作者：陶國正 單位：常州機電職業技術學院

1GPRS通信技術

GPRS是由“包交換(Packet-Switched)”的概念發展出的一套無線傳輸方式。包交換的概念是指首先將數據封裝成各個獨立的封裝包，接著依次將封裝包傳送出去，形式上有點類似于現實生活中的郵寄包裹。GPRS采用分組交換技術，即GPRS信息在傳輸前被分成既是彼此分離又是彼此相關的“數據包”，并在接收端重新組合。這種技術可以讓多個用戶一起分享某些固定的信道資源。由于只要有移動信號的地方就可以使用GPRS，因此GPRS網絡特別適合于應用在野外、偏僻地方來對測量儀表的監控和數據采集。另外由于使用分組交換技術，使得接入時間小于1s，這使GPRS能夠提供更加快速、及時的移動連接，極大地提高了進行遠程監控、數據采集等活動的效率，使Internet應用操作更加便捷、流暢。對使用GPRS用戶的計費方式通常以其所使用的數據量為主要依據，對用戶來說，這是一種比較合理的計費方式，體現出“多用多付、少用少付”的原則，從而使得采用GPRS方式能夠有效降低運營費用，增加經濟效益。該文所搭建的監測系統的主要通訊方式就是利用GPRS的分組無線業務［4－6］，通過無線網絡連接到高速的IP網絡傳輸現場的測量數據，實現了數據的網絡化采集和遠程傳輸，具有數據顯示、監測和存儲等功能。

2系統的整體方案

系統的整體思想:首先將農業灌溉現場的流量、液位等參數通過傳感器采集后，經過數據通信送入微處理器處理后，再經過現場GPRS模塊發送到數據監控中心，監控人員在控制室里對現場的實時測量數據進行綜合分析，采取手動或自動方式，啟動現場的執行系統，網絡化地對農業灌溉進行監測。監控中心通過GPRS無線網絡實現與現場測量設備之間的不間斷通信，登陸到互連網的任何有權限用戶都能夠通過瀏覽器隨時瀏覽、查詢、記錄以及打印整個灌溉區的實時和歷史記錄數據，對數據進行抽樣調查，監測現場狀況。

充分利用網絡在資源共享方面的優勢，對分布在不同區域的各個監測點實現實時監測。系統總體設計方案如圖1所示。系統由現場模塊、通信模塊、數據處理模塊、Web模塊、監控中心5部分組成。作為上位機主要部分的監控中心，其組成部分是由主要設備以及輔助設備組成。主要設備包括單臺電腦或者小型局域網組成，輔助設備包括電源、上網接口設備、打印機等。監控中心監測現場數據有兩種方式:一是實時監測;二是定時或周期性監測。通過對現場數據進行實時或定時監測，及時指導現場執行系統完成相應的動作。通信模塊的主要任務是監測并接受來自所有現場模塊的數據，并將數據及時送入到監控中心。同時，通信模塊還根據監控中心的命令，給現場模塊發送指令要求。

Web模塊的主要作用是連接數據處理模塊和監控中心。它提供Web服務給監控中心，接受來自監控中心的請求，從數據處理模塊獲取數據，然后將數據處理成所需的形式，并返回給監控中心，使得監控中心可以瀏覽所請求的數據。Web模塊可以直接向通信模塊提出請求，通信模塊根據Web服務模塊的請求向模塊現場發送命令。數據處理模塊的主要任務是儲存來自現場的測量數據，并對數據進行相應的備份。現場模塊主要由各類傳感器、微處理器以及GPRS模塊組成。它的主要任務是根據監控中心的要求檢測現場數據，并將所獲得的數據傳送給通信模塊。

3系統硬件設計

系統中使用的GPRS通信模塊是西門子公司推出MC39i，其應用于許多無線高速數據傳輸系統中。該模塊的主要特點:體積小、重量輕，支持永久在線連接、數據存儲迅速和更快的數據下載速度。可進行數據、語音、SMS和FAX各個方面的應用，且功耗低。它為用戶提供了永遠在線、高速度、更簡單的移動數據通信接入手段。其主要技術指標:40腳，標準雙向串口;工作電壓為3．3～4．8V，典型電壓為4．2V;最大工作電流為2A;功耗為1W或2W。系統要能夠實時地處理各種控制命令并在數據傳輸時具有較大的吞吐率，并考慮到系統的可擴展性，硬件設計的時候選用的微處理器是PHILIPS公司生產的單片機P89C51RD2芯片作為CPU，對現場數據進行采集和處理。P89C51RD2是在完全保留80C51指令系統和硬件結構的大框架外，進行了多方面的加強、擴展、翻新和創新。P89C51RD2將原有的對外部數據和程序存儲器的16位尋址機制加以利用，把片上的RAM擴展到1KB，片上的FLASHEPROM擴展到64KB，滿足嵌入式高級語言對片上大存儲器容量的需要。其主要技術指標:時鐘頻率0～33MHz;雙DPTR指針;新增加片內16位尋址ERAM擴展RAM;模塊PCA支持上下沿捕捉PWM輸出軟件;定時器看門狗定時器等模式;全雙工UART串行口新增硬件幀檢錯和地址自動識別電路;嵌套中斷系統增強為7源4優先級。圖2是現場模塊的主要組成部分。主要由微處理器、GPRS模塊、A/D轉化模塊、通訊接口、顯示和觸摸系統以及復位和時鐘電路。接口通訊采用RS-232協議，系統采用復位電路主要是為了保證現場模塊的可靠運行，增加系統的可靠性。系統需要存儲的數據量較大，采用的存儲器是Atmel公司生產的串行大容量可擦寫的可編程存儲器AT24C512。芯片采用二線制總線結構，不需要地址線和并行數據線，減少了多余連線，簡化了硬件結構，使得系統的可靠性大大增強。其主要技術指標:內部可以組織成512K位(64K×8位)存儲單元;符合雙向數據傳送I2C協議;具有硬件寫保護和軟件數據保護功能;具有按頁(128字節)寫或按字節讀寫模式。

4系統軟件設計

4．1人員管理該部分的主要操作有增加、刪除用戶、用戶修改密碼以及用戶權限設置等。為有效地避免無權限的人登陸操作系統，保證系統的安全，系統中對用戶實現分級管理。用戶分為一般性用戶、管理員級用戶和領導級用戶，一般性用戶允許進行的操作包括查詢數據庫中的信息、修改自身的密碼，但不能實施遠程控制和刪除其他用戶;管理員級用戶可以對用戶信息進行身份以及權限的編輯;領導級用戶則可以完成所有操作。

4．2通信管理當通信服務模塊上電后，打開通信服務器的一個端口，通信服務模塊與現場模塊進行通信，考慮到速度要求，采用用戶數據包(UDP)協議［7－10］作為其通信協議。

4．3數據庫管理系統所采用的數據庫是SQLServer2000。系統需要進行將實時和歷史數據寫進數據庫、通過數據庫查詢數據等操作，因此需要對數據庫進行大量的操作，相應地對數據庫的要求也比較高。SQLServer2000作為現階段比較流行的數據庫，其不僅可以進行快速高效的數據讀寫操作，而且還可以對數據進行管理和備份，保證了數據存儲的安全。