无线数据监控终端

无线数据监控终端（精选7篇）

无线数据监控终端 篇1

1 无线数据监控技术在燃气行业中的现状

什么是无线数据监控系统?无线数据监控系统是通过GPRS和无线信道，远程实时采集调压站及工业用流量计、大流量膜式燃气表以及阴极保护测试桩等终端设备的信息，实现计费、报警、控制、统计等功能。

现在燃气行业抄表的形式分为人工到现场抄表、IC卡预付费、集中抄表。集中抄表又分为有线方式和无线方式。对于比较偏远的地区，如果采用人工到现场抄表的方式，费时费力，又浪费资源。

无线数据监控系统能方便地实现对安装在偏远地区各种终端的抄读和维护，以及对重点用户的监控，工作人员可以通过电脑很方便的看到终端的运行状态，进而进行数据的统计和分析，为公司的经营决策提供充分可靠的信息。

简单介绍一下本系统，系统由数据管理中心、本地设备、户用表具终端、工业膜式表(流量计)、调压站组成。如图1所示。

那么在这套系统中，结构设计同样占据了很重要的位置。不同的安装环境有不同的结构设计方案。通过这些各式各样的结构设计，无线数据监控终端才能够成功地安装，进而和各种流量计、公福户以及测试桩相连接，成功采集我们所需要的数据，最终实现远传抄表和监控功能。

2 简单防爆知识

防爆产品种类很多，那么哪种类型适合哪种场合呢?又该怎么选型呢?首先应先了解一下简单的防爆知识。

2.1 爆炸性气体划分

爆炸性气体危险环境至少按两种不同的形式划分场所。一是按气体的类型进行划分，二是按出现可燃性气体的可能性进行划分。目前，世界对爆炸危险场所的分类主要分为两大派系：一是包括中国和欧洲国家在内的大多数国家采用国际电工委员会(IEC)的划分方法。二是以美国和加拿大为主要代表的其他国家采用的北美划分方法。

在我国爆炸性物质主要分为三类：Ⅰ类：矿井甲烷;Ⅱ类：爆炸性气体混合物(含蒸汽、薄雾);Ⅲ类：爆炸性粉尘和纤维。对于Ⅰ类爆炸性物质(只有甲烷气体一种)不分级。对于Ⅱ类爆炸性气体，可按其不同的点燃特性进行分级，分为A、B、C三级。

2.2 爆炸性危险场所的区域划分

根据我国GB3836.14-2000《爆炸性气体环境用电气设备第14部分：危险场所分类》和《中华人民共和国爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》和《中华人民共和国危险场所电气安全规程》中规定，爆炸性气体危险场所划分为三个区域(Zone)。0区、1区和2区：

1)0区(Zone0)：在正常情况下，爆炸性气体混合物连续地或长期地存在的场所。

2)1区(Zone1)：在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所。

3)2区(Zone2)：在正常情况下，爆炸性气体混合物不可能出现，或即使出现也只是短时间存在的场所。

2.3 电气设备分类

爆炸性气体环境用电气设备分为：

Ⅰ类：煤矿用电气设备;

Ⅱ类：除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电设备。

Ⅱ类电气设备可以按爆炸性气体的特性进一步分类，Ⅱ类隔爆型“d”和本质安全型“i”电气又分为ⅡA、ⅡB和ⅡC类。

所有防爆型式的Ⅱ类电气设备分为T1～T6组，其对应温度见表2。

3 无线数据监控终端在天燃气调压站、宾馆中的应用

无线数据监控终端主要安装在大型宾馆、饭店以及天燃气调压站。天燃气调压站、天燃气调压柜是燃气输送管道的关键设备。调压柜的主要作用是调节和稳定系统压力，并且控制输气系统燃气流量，保护系统以免出口压力过高或过低。加装无线数据监控终端后，可以定时采集计量仪表的标况总用量以及温度、压力、仪表的报警信息等，做到不仅可以监测仪表的运行状况，还能将标况总用量传送到数据管理中心，便于管网的维护及数据的分析处理。

对应表1中的1区和2区，无线数据监控终端产品分为本安型和隔爆型。

3.1 无线数据监控终端（本安型）

本安型主要是指本安型电路。本安型电路是指在GB3836.4-2000规定条件(包括正常工作和规定的故障条件)下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。

电气设备是指电气元件，电路和电路部件的组合，通常装在一个单独的外壳中。

无线数据监控终端(本安型)可以实现定时上报功能，采用锂电池供电方式。本安型对结构方面的要求不高，所以我们采用普通的铝合金防水盒。根据安装环境的不同采用不同安装方式。

3.1.1 安装在管道上

通过管道扣和管道托板安装在管道上。

3.1.2 安装在墙体上

通过膨胀螺栓固定在墙面上、485线通过PVC管与流量计相连接。

3.1.3 安装在调压柜上

图5为调压柜安装。

3.1.4 安装在水泥墩上

图6为水泥墩安装。

安装完成后，用户可以通过数据管理中心看到相关数据，进而实现对设备的监控功能。

图7为数据管理中心

3.2 无线数据监控终端（隔爆型）

隔爆型主要针对结构，即隔爆外壳。隔爆外壳(flameproof enclosure)是指电气设备的一种防爆型式,其外壳能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏,并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸汽形成的爆炸性环境的点燃。

隔爆接合面(flameproof joint)：隔爆外壳不同部件相对应的表面配合在一起(或外壳连接处)且火焰或燃烧生成物可能会由此从外壳内部传到外壳外部的部件。

无线数据监控终端(隔爆型)可以实现实时上报，供电方式采用220V市电供电。信号通过开关电源、隔离栅及其它与外围设备相连接，进而实现信号采集。

隔爆型设备的安装特点是，所有走线均按工程标准，通过钢管、防爆挠性管及其它与监控设备进行连接。

安装完成后，同样用户可以通过数据管理中心看到相关数据，进而实现对设备的监控功能。

那么在结构设计时需要注意那些呢?

1)隔爆外壳材质：a.采掘工作面用电气设备(包括装在采煤机、装岩机、输送机等机械上的电气设备)的外壳须采用钢板或铸钢制成。其他零部件或装配后外力冲击不到的及容积不大于2000cm?的外壳，可用牌号不低于HT250灰铸铁制成。但电动机除基座须采用钢板或铸钢制成外，其他零部件亦可采用HT250灰铸铁制成。b.非采掘工作面用电气设备的外壳，可用牌号不低于HT250的灰铸铁制成。c.外壳容积不大于2000cm?时，可采用非金属材料制成。但不允许直接在非金属外壳上制作紧固用螺纹(出线口除外)。

2)隔爆接合面的最小宽度和最大间隙，以ⅡB型为例(其他型可参考GB3836.2-2000)，详见表3。

3.3 无线数据监控终端（阀门型）

图10为阀门型。

主要安装在阀门上，外壳采用钢板焊接而成，结构上主要考虑怎样配合阀门，怎么走线以及考虑天线的通信效果。

4 无线数据监控终端在长输管线的应用

长输管线为了监控气液联动阀(简称阀室，如图11所示，设计压力6.3～10Mpa)的压力与阀室开关变化情况。当压力变化异常时，监控系统可以实时现场压力状况，及时反映突发情况，当压力在正常运营范围内，监控系统可以定时上报现场压力状况，以便记录分析长输管线的压力。

