议是串口协议，智能控制器可以是单片机系统，也可以是PLC，若为单片机系统，可以结合嵌入式操作系统，开发出监控点有自己的WEB服务并可在线升级firmware的产品。若为PLC，有两种方法，一种是通过RS指令；一种是采用232模块，PLC只需读写232模块的指定缓冲区即可。每个指令以“AT+”开头，以回车符结尾。每个命令执行成功与否都有相应的返回。其它一些非预期的信息（如有人拨号进来、线路无信号等），模块将有对应的一些信息提示。
　　智能控制器通过串口来对GPRS模块进行设置，在建立数据信道之前的设置指令包括：
　　 AT+CGDCONT=1，"IP"，"CMNET"
　　说明：初始化网络会话，，在模块上建立一个资料账号，接入到中国移动GPRS网络。
　　返回：OK
　　 AT*E2IPA=1，1 说明：当前会话上的IP连接
　　返回：OK
　　 AT*E2IPO=1，"218.79.163.201"，5000
　　说明：初始化一个TCP连接，218.79.163.201为服务器端IP地址。
　　返回：CONNECT 表明建立连接成功。
　　建立连接后，GR47进入资料状态，智能控制器即可发送和接收资料了。若要关闭资料态，只需使232接口中DTR电平置低，等待GR47返回OK后， GR47就进入命令态，在此状态下可以通过发送“AT*E2IPA=0，1”关闭SOCKET连接。若在资料模式下，智能控制器要判断服务器下达的指令，包括为对远程终端的通用指令和智能操作的操作指令，分辨出配置指令和操作指令并进行相对应的处理。
　　
　　3 远程控制系统的B/S架构
　　 B/S应用系统一般可以分成三个层：交互层、业务层和数据库层，交互层不但包括接口如何组织和布局还包括功能模块如何集成以及操作流程如何安排,业务层集成具体应用工作，数据库层则负责有关数据的操作。B/S应用系统不必像服务器端、客户端模式那样去低效率升级众多的客户端软件，同时在浏览器中比较方便做到友好方便的操作接口。为了满足用户对软件系统的频繁升级要求，节省软件维护方面的时间、费用，所以我们在本远程控制系统中采用B/S架构。
　　
　　3. 1服务器端：
　　在基于GPRS的远程控制系统中，数据服务器端通过基于TCP/IP协议的SOCKET套节字，进行与GPRS终端的资料收发，通过开发的在服务器运行的软件对资料进行处理，然后更新到SQL数据库中，若为Windows系统，则启动IIS（Internet Information Server）应用，若为Linux，则启动Internet服务，让合法用户可以在任何时刻、任何地方通过浏览器查看资料。浏览器通过因特网查看远程设备刚刚更新到数据库中的信息，达到现场数据分析、显示等功能。
　　工作流程：
　　

　　
　　3. 2浏览器端：
　　浏览器端不需要特别的软件，系统自带的上网软件就可以访问到服务器上WEB接口。这有利于移动办公,利用JAVA技术日益普及的浏览器技术实现了原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能，节约了开发成本。使用浏览器作为软件接口，不但容易统一各种应用系统，也非常便于远程维护服务和客户使用。基于GPRS 远程智能终端若设计成带嵌入式WEB服务的控制器，就可以通过浏览器直接访问到远程终端，但这样远程终端的设备改造难度势必比通过利用GR47的大。
　　
　　4 GPRS监控系统的B/S通讯试验
　　试验方法：
　　1.首先，要插入SIM 卡（插卡时要断开电源），接好天线，用RS232 串行线缆将GPRS 模块与计算机串口连接。接通GPRS 模块电源，等信号指示灯开始闪动时表示模块已经开机，并且注册GSM 网络成功。
　　2.GPRS设备上电，该设备自检后，进入命令模式，指示灯显示工作正常。
　　3.对GPRS模块进行设置可以通过第三方软件进行参数配置也可以通过超级终端进行测试，发送AT指令AT+CGDCONT=1，"IP"， "CMNET"，若有数据显示回车后返回OK。说明硬件连接正确。也可一用GPRS模块所带上位机软件测试。
　　4.启动应用服务器SOCKET，假设服务器IP地址为218.79.163.201，端口为5000。
　　5.利用AT*E2IPO=1，"218.79.163.201"，5000，设置数据服务器IP地址和端口号。回车后返回CONNECT后表示成功建立连接。
　　

　　6.服务器端利用WINSOCK编写的软件发送接收资料，GPRS端采用超级终端模拟远程设备发送和接收资料。
　　7.服务器端运行服务器端应用程序并，启动IIS 服务，将GPRS传送来的数据存入SQL数据库，并显示在WEB网页中。
　　8.客户端启动浏览器，查看并修改服务器上数据库中的内容。
　　
　　5应用实例
　　举一个基于PLC和GPRS的废水排污口远程控制系统的例子进行系统的简要说明。废水排污口远程控制系统主要包括FX1N-24MR 型号PLC，以GR47为核心的GPRS模块， “黑匣子”采集器。“黑匣子”每隔5秒钟通过GPRS向服务器传输资料，由服务器通过实时数据库和历史数据库保存。当服务器检测到报警资料时，立刻以短消息和电子邮件方式向指定手机和工作站计算机报警。用户通过浏览器在显示报警企业的详细信息，同时进行中文语音报警。浏览器端还可以任意设定每天24个整点的远程控制输出接口，用以控制TOC等采样设备、排污口设施等。也可以直接立即启动TOC、采样仪等设备或启动其它设备。 WEB软件设计除具有实时监控功能外，还具有历史资料查询、报表、统计、趋势分析、打印等功能。
　　
　　6结束语
　　本文所介绍的基于GPRS的远程控制系统，主要给出的使整个系统的实现过程，面向客户应用的现场编程和计算机应用软件的编程，本文由于篇幅无法涉及。但就发展起来的GPRS在监控中的应用来看，推进运用优秀的GPRS模块和因特网与工业控制相结合的思想，对业内读者能起到一定的借鉴作用：采用GPRS技术和B/S架构，可以把环保和生活中水、电、煤、热、路口信息指示牌信息的监控做到有网络的任何接口上。

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