基于GPRS技术的人防及灾害警报集中控制系统的设计与实现
发布时间：2010-8-29 21:48
发布者：conniede
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GPRS(General Packet Radio Service—通用分组无线服务)，它是利用“包交换”的概念发展出的一套无线传输方式。GPRS是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输业务，借助GPRS无线接入技术，无论在何时、何地，人们都可以轻松地接入互联网。 利用GPRS无线接入技术组成无线数据传输系统有很大的应用范围，目前几乎所有中低速率的数据传输业务都可以应用，包括：工业遥信、遥测、遥控以及金融、零售行业的POS机联网、自动柜元机联网、移动银行等，还有车载移动性数据传输、移动车辆调度与监控等。我国GPRS技术在手机中的应用已经很广泛，而在工业遥信、遥测、遥控方面才刚刚起步，本文是利用GPRS无线接入技术设计并实现了人防及灾害警报集中控制系统，是GPRS技术在工业遥信、遥测、遥控方面的典型应用。 系统结构 系统主要由中央控制中心、警报遥控终端两部分组成，其它部分由中国移动通信公司提供，其结构如图1所示。  图1 系统结构框图 警报发放指令由中央控制中心的计算机发出(中央控制中心可以是移动的、也可以是固定的)，中央控制中心发放的警报指令经Internet网络和GSM/GPRS网络后传给警报遥控终端，警报遥控终端接到指令后，启动警报器(电动警报器、电声警报器)鸣响，警报鸣响信息自动回传至中央控制中心，并在计算机的电子地图上一一显示。 GPRS无线数据通信 在本系统的实现过程中，GPRS无线数据通信的实现是非常关键的问题。GPRS是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，大大降低了系统的营运成本。 GPRS无线数据传输的理论带宽可达171.2Kbps，实际应用带宽大约在40~100Kbps，并且在其信道上提供了TCP/IP连接(通过GGSN连接GPRS/GSM网络和Internet网络)，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。那么，要实现中央控制中心到警报器遥控终端之间的GPRS数据通信，只需要两者都遵循TCP/IP协议且工作在同一个网路层面上就可以了。在系统的实现过程中，我们为警报器遥控终端设计了一个GPRS数据通信模块，内嵌TCP/IP协议栈对TCP/IP数据进行解析来实现数据的透明传输，再在其基础上构建警报系统的通信协议。考虑到GPRS数据通信模块采用单片机来实现TCP/IP协议解析，所以在TCP网络层采用了系统开销较小的UDP协议而不采用TCP协议。 GPRS数据通信模块主要由CPU、GPRS收发模块、SIM卡座、配置/诊断模块、TTL串行通信接口、扩展数据存储器等部分组成，其结构框图如图2所示。  图2 GPRS数据通信模块结构框图 GPRS收发模块采用SIEMENS公司的MC35 GPRS无线通信模块。MC35模块中内嵌了PAP(Password Authentication Protocol)和CHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol)两种协议栈用于PPP(Point-to-Point Protocol)连接到GPRS数据交换中心，当呼叫连接建立后，MC35就能按照GPRS网络协议收发GPRS分组数据并解析，输出IP数据报。 MC35提供了标准AT命令界面和一个RS-232接口用于与外部应用系统连接；另外，还提供了SIM卡接口，用于连接SIM卡座，以便连接到不同的GPRS营运网络。 CPU采用Winbond公司的77E58单片机芯片，该芯片内部有32K的程序存储器，足够嵌入IP和UDP协议栈程序。同时，77E58具有两个串行口，一个用来连接GPRS收发模块，另一个用以输出经过UDP解析后的数据。 警报遥控终端 警报遥控终端为警报执行机构。它既可以为电动警报控制终端，又可以为电声警报控制终端。其工作原理为：当警报控制器接收到合法指令(远程遥控)或收到有效的键盘操作(手动操作、密码保护)后，由控制器控制电动或电声警报驱动电路，从而完成电动或电声警报器的报警。其结构框图如图3所示。  图3 警报遥控终端结构框图 在警报遥控终端中，由Atmel公司的AT89C52单片机、GPRS通信模块、语音电路、声强检测模块、人机接口、警报器驱动等功能模块组成，完成通信、播放、状态检测、手动操作等功能。 结语 GPRS无线接入技术在工业遥信、遥测、遥控方面的应用将有广阔的前景。利用GPRS无线接入技术实现人防及灾害警报的集中控制,只是GPRS技术应用的一个方面。该警报遥控控制系统已经在许多城市得到了应用。 |
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