长输管线管道通常采用强制电流阴极保护法监测管道防腐，主要检测管道相对于参比电极、辅助电极与参比电极之间的电压(仅在站场附近80公里间隔)以及阴保电流(10公里间隔)。长输管线无线监控系统可以按照10天或1天间隔的定时上报，当检测电压、杂散电流达到或超过临界安全值时实现实时上报，供管理人员及时处理(如图12所示)。

长输管线无线数据监控系统通过无线信道，远程实时采集阀位信息、上(下)游压力及测试桩的阴保电流(电压)等终端设备的信息，实现对安装在偏远地区终端的监控和维护，及时了解终端的运行状态，实现对阀室及测试桩进行有效的远程监控。

那么结构设计应该注意哪些?与前面提到的调压站不同，长输管线最大的特点就是环境比较恶劣，一般在比较偏远的地方，而且容易受到破坏。结构上应充分考虑到安装方便以及无线数据监控终端的防护、通信性能等问题。

无线数据监控终端外壳采用增强尼龙1010，安装在测试桩(图11)内部。可以通过一个托板连接终端和测试桩。

5 结语

5.1 结构设计在无线数据监控终端的流程：

1)根据不同的安装环境确定相对应的结构设计方案。

2)根据不同的结构设计方案(如隔爆型)，查阅相关标准，做出装配图。

3)结合自身产品的特点，审核装配图，最后根据装配图设计零部件图。

4)根据现场安装运行情况完善产品。

5.2 无线数据监控终端现在运行情况

调压站监测安装运行将近半年，运行情况正常，期间还监测到一台流量计内置锂电池欠压，及时提醒燃气公司更换电池，避免了进一步的损失。

5.3 无线监控终端的优点：

无线监控终端解决了燃气公司的资金占用问题，收费问题，控制问题，无线数据监控终端可以实现对工商业表具、调压设备以及长输管线(测试桩)的整体监测，做到定时或实时抄表、定时或实时监测，并且可以对用户异常信息主动上报等功能，对于燃气管网输配分析提供了有力的数据依据。

参考文献

[1]裴凤芹.无线集中抄表在燃气输配管网分析及应用[J].电脑知识与技术,2009,5(9).

[2]徐建平.仪表本安防爆技术[M].北京:机械工业出版社,2002.

[3]GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备第一部分:通用要求[S].

[4]GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备第二部分:隔爆型[S].

[5]GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备第四部分:本质安全型[S].

无线数据监控终端 篇2

热泵热水器是继电热热水器、燃气热水器以及太阳能热水器之后出现的新型热水器,具有高效节能、安全环保、全天候运行、使用方便等优点[1];在商业领域,尤其是在酒店宾馆、医院、学校、休闲场所等商用公用事业方面广泛应用[2]。目前热泵热水器控制器的种类繁多,但是多数控制器仍然与机组紧密结合,用户需要在机组现场才能实现人机交互。随着热泵热水器应用的增多,热泵机组故障问题也越来越受到人们的关注。其中有相当一部分故障是由于管理不到位引起的。特别是酒店宾馆等多机组热泵的应用场合,由于机组分散部件出现故障后往往不能得到及时的维修;而且管理人员也很难准确掌握各机组的实时运行状况。因此在上述环境对热泵机组进行远程集中管理,具有重要的实际意义和广阔的应用前景。

工业上常采用以太网、RS485等有线方式进行远程通讯,将机组信息传送到管理系统。但是由于热泵机房环境差别大,以太网、RS485等通讯方式存在布线复杂、成本高,通讯质量受距离限制的缺点,并不能很好地满足各种环境下远程监控的需求。

鉴于此,本研究提出了一种利用GPRS网络进行远程通信的无线数据终端。数据终端硬件上采用具有ARM新一代内核Cortex-M3的高性能单片机STM32F103作为控制单元;采用内嵌TCP/IP协议栈的华为EM310作为GPRS通讯单元实现模块化的设计。在软件上针对热泵热水器机组的的数据特点设计了应用层的数据传输协议;采用数据应答与无应答的双重设计,以最大限度地实现数据传输速度与可靠性的平衡。

1 GPRS相关技术的介绍

基于GSM网络的GPRS(General Packet Radio Service)是目前世界上最常见的无线数据通信服务[3];是在现有第二代移动通信GSM系统基础上引入了分组控制单元(PCU)、服务支持节点(SGSN)和网关支持节点(GGSN)等新部件而构成的无线数据传输系统[4]。GPRS通过多个GSM时隙的复用,数据传输速率57.6 Kbit/s,最大理论峰值可达171.2 Kbit/s[5]。

GPRS数据服务具有永久在线、按流量计费、接入等待时间短等特点[6],可快速建立连接,平均耗时约为2 s。而且GPRS网络为每个电话号码动态地分配一个IP[7],提供实时在线功能,能随时为用户提供一个透明的IP通道用于访问Internet[8]。此外GPRS网络对地点没有特定要求,利用GPRS无线网络进行传输数据,用户可以在任何地点方便地接入基于TCP/IP协议的网络,省去了繁杂的网络布线工程,从而大大增加了系统的灵活性。由于GPRS数据服务在灵活性和使用成本上的优势,使其在数据采集、智能交通、实时信息查询、智能家居等领域都有着广泛的应用[9],也为热泵机组的远程程监控提供了新的解决方案。

2 方 案

热泵机组远程监控的目的是为监控中心提供机组工况参数和机组部件控制操作,帮助用户实现对热泵机组的远程管理。热泵远程监控系统由热泵本地控制器、GPRS无线数据终端和监控中心软件平台构成,结构如图1所示。

热泵本地控制器是安装在机组上的本地控制设备,主要用于采集各个部件的工作参数和控制相关部件的运行,如采集压缩机温度、压力和控制风机的启停等工作。

监控中心软件平台是指在Internet上运行有热泵远程控制软件的用户个人电脑,具有远程显示机组各部件参数、故障报警、提供部件相应控制操作的功能。

GPRS无线数据终端是上、下行数据的枢纽,为热泵本地控制器与远程监控中心提供无线数据通信服务。

GPRS无线数据终端提供了RS232和RS485接口用于与热泵本地控制器通信。GPRS无线数据终端与监控中心之间通过GPRS网络和Internet,并采用基于TCP/IP协议的无线数据传输方式进行通信。系统数据传输是双向的,下行数据由监控中心发起,主要用于传递热泵机组控制信息;上行数据由本地热泵控制器发起,主要用于传递热泵机组工作参数。整个过程中无线数据终端通信质量决定了热泵远程监控的可靠性。

3 数据终端硬件设计

无线数据终端由微控制器STM32F103、GPRS模块通信电路、电源模块、用户串口电路、配置串口电路、独立时钟电路、外部存储器等部分组成。其硬件结构图如图2所示。

