1 係統總體設計方案

該係統主要由智能稱重儀表、GPRS模塊(MC55)、GPRS/Internet網絡、數據中心數據管理程序四部分組成。工作流程大致如下: 

通信過程的第一步是: 建立數據中心和儀表之間的通信鏈路。數據中心類似服務器端; 儀表端即客戶端向服務器請求連接, 連接建立後客戶端主動發送自己的注冊碼 ( 每個客戶端的注冊碼不同) 給服務器, 這樣就建立起了通信鏈路。

其次是數據的傳輸, 我們可以通過這個鏈路發送和獲取儀表的相關信息。數據傳輸過程如下: 數據由稱重儀表送給 GPRS 模塊, 模塊發送給 GPRS網絡, 再通過網關節點 GGSN 傳遞給 Internet 網絡,處在 Internet 上的數據中心收到來自儀表端的數據。數據從數據中心到達稱重儀表的流程和這個過程正好相反。

2 智能稱重儀表

此次研究是基於皮帶秤智能稱重儀表而研究的, 儀表采用 Aduc834 芯片, 芯片內嵌 A/D 轉換器, 與 51 指令兼容, 可產生大波特率加快數據傳輸速度, 稱重儀表原理如下:

儀表采集通過皮帶秤上的物料產生的速度傳感器和重量傳感器的信號, 對其進行放大、 濾波後送入微處理器進行 A/D 轉換, 微處理器對其進行計算處理, 得到通過皮帶秤的物料的重量值。

數據從儀表傳送給 GPRS 網絡是通過 RS232串口 P3.0 和 P3.1 進行發送和接收的。

3 GPRS 技術

GPRS-General Packet Radio Service , 通用無線分組業務, 是一種基於 GSM 係統的無線分組交換技術, 提供端到端的、 廣域的無線 IP 連接, 以 “分組”的形式傳送資料到用戶手上。由於使用了 “分組” 的技術, 基本上可以實現 24 小時在線; 用戶總是在線且按K8凯发登录入口計費, 沒有數據傳輸不收費, 大大降低了成本;

GPRS 的最大優勢在於速度快, 目前的 GSM 移動通信網的傳輸速度為每秒 9.6K 字節; GPRS 接入等待時間短, 可快速建立連接, 平均為 2s 。

4 GPRS 上位機實現

上位機程序是用 VB 語言編寫, 采用 winsock控件作為 GPRS 模塊和數據中心的通信鏈路載體,根據 winsock 的連接狀態參數, 可以動態觀察到儀表是否在監控中; 後台數據庫支持數據的隨時存儲,可以查閱曆史記錄, 也可以保存當前記錄, 並有當前時間顯示; 設置了登錄權限; 數據中心和客戶端的聯係不僅基於 GPRS 網絡而且也利用手機模塊自身的功能, 如打電話或發信息通知客戶端上線; 也可以發送控製手機模塊的 AT 指令控製客戶端。

4.1 動態域名解析

域名解析就是將一個域名解析為一個動態的IP 地址, 每次在電腦 IP 地址發生改變時, 軟件會自動將新的 IP 地址發送到 DNS 服務器或者服務商提供的服務器上, 對域名的解析進行修改。 也就是當你再次訪問同一個域名的時候, DNS 服務器會自動連接變化了的 IP 地址。由於固定 IP 數量有限, 且申請固定 IP 的費用較高, 所以普遍用的都是動態 IP, 也就是每次掉線之後 DNS 服務器分配給終端的是不同於上一次登陸的 IP 。而儀表跟數據中心通信時是用 IP 地址進行訪問的, 讓這個變化的 IP 始終被捕捉到, 域名解析就顯得很重要了。

4.2 端口映射

對動態 IP 的局域網裏的一部普通主機來說, 訪問任何一個網站都是可以的, 可是外部網絡要訪問這台計算機就不可能了, 因為內部的計算機 IP 地址是自己定義的, 局域網外部的訪問者無法識別, 而實現內部計算機被外部計算機訪問的方法就是端口映射。