微控制器STM32F103基于高性能的Cortex-M332位的RISC内核,工作频率为72 MHz,内置高速存储器(高达512 KB的闪存和64 KB的SRAM)。STM32F103提供了程序存储器(片内FLASH)在应用编程(In-Application Programming, IAP)功能[10],无线数据终端的工作参数可直接存储于FLASH上而不必要外扩EEPROM芯片。此外STM32F103还提供了4个通用16位定时器和丰富的通信接口:2个I2C和SPI、3个USART、2个UART、1个USB和1个CAN[11]。丰富的通信接口满足了设计中4个串口和1个l2C总线的需求。

GPRS模块采用华为EM310模块,电源电压3.4 V～4.7 V,最大下行速率85.6 Kbit/s,最大上行速率42.8 Kbit/s,内嵌TCP/IP协议栈,提供10 KB内部缓存。采用EM310模块用户不需要自行编写TCP/IP协议栈;微控制器STM32F103通过串口发送AT指令对模块进行操作,即可建立数据传输透明通道(TCP链接)。

独立的外部时钟电路采用高性能时钟芯片DS1302为核心,为STM32F103提供了一个高精度带日历功能的实时时钟,与微控制器采用I2C接口通信。除了微控制器内部SRAM以外,本研究扩展了16位256 KB的SRAM存储器,以提高网络信号变化和监控中心失效等突发情况下数据存储和传输的安全性。

用户串口单元直接与热泵本地控制器通信,提供RS232和RS485两种通信接口。该电路采用SP3223提供RS232电平的转换;采用SP3485-3.3提供RS485电平的转换。配置串口用于用户配置数据终端的各种参数,采用固定波特率为38 400 bps的RS232接口。

电源模块为整个系统提供两种电平直流电源,分别为4 V和3.3 V。4 V电源采用了可调稳压芯片LM2596;其最大输出电流为3 A,主要为EM310模块提供一个稳定的电源;数据终端的其他部分电路都采用3.3 V电源供电。电源两级分离的设计可以保证GPRS模块通信的稳定供电。

4 无线数据传输协议

本研究定义了一种用于热泵远程监控的应用层协议,以增强无线数据传输的可靠性。每次无线数据传输都以数据包的形式进行。数据包的格式如表1所示。

数据包采用ASCII码传输,即数据包内的所有数据都以ASCII码传输。除起始符和结束符外的所有数据原本都是非ASCII码形式,因此必须先转化成ASCII码形式。转换的方法是:先用16进制表示1个字节的数据,分别将高4位和低4位的值转换成ASCII码存储在2个字节中,高字节在前。如0x13转换后为0x31、0x33。除起始符和结束符外所有域的数据都将从1个字节转为2个字节的ASCII码。下面对各个域说明如下:

(1)每个数据包以“起始符@”开始,“结束符!”结束,各占1个字节。

(2)“数据终端ID”用于标识本次数据发送方数据终端的身份,占4个字节。

(3)“本次数据包编号”用于标识本次数据发送的序号,占4个字节。

(4)“数据域长度”指的是数据域转换前的长度,单位字节,占4个字节。

(5)“校验域”用于验证本次数据通信的正确性,这里采用了CRC校验。

(6)数据域依次分为两块:“功能代码段”和“数据段”。“功能代码”用于标识本次通讯的目的;数据域数据段主要用于存放需要传递的监控数据,也可以是对功能代码的补充。功能代码占两个字节,数据域数据段的长度可变,但整个数据域转换前长度不超过1 000字节。

5 数据终端软件设计

5.1数据终端运行流程

GPRS无线数据终端的软件流程,如图3所示。

上电启动后,本研究首先初始化微控制器参数;接着为数据终端加载运行参数,如监控中心IP地址等信息。参数加载完成后对GPRS模块进行初始化,初始化的AT指令流程如下:

(1)AT%TSIM 检查SIM是否在线;

(2)AT+CSQ? 检查网络信号强度;

(3)AT%IOMODE=1,1,0 设置数据模式;

(4)AT+CGDCONT=1,“IP”,“CMNET” 注册移动的CMNET网关;

(5)AT%ETCPIP=“user”,“gprs” 注册用户名密码,并等分配IP。

当整个硬件平台配置完成后,数据终端根据策略控制TCP的链接打开或者取消。当数据终端用户串口接收到的热泵本地机组上传的数据字节数达到1 000或串口接收到最后一个字节数据100 ms内再未收到数据时,则将该次数据打包启动一次发送流程。当数据终端用户串口接收到监控中心数据包时则启动相应的数据接收流程。

5.2TCP连接的控制策略

根据不同的上线模式控制策略有所不同。在“按需上线”模式下,当有数据等待发送时建立TCP连接,在空闲时刻(900 s内无数据发送)断开TCP连接。在“按时上线”模式下按照规定设定的时刻进行上、下线操作。“永远在线”模式即上电后即一直保持TCP链接的存在。链接通过MCU串口发送AT指令完成。对应的AT指令为:AT%IPOPEN="TCP","61.144.176.175",3000设置接收服务器的协议类型,IP和端口号;61.144.176.175为监控中心IP,3 000为监控中心端口号。

5.3数据的收发流程

当有数据要发送时,发送方将数据打包发往接收方并开始计时。接收方接收到数据后,通过校验域的代码验证数据包内容的正确性。若数据包内容正确有效,则接收方发送一个数据包通知发送方数据通讯成功,并解析数据包执行相应操作;若数据包内容出错,则接收方也需要发送一个数据包通知发送方数据通讯失败。当发送方检测到数据通讯成功信息后数据发送完成;当检测到数据通讯失败信息或计时超过设定值时(本研究该参数设为10 s),发送方认为数据通讯失败,并重新打包数据开始新一轮的数据发送和计时,直到通讯成功。这里的发送方指的是数据终端,接收方为监控中心(注:在监控中心上运行的收发流程,两者的位置刚好互换,两者在TCP链接建立后,通信地位是平等的。通信的数据可以是热泵本地控制器的机组工作参数或监控中心的控制信息)。

5.4系统可靠性设计

为了加强MCU对GPRS模块实时工作状态的掌握,本研究程序中增加了AT%TSIM、AT+COPS?、AT+CSQ?、AT%IPOPEN?等4条AT指令,以实现对GPRS网络信号、TCP链接等通讯环境参数的监控。

为了及时地获得无线网络通信的质量和速度,这里采用了一种“心跳”的方法。即在TCP连接建立后,数据终端每隔一定的时间向监控中心发送一个固定的“心跳”数据包;监控中心接收到数据包后返回一个同样的“心跳”数据包。数据终端通过对本次数据通信的质量和速度评价通信信道的质量。

综上所述,本研究涉及到了3种通信目的的数据包,分别为信息数据包、“心跳”数据包、通信成功应答数据包和通信失败应答数据包;分别用数据域的功能代码(4种不同功能码)加以标识。信息数据包数据域数据段包含的是发送方需要发送的数据;对应答型的数据包,无需由发送方再次做出应答,数据域数据段包含的是应答对象的数据包编号。

6 结束语

空气源热泵本地控制器上传数据一般在50 Bytes/s左右;监控中心下传的数据随着用户的操作波动较大,单次通信数据长度小于200 Bytes/s。测试表明,该数据终端可以连续承受400 Bytes/s的数据流量,单次通信数据最大长度1 024 Bytes/s。按照50 Bytes/s流量的数据上传计算,外扩的256 KB存储器SRAM可以保证远程主机失效的情况下维持87 min的数据存储。采用该独立的无线数据终端实现的热泵远程监控系统,可以方便地接入Internet;管理员可在任何地点通过网络进行实时的监控。此外本研究采用无线远程控制的方案,使得机组迁移后无需布线,不但节省了建设步骤和成本,同时也使得该系统可用于列车等移动的环境。相对于以前的通信终端,笔者所设计的系统具有体积小、结构简单、成本低廉、移动性高、数据吞吐量大的特点,在热泵远程控制系统中具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]颜诗敏,姜周曙,黄国辉.基于S3F9488单片机的热泵热水器控制器[J].机电工程,2009,26(2):34-37.

[2]肖建忠,许飞云.气源热泵热水机组控制器设计[J].现代电子技术,2007(19):168-172.

[3]LEE P K,LAI L L.A Practical Approach to Wireless GPRSOn-Line Power Quality Monitoring System[C]//2007 IEEEPower Engineering Society General Meeting,Tampa,FL:[s.n.],2007:1-7.

[4]刘世良.GPRS技术在电能量计费系统中的应用[J].青海电力,2007,26(4):37-39.

[5]杨永平.基于GPRS的嵌入式数据采集系统设计[D].大连:大连理工大学电子与信息工程学院,2007.

[6]ZHOU Hong-liang.GPRS based power quality monitoringsystem[C]//Proc.IEEE Conf.on Sensing and Control.Tucson,AZ:[s.n.]2,005:496-501.

[7]郜向阳,王库,李墨雪.GPRS无线数据传送在农情监测系统中的应用[J].农机化研究,2006(6):186-188.

[8]郭文海,杨军.CAN总线与GPRS在远程监控系统中的应用[J].科技信息,2009(33):29-30.

[9]卫革.基于GPRS的远程无线数据采集系统设计[D].北京:北方工业大学自动化学院,2010.

[10]STMicroelectronics.Programming manual PM0075[EB/OL].[2010-10-01].http://www.stmicroelectronics.com.cn/stonline/stappl/resourceSelector/apppage=resourceSelector&doctype=PROGRAMMING_MANUAL&SubClassID=1169.

无线数据监控终端 篇3

随着计算机通信和网络技术的不断更新, 人们使用网络的开放性和自由度也变得更强, 彼此间可以很轻松地实现交流和沟通。在网络规模变大的同时许多不良信息也趁机混杂在其中, 对人们正常的生活造成了极大的影响。因此加强对此类信息的监控是十分必要的, 特别是随着手机等无线上网方式的普及, 针对无线终端的监控是急需解决的问题。

二、无线上网监控现状分析

目前我国手机上网用户已达到4亿多人, 无线上网成为互联网的新潮流。由于监管不到位, 监控手段不足, 不良信息肆意传播, 对社会的和谐稳定非常不利。主要体现在如下几个方面:

1. 信息藏身隐蔽, 不易发现。

很多手机不良信息, 都设计得非常隐蔽, 只能通过手机才能浏览, 而且用户只有通过网站会员验证才能访问和下载, 鉴于技术局限, 大多数网络监控部门无法及时找到不良信息的来源, 即使通过一定的技术手段找到了, 往往也由于IP地址定位和取证等问题而前功尽弃。

2. 信息处理机制落后。

我国很多地区的监管部门对于不良信息的监测和审查仍然采用传统的人工方式, 耗费大量人力物力, 而且时效性很低, 随着网络形势的日趋复杂, 信息的实时监控的难度越来越大, 当出现不良信息时由于不能及时进行处理, 导致其被大量传播, 往往造成恶劣影响。

3. 针对无线上网服务的监管不完善。

网络通讯运营商对无线上网的监管还存在着很大的漏洞, 许多网络内容服务商为了丰厚的利润, 对非法网站传播不良信息的行为熟视无睹, 即使采取了一些IP限制、域名注销等措施, 对这类网站的触动也不是很大, 过段时间又通过更改域名的方法卷土重来, 大行其道。

4. 网络谣言和网络舆情盛行。

由于无线上网非常便利, 许多人借助手机等终端将谣言散布到博客、微博及各类网站上, 对一些单位或个人进行恶意攻击, 严重影响了社会的稳定。此外, 网络舆情也已成为关乎社会和谐稳定的重要因素。许多网络公关公司或个人在利益的驱使下操控网络舆情, 并通过无线上网方式将各类图片及音视频等发布到网络上, 扩大事件的炒作面, 混淆视听, 对社会的稳定造成严重影响。

三、无线上网监控的解决策略

1. 设计新型的手机监测方案。

当用户使用无线上网的方式浏览网页时, 浏览器将首先弹出验证页面, 要求用户实名认证, 提交真实信息进行备案, 同时检测该终端的mac地址, 与用户资料一起上传到网络服务商的数据库服务器进行备案, 当用户涉嫌通过手机传播非法信息时, 有关部门可通过其在服务器中的mac地址定位到该用户, 并及时对信息进行处理, 以达到从源头上控制不良信息散布的目的。

2. 启用网络不良信息监测及过滤系统。

为整治不良信息的传播, 监管部门可使用不良信息监测及过滤系统实现信息的监管。该系统能收集用户通过网络获取的各项信息, 然后对信息进行分析和比对, 一旦发现非法内容, 则将其URL地址放入系统黑名单, 当该地址再次被访问时, 系统将进行数据阻断, 使用户免于不良信息的侵害。 (下转64页) (上接62页)

3. 加强与移动通讯运营商的合作。

对于通讯网络运营商来说, 由于他们为用户提供了各种各样的网络服务, 因此可以很容易使用技术手段来实现对网络数据的监控和定位, 网络监管部门应该加强与移动通讯运营商的合作, 共同完成互联网、无线社区等网络监控及管理工作。

四、结束语

本文通过对我国无线上网模式的现状分析, 指出该领域中存在的问题, 并提出了相应的解决策略, 为网络信息安全和管理工作提供新的思路。

摘要：随着互联网中不良信息越来越多, 如何做好这些信息的监控工作, 特别是针对无线终端的监控工作是网络监管部门面临的重要课题。本文分析了无线网络监控领域的现状, 并根据其中的问题有针对性地提出了解决策略, 为我国无线网络监控工作的进一步发展提供理论支持。

关键词：信息监控技术,不良信息,无线网络监控

参考文献

[1]丁红军.3G给网安工作带来的新挑战及应对措施[J].信息网络安全, 2012 (07) .

[2]张婷, 张辉极.智能手机安全问题及防护技术分析[J].信息网络安全, 2011 (12) :65-68.

[3]高红玲.网络舆情与社会稳定[M].北京:新华出版社, 2011.

煤矿水源井无线视频监控终端设计 篇4

煤矿生产和生活供水系统主要由矿区的水源井群构成, 因此, 对水源井群的统一调度与监控是煤矿安全生产运营的重要保证。目前国内的水源井监控主要是SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition, 数据采集与监视控制) 系统[1]。参考文献[2]基于DSP设计了水源井RTU (Remote Terminal Unit, 远程终端控制系统) , 利用无线电台进行数据传输;参考文献[3]基于数传电台设计了煤矿水源井群监控系统, 实现了泵机的实时检测与水源信息采集;参考文献[4]基于PLC采集传感器数据, 并通过工业以太网将数据传到上位机。上述水源井监控的信息主要是数据信息, 由于受数传电台或GPRS的传输速率限制, 无法对水源井周边的视频信息进行监控。为了更好地管理和保护水源井, 本文对现有水源井监控系统进行优化, 加入实时视频监控部分, 采用3G的TD-SCDMA无线宽带网络传输视频流, 提高了系统性能, 实现了对水源井的多功能监控。

1 水源井无线视频监控系统架构

水源井视频监控系统架构如图1所示。摄像机通过同轴视频电缆将视频图像传输到控制主机, 操作人员可通过主机改变水源井的监控模式。监控模式分为2种:一种是可选择的视频监控, 如无异常则不需要传输视频数据, 只监控水质数据信息, 发现异常则发出视频需求信号, 再由主控制器采集视频信息并压缩传输;另一种是实时同步视频监控, 即24h无间隔地实时传输数据和视频信息。在接收端, 视频监控服务器对数据进行处理, 利用特殊的录像处理模式, 可对图像进行录入、回放、处理等操作, 使录像效果达到最佳。经视频监控服务器处理的数据可根据需要通过水务局局域网或互联网查看。

2 H.264视频信息处理和传输

H.264 的编码结构如图2 所示。综合现有的硬件资源、实现难度等因素, 设计中仅采用了帧内预测方式。采集到的视频图像经初步处理后首先存入SRAM中, 然后以MB为单位从SRAM中读取;同时根据其所在图像的帧内位置读取重建帧中的参考像素进行帧内预测;并将预测宏块与当前宏块相减, 得到预测残差数据。对残差图像进行整数DCT (离散余弦变换) 或Hadamard变换, 变换后进行量化。量化的输出数据分为两部分:一部分进行重排序、熵编码, 输出压缩码流;另一部分经过反量化和逆整数DCT或Hadamard变换, 生成重建帧, 供下一次帧内预测参考。

在视频采集发送端, 对输入的视频信息进行编码压缩, 得到相应的编码视频流后, 按所选择的数据封装方式将视频码流封装成IP包, 再进行相应的信道编码和调制后, 通过无线信道传输。接收端进行解调和信道解码后对IP数据包进行解包分析, 得到视频码流后再进行视频解码, 在接收端输出重建的视频信号。

3 水源井无线视频监控终端的实现

3.1 视频采集模块

视频解码芯片ADV7181B输出的数字视频数据通过8位总线TD DATA [7:0]传输给FPGA, FPGA通过视频解码模块从视频数据中识别出有效数据。ADV7181B输出标准的ITU656 格式的数据, Y∶U∶V=4∶2∶2, 分辨率为720×576 (PAL) , 输出像素时钟为27 MHz。在ITU_656_decoder实际逻辑判断中, 主要是对行起始标志码 (SAV) 和行结束标志码 (EVA) 进行判断和检测。视频解码文件完成的任务:通过SAV信号来判断接下来的数据是否为有效视频数据, 如果是, 则进一步分离出有效数据的同步信号oDVAL和有效数据Y、Cb、Cr。为了本地显示, 需要把视频信号进一步转化成RGB信号, 则要先对YCbCr 4∶2∶2进行延时处理, 通过复制前面的像素点, 使YCbCr 4∶2∶2转成YCbCr 4∶4∶4。

3.2 视频压缩模块

H.264 视频编码以宏块为基本处理单位, 当SRAM中存储了一帧截取的图像数据时, 视频编码器通过YUV控制模块从SRAM中读取一个宏块的像素, 将之转化为Y∶U∶V=4∶2∶0格式, 并将亮度信号和色度信号分别送入预测模块进行处理。若当前宏块的边缘预测像素可用时, 边缘预测像素也由YUV控制模块输出到帧内预测。若使用帧内预测方法, 则不进行帧间预测部分的判断。将经过帧内预测的数据流送入DCT变换以及量化模块, 分2次输出给不同接口, 其中一路经过重排序及熵编码处理, 形成H.264标准码流;另一路作为图像的重构, 经过反变换、反量化和环路滤波处理。重构后的图像用于预测下一个宏块。补偿重构模块的任务是将反变换和反量化的残差与对应的预测结果相叠加, 同时将亮色比从Y∶U∶V=4∶2∶0转换成Y∶U∶V=4∶2∶2, 写进SRAM中的重构帧缓存区。

3.3 视频无线传输模块

无线视频传输模块实现的功能是封装编码数据, 通过TD-SCDMA网络将视频数据传输到客户端, 客户端可以是PC机或3G手机终端。3G模块采用的是SIM5218。通过向SIM5218A发送AT命令可以对它进行设置, 并与中国移动建立连接, 连接Internet。在开发板上对数据进行分组打包, 通过USB接口传递给SIM5218A无线发射模块并传送出去。在传输的过程中, 首先要完成SIM5218A无线发射模块到基站的PPP链路层的连接, 然后才能实现传输层的UDP协议, 最后在应用层完成视频数据的传输。

4 水源井无线视频监控终端测试

以DE2 开发板为核心硬件平台, 配合使用PAL制摄像头、本地LCD显示和3G TD无线传输模块实现了视频数据的采集、压缩、传输及显示。

上位机软件通过C++Builder编写, 其功能是和视频监控前端建立连接, 接收来自视频监控前端的视频数据, 并在视频监控终端显示。测试时视频监控终端向视频监控前端发送了3次连接请求, 视频监控前端连续3 次接受视频监控终端的请求。3次采集视频图像的大小分别为68 419, 81 865, 69 843Byte。采集图像的字节大小与图像的像素点有关, 像素点越多, 发送的时间越长。

5 结语

水源井无线视频监控系统实现了对水源井的视频实时监测功能。视频监控系统前端采用PAL制式摄像头采集视频数据;在DE2 开发板的主芯片EP2C35 中设计并实现了视频解码模块, 优化了H.264压缩模块, 实现了数据接收和发送任务调度功能。测试结果表明, 该系统能够满足视频信息的采集与传输需求, 实现了对现有水源井监控系统的优化。

参考文献

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无线数据监控终端 篇5

现在“两客一危”车载系统主要采用GPS+GPRS方式, 向后台传递车辆相关信息。但实际情况下GPRS速率较低, 无法有效承载实时的视频传输。

二、车载前端系统硬件部署

2.1 前端信息采集

车载DVR内置的GPS模块采集GPS信息并实时上传到中心。车内可视情况安装4-6个摄像机, 摄像机的覆盖范围应到达95%以上, 保证车内无死角。车前摄像机 (摄像机1) 位于在汽车挡风玻璃后面, 可安装在车内天花板或仪表板上, 镜头朝前, 用于拍摄前方道路状况、行车标志信息、红绿灯等, 有利于提高驾驶员的交通规则意识、保障行车安全。前门摄像机 (摄像机2) 安装于驾驶座后方的车内顶板, 镜头对着前车门及驾驶座位置, 拍摄乘客上车、司机驾驶等情况, 可记录乘客上车信息并规范司机驾驶行为。车厢前部摄像机 (摄像机3、4) 安装在车厢前部的车内顶板, 镜头方向向后, 从前往后拍摄车厢内两条过道视频, 可监控到车内的大部分铺位, 用于记录乘客的各种行为, 便于事后查证。车厢后部摄像机机 (摄像机5、6) 安装在车厢后部的车内顶板, 镜头方向向前, 与摄像机3、4配合, 从后往前拍摄车厢内两条过道视频, 可监控到车内的全部铺位, 用于记录乘客的各种行为, 便于事后查证。系统前端布置用于声音采集的设备拾音器, 可用于对车内的声音进行实时的采集。当有紧急情况时, 可通过车内的报警按钮发送报警信息。

2.2 车载信息显示

车载信息显示屏用于显示调度和提醒信息, 监控指挥中心通过3G网络下发天气状况、路况提醒、线路偏离、夜间行车安全提示、疲劳驾驶提醒等信息到车载DVR, 再经由RS485在信息屏上显示, 同时信息屏内置TTS中文语音合成模块, 保证在行车时驾驶员可以清晰听到语音播报。另外当车辆遇到路障或寻找加油站时, 信息屏可以指示行驶路线。当车辆出现故障或事故时, 司机可以通过信息屏发送求援信息。

2.3 车内对讲系统

通过接在车载DVR上的语音对讲设备, 驾驶员可通过麦克风对车内乘客喊话提示, 车内喇叭可以对喊话信息、语音对讲信息以及预录语音进行扩声。

2.4 安全管理

车门通过门磁系统与车载设备联动, 当途中车门开启时能够自动将该段时间视频实时上传监控指挥中心保存, 作为非法停车上下客的处罚依据。

车辆上可以安装紧急报警按钮, 在车辆发生紧急事件时可由司乘人员触发报警按钮, 向管理中心报警。

2.5 车载硬盘容量测算

单个通道1小时存储1天的计算公式∑ (GB) =码流大小 (Mbps) ÷8×3600秒×1小时×1天÷1024。如果采用4CIF (704*576) 格式, 按1.5Mbps码流计算, 存放1天的数据总容量1.5Mbps÷8×3600秒×1小时× (1天) ÷1024=0.66GB。单通道总存储容量∑ (GB) =0.66GB×N小时 (N为前端存储的小时数) ÷0.9 (格式化损失容量比例) 。

三、设备安装方式

3.1 车载设备取电

车载终端主机电路系统安装相适应的插片式保险, 保险安装在保险盒里, 保险盒的位置尽量接近取电端。建议直接从仪表盘下直接取电, 这样可以有效避免从电瓶直接取电的电池腐蚀电源线的线缆。

3.2 布线

车内线缆埋在管道内, 外露部分不超过30CM。线缆采用线扎捆束, 每隔60CM捆束一条, 电源线和视频线保持10CM以上的距离以免信号干扰。

3.3 车载主机安装

先安装设备支架, 再将车载取证主机固定在支架上, 连接相应的线缆。安装完成后检查连接正确无误再进行加电测试, 测试内容包括:视频信号是否正常, 录像功能, 报警功能, 远程控制、报警上传、延时关机等。测试完成后, 在设备各接口涂抹红胶或热熔胶, 用于固定设备, 贴上保修标签, 清理现场。

3.4 车载摄像机安装

车载视频监控系统对于摄像头的安装角度和位置特别重要, 好的安装位置能够使摄像机更加牢固在车辆上, 不容易晃动, 好的安装角度能够使摄像机摄像范围更加的合理, 有利于事后取证的准确性, 避免死角产生。

四、结论

提升“两客一危”车辆驾驶安全是关系民生的重要举措。本文从实际应用出发, 着重分析3G车载视频监控系统车载终端, 对车载终端的具体配置、安装方式进行研究。通过该系统, 一方面提高旅途安全、减少案件和事故发生, 另一方面可有效改善服务质量和掌控车辆营运情况。

参考文献

[1]周永兵, 朱靖玉“.两客一危”GPS卫星定位系统车载终端设计.电子设计工程2012, 9 (20)

[2]吴晓彬, 杜东高.基于GPRS的车辆监控系统技术研究.现代电子技术.2011, 24

无线数据监控终端 篇6

1 税务监控终端功能设计

蔗糖生产企业无线税务监控系统由远程无线税务监控终端设备及税务监控数据处理中心两大部分组成, 本文主要对制糖企业远程无线监控终端设备的设计与实现进行阐述。税务监控终端设备自动采集进厂原料蔗重量和成品糖产量, 通过3G通信发送到远程税务监控中心, 实现对制糖企业原料蔗消耗量和成品糖产量进行统计和跟踪, 从而达到监督企业依法纳税的目的。

2 硬件设计与实现

税务监控终端是集数据采集、视频监控和无线通讯等功能的一体化设备, 采用一般的单片机很难完成如此复杂的软硬件功能, 难以满足糖厂恶劣 (糖粉尘大, 受潮粘化, 腐蚀性大) 的使用条件要求。选用技术成熟的ARM9系列处理器实现是较理想的方案。S3C2440处理器带有3个RS232接口、1个10/100M接口、1个SD卡接口及2个支持视频处理功能的USB接口, 满足硬件接口需要。该处理器同时支持Linux与Windows CE操作系统, 这两种操作系统对上述接口都能提供很好的支持, 避免了自行开发底层驱动和应用难度大, 性能不稳定的问题, 以该处理器为核心, 可方便的实现小型化、低功耗、全密封防尘防腐蚀设计的要求。系统主要功能组成如图1所示。

2.1 出糖口数据采集接口电路设计

出糖口是指制糖设备储料桶出料口每次以25Kg或50Kg重量以袋装方式封装的成品糖输出口, 累计出糖口电磁阀开启次数即可对成品糖进行产量计量。由于生产现场糖粉尘大, 采用霍尔开关传感器比光电式和行程开关方式更可靠耐用, 基本不需要维护。为了避免生产车间糖粉尘对监控终端的影响, 监控终端安装位置一般在地磅监或制糖车间监控室, 距离制糖设备的出糖口较远, 最远可达近百米, 采用光电隔离I/O接口方式在解决信号干扰问题的同时, 实现与生产设备间的电气隔离, 保障采集设备和生产安全。光电隔离电路技术成熟, 本文不再赘述。目前企业单厂区都未有超过4个以上出糖口产能的设备, 8路出糖口设计具有较大的冗余量, 可满足相当长一段时间的使用要求。。

2.2 地磅数据采集接口电路设计

制糖企业的地磅种类虽然较多, 但都具有地磅数据串行通信功能, 因此采用RS232接口实现地磅数据的采集, 目前企业一般有一到两个地磅, ARM9处理器自带三路RS232接口已经满足要求, 正常使用其中的两个RS232口作为地磅接口, 第三个RS232口作为系统监控使用, 用于终端的参数配置、控制和数据交换。地磅入口处设有刷卡识别设备, 原料蔗进厂过磅严格执行称重与去皮的配套流程, 采用一车一卡的刷卡方式, 确保称重与去皮的唯一对应。

2.3 视频监控接口设计

税务监控终端采用USB接口实现8路监控视频图像抓拍功能, 图像抓拍由出糖口信号触发, 监控终端不存储视频信息, 视频信息由视频服务器实时传送到监控中心, 当现场不具备3G通信条件时, 可另配硬盘录像机进行记录, 税务部门定期核查, 图像抓拍功能是否启用, 可由远程数据中心通过命令对税务监控终端进行配置和控制, 同时具备远程实时查看监控视频的功能。

2.4 无线通信接口设计

由于国内三大移动通信服务商的基站分布密度不同, 每个服务商都存在不同区域的3G信号覆盖盲区, 不同地区需要使用不同服务商的3G通信, 因此, 税务监控终端无线通信采用可插拔模块化设计, 通过配置不同的3G模块实现对中国移动、中国联通和中国电信的支持, 具体使用哪种模式取决于企业现场通信环境, 可选用3G通信信号较好的服务商, 个别企业现场不具备3G通信能力时, 模块工作在普通2G模式, 此时终端仅发送监控数据, 关闭图像传输和视频监控功能。

3 软件设计与实现

税务监控终端设备软件功能较为复杂, 信号采集实时性要求较高, 采用在成熟的系统平台上开发应用软件是较理想的方式, 本设计采用开放源代码的Linux作为税务监控终端的操作系统, 本文主要针对税务监控终端应用软件整体设计和主要功能模块进行叙述。

3.1 软件系统整体设计

软件设计采用多任务、多进程模式, 将各功能程序设计为不同的功能模块, 加载为多个不同优先级的并发进程或中断服务程序。出糖口计数与地磅数据采集功能具有最高优先级, 采用中断触发模式, 保证实时性, 避免数据漏采。图像采集功能为第二优先级, 当处理完出糖口与地磅数据服务后, 可响应此功能服务。3G通信模块处于第三优先级, 默认为实时在线模式, 通过与数据中心的心跳包交互维持在线状态, 断线自动连接;数据发送采用先进先出原则, 每一包数据都需要数据中心的正确应答。离线数据暂存采用固定长度的循环队列方式, 其他辅助功能设计为最低的优先级。

3.2 通信数据包格式设计

税务监控终端3G通信数据包格式采用国际通用标准PDU编码规则, 自定义数据格式如下:规避了3G模块AT指令集所涉及的符号, 采用‘@’符号作为数据包前缀, ‘#’符号作为数据包后缀, 校验码采用CRC16编码, 校验码由‘包序号’至‘数据内容’之间的数据生成, 每包‘数据内容’不超过1024字节, 整包数据在1040字节以内, 3G通信数据包格式如表1所示。

3.3 数据采集模块程序设计

出糖口数据采集采用中断触发方式, 中断服务程序对每个出糖口每包成品糖触发一次脉冲进行累加, 每累计40次, 对应重量1000Kg (25Kg/包) 或2000Kg (50Kg/包) , 打包发送一次数据到税务监控中心。当出糖口5分钟没有触发信号时, 将当前累计包数发送到监控中心, 所有数据同时存入本机FLASH缓冲队列, 以防通信失败等意外情况造成数据丢失。出糖口数据指令标识为‘C’ (Counter) , 数据长度为32字节ASCII码, 出糖口数据内容如下:出糖口编号 (1字节) , 数量 (2字节) , 起始时间 (14字节) , 截止时间 (14字节) , 发送标志 (1字节) 。

地磅数据采集通过RS232串口实现, 同样采用中断服务程序实现地磅称重数据的接收。车辆每次通过地磅均需刷卡确认是称重还是去皮, 每次过磅的数据自动存入FLASH缓冲队列, 同时打包发送到监控中心。地磅数据类别标识为‘W’ (Weight) , 数据长度为29字节ASCII码, 数据内容如下:地磅号 (1字节) , 卡号 (4字节) , 称重类别 (1字节) , 重量 (12字节) , 称重时间 (10字节) , 发送标志 (1字节) 。

3.4 数据传输程序设计

数据传输块程序主要完成出糖口、地磅、心跳包及监控中心指令数据和应答数据的交换, 为了保证数据采集实时性, 设计采用了查询模式而非中断模式, 通过对监控数据缓冲队列FLASH存储区的扫描, 将未发送成功数据发送到数据监控中心, 得到远程监控数据中心返回的带有数据包标号的应答时, 完成一次正确的发送, 同时将FLASH缓冲队列相应发送成功标志置位, 当数据缓冲队列满时, 最先发送成功的数据将被覆盖。

为了防止长时间无数据掉线, 维持网络连接, 监控终端每隔1分钟向监控数据中心发送一个数据类别标识为‘B’ (Beat) 的心跳包, 数据中心回应带有时间戳的相同格式应答包, 如果3分钟没有任何类型的应答包, 模块将自动断线重拨进行网络连接。

4 结论

本设计以ARM9处理器及经定制的Linux操作系统为核心, 结合3G通信及视频监控等技术完成了税务监控终端设备的设计与实现。终端设备具有模块化、小型化、功耗低、可靠性高和全密封防护等特点;经优化定制的Linux操作系统占用资源少、性能稳定, 监控应用软件编程难度小, 模块化程度高, 多进程并行处理模式实时性高、功能扩展方便。经实际使用, 设备各项功能稳定, 性能可靠, 达到了设计需求, 实现了远程税务监控的目的, 设备已批量生产并在来宾市全范围投入税务监控应用。由于部分蔗糖生产企业因位置较偏僻, 3G信号覆盖存在盲区, 目前只能采用2G通信模式, 通信速度较低, 只能传输监控数据, 无法实现监控视频和图像的实时传输, 随着我国3G网络的普及和4G网络的开通, 这一问题将很快得到解决。

参考文献

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无线数据监控终端 篇7

1 M23模块介绍

目前市场上的主流GSM/GPRS模块有以下几种:BENQ公司的M22/M23模块、SI-E M E N S公司的M C 3 5/M C 3 9模块、S o n y Ericsson公司的GR47/GR48模块。从功能上来说, 上面的模块都支持基本的GSM功能, 而M22/M23则支持GPRS CLASS4, M22/M23内置了嵌入式TCP/IP, 可以支持数据业务的透明和非透明传输[1]。考虑到市场的普及度与可靠性的要求, 我们选择Ben Q公司的M23通讯模块。在应用的领域来说, M23可以应用于GSM语音通信以及短信息通信, 譬如路况信息监控, 道路紧急电话, 利用短信息进行实时性要求不高, 数据量不大的数据通信, 无线商务电话等。由于支持GPRS和嵌入式的TCP/IP, M23还可以用于实时性要求较高, 数据量相对较大, 传输速度相对较快的数据通信领域, 如电力无线抄表系统, 无线POS机, 工业数据传输, 无线上网卡等等。

2 AVR系列单片机介绍

AVR单片机[2]是Atmel公司1997年推出的RISC单片机。较其他系列的单片机而言, 其具有频率高、功耗低、片内资源丰富的优点。AVR系列单片机都具有良好的集成性能, 具备在线编程接口, 其中的MEGA系列还具备JTAG在线仿真和下载功能;都含有片内看门狗电路、片内程序flash、同步串行接口SPI;多数AVR单片机还内嵌了AD转换器、EEPROM、模拟比较器、PWM定时计数器等多种功能。由于本系统在设计上需要用到单片机的两路串口, 所以采用了ATmega162这一款单片机作为系统的主控制芯片。

3 GPRS技术介绍的技

GPRS (General Packet Radio Service) 是通用分组无线业务的简称[3], 采用的是基于GSM系统的无线高速数据分组传输技术, 目前理论传输速率为115Kbps。GPRS的基本原理是, 当用户上传或下载互联网数据时, 系统不是利用当时承载服务所采用的电路连接, 而是利用分组将数据在网络中传送, 达到多用户间对网络资源的共享, 同时网络运营机构还可以最大限度地使用现有GSM设备, 避免了GSM设备投资的浪费。另外, 数据传送使用GPRS, 而语音传送使用GSM, 使下载资料和通话可以同时进行。为此, 它不但可以为GPRS用户提供GSM移动电话通信的所有功能, 更为突出的是为GPRS用户提供了一种更快捷、更方便、更便宜、更持久的移动上网方式。GPRS目前被认为是移动通信从第二代向第三代过渡的重要一环。

4 系统硬件设计方案

本系统的设计目标主要是实现对上位机数据的无线发送和接收。在方案设计上, 从AVR单片机上引出一路串口, 作为与上位机通信的接口。然后, 单片机通过另外一路串口连接到M23模块, 最后由GPRS无线网络发送到指定的服务器。系统框图如图1所示。

Ben Q的这款M23无线模块能通过手机网络为任何需要语音通讯和数据传输要求的产品提供无线通讯解决方案。其管脚分类如表1所示, 引脚分布如图2所示。

在本系统的设计中, 由于不需要用到模块的语音功能, 所以在硬件设计上, 语音接口和键盘中断接口都可以省略不用。下面就分别介绍本系统中和M23模块有关的部分电路设计。

我们知道无线模块的耗电具有不稳定的特点。在待机状态、和基站的握手状态、通话状态、在拨号状态或者是在信号强弱不同的地方这些因素都会直接的影响无线模块的耗电流, 所以无线模块的电源设计非常重要。M23推荐的电源电压范围为DC3.6~4.2V, 所以在设计电源的时候取3.8V的电压, 模块在工作中最大的瞬间电流能够达到1.7A, 所以考虑到大电流的需要, 本系统采用LM2576开关稳压芯片。又因为较高的输出电压纹波 (一般大于20m V) 是开关稳压电源设计中不可回避的问题, 在某些对电源纹波电压有特殊要求的场合 (如MCU内部有高精度A/D转换器等) , 可采用开关稳压电源来提高稳压电源的工作效率或采用线性稳压电源来降低稳压电源的输出纹波电压。因此, 采用开关稳压电源与线性稳压电源相结合的形式可为有特殊要求的MCU供电提供一种更好的方法。因此, 最终电源设计方案采用LM7805和LM2576的联合设计。直流电源 (+12V) 输入LM7805, 然后输出DC5V, 对AVR单片机供电, 与此同时通过LM2576产生DC4V电压供给M23。由于LM2576具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力, 从而为M23的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。

电源部分原理图如图3所示。

由于Ben Q M23必须通过移动运营商的GSM/GPRS网络才能够工作, 所以必须要用到SIM电话卡。安装时只要以右上角的缺口为准即可。SIM卡座的和M23的连接电路原理图如图4所示。

当M23模块和MCU通信时, 只需要将模块的RXD、TXD与MCU的RXD、TXD交叉相连就可以了。如果模块要和PC机通信, 则需要将模块与DB9连接成全串口。在本系统的设计中, 用了两个8位的平拨开关, 分别控制M23的串口与MCU连接或者与DB9连接。当S1断开, S2连通的时候, 模块的串口和DB9连通, 这时, 模块不受MCU控制, 可以用PC机通过串口调试程序直接对模块进行配置或者测试。在测试正常后, 就可以将S1连通, S2断开。用MCU来和模块通信。

5 软件设计

在本系统的软件设计上, 主要是在ATmega162初始化后利用单片机的串口向M23模块发送AT指令, 来对模块进行GPRS相关参数的设置。

AT即Attention[4], AT指令集是从终端设备 (Terminal Equipment, TE) 或数据终端设备 (Data Terminal Equipment, DTE) 向终端适配器 (Terminal Adapter, TA) 或数据电路终端设备 (Data Circuit Terminal Equipment, DCE) 发送的。通过TA, TE发送AT指令来控制移动台 (Mobile Station, MS) 的功能, 与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。90年代初, AT指令仅被用于Modem操作。没有控制移动电话文本消息的先例, 只开发了一种叫SMS Block Mode的协议, 通过终端设备 (TE) 或电脑来完全控制SMS。几年后, 主要的移动电话生产厂商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP共同为GSM研制了一整套AT指令, 其中就包括对SMS的控制。AT指令在此基础上演化并被加入GSM 07.05标准以及现在的GSM07.07标准, 完全标准化和比较健全的标准。

本系统使用外部晶振, 频率为8M, 串口的波特率为9600bps。下面分别给出了异步串口初始化和数据发送的子程序。

6 结语

以上介绍了如何利用GSM/GPRS模块M23与AVR系列的一款单片机ATmega162搭建起一个可以无线发送数据的硬件平台。重点介绍了硬件平台的一些主要部分的电路原理图、部分子程序和一些关键命令行。希望能对此方面感兴趣的人员起到一定的帮助作用。

本设计的创新点:在于采用AVR系列单片机ATmega162控制M23模块, 利用GPRS模式来实现对数据的无线传输。

摘要：介绍了一款用于GSM/GPRS网络的通信模块-BENQ公司的M23模块。利用AVR系列的一款单片机ATmega162控制M23模块, 借助移动服务运营商提供的GPRS网络, 实现了对上位机数据的无线传输。

关键词：无线传输,GPRS,M23,AT指令

参考文献

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