端口映射功能就是可以讓內部網絡中某台主機對外提供網絡服務, 當用戶訪問提供映射端口主機的某個端口時, 服務器將請求轉到內部一提供這種特定服務的主機。利用端口映射功能可以將一台公網 IP 地址機器的多個端口映射成局域網內部不同機器上的不同端口。理論上可以提供六萬多個端口的映射。

實現端口映射常用的方法有兩種: 一、 可以在網關上裝上端口映射軟件, 給局域網內計算機做端口映射; 二、 可以在寬帶路由器上做端口映射, 現在一般的寬帶路由器都有這種功能。而第二種方法是對局域網內任何一台機器都是可以使用的。

4.3 通信鏈路

上位機采用 Visual Basic 編程, WINSOCK 控件組,WINSOCK 在信息的發送端和接收端建立了橋梁, 發送信息和接收信息都很方便。

設 aa 為字符串, 則

發送字符串為 winsock.sendata aa ,

接收字符串為 winsock.getdata aa 。

監控 winsock 的連接狀態 winsock.state 可以很清楚的知道客戶端是否在線;

Winsock 偵聽端口:

Winsock.localport=XXXX

Winsock.listen

則可以設定 winsock 在用 XXXX 端口進行偵聽,以隨時接收客戶端的連接請求, 然後分配空閑winsock 進行通信。

在偵聽端口的選擇上, 一定要選擇空閑可用的端口, 不要和計算機本身係統發生衝突。

4.4  AT 指令

這次研究采用的是 SIEMENS 公司的 MC55 手機模塊, 模塊通過 RS232 串口與單片機通訊, 每種模塊都有自己特定的 AT 指令。

4.5 短信的 PDU 模式

如果沒有建立通信鏈路, 而我們又想對遠程稱重儀表進行訪問, 我們就可以使用短消息方式進行通信。

短消息有 Text 和 PDU 兩種模式。使用 Text 模式收發短信代碼簡單, 實現起來十分容易, 但最大的缺點是不能收發中文短信; PDU 模式不僅支持中文短信, 也能發送英文短信。 PDU 模式收發短信可以使用 3 種編碼: 7-bit 、 8-bit 和 UCS2 編碼。 7-bit 編碼用於發送普通的 ASCII 字符, 8-bit 編碼通常用於發送數據消息, UCS2 編碼用於發送 Unicode 字符。

PDU 碼一般由十三項組成:

A : 短信息中心地址長度, 2 位十六進製數; ( 為B 和 C 的長度之和)

B : 短信息中心號碼地址類型, 2 位十六進製數;

C : 短信息中心號碼; ( 其中短信息中心號碼長度為 11 位, 末位加 F , 從左數每兩位交換位置構成C 段的內容)

D : 文件頭字節, 2 位十六進製數;

E : 信息類型, 2 位十六進製數;

F : 被叫號碼長度, 2 位十六進製數; ( 包括 68 及號碼長度)

G : 被叫號碼類型, 2 位十六進製數, 取值同 B ;

H : 被叫號碼, 長度由 F 中的數據決定; ( 構成方式同第 C段)

I : 協議標識, 2 位十六進製數; ( 00 點對點)

J : 數據編碼方案, 2 位十六進製數; ( 08 為 uni-code 編碼)

K : 有效期, 2 位十六進製數; ( FF 有效期最長)

L : 用戶數據長度, 2 位十六進製數; ( 每個字符為兩個字節)

M : 用戶數據, 其長度由 L 中的數據決定。( J 中08 設定采用 UCS2 編碼)

按此結構構建 PDU 碼即可發送任何形式的消息。

5 結束語

GPRS 網絡應用在智能稱重儀表中, 解決了數據的無線傳輸問題, 在惡劣條件下隻要有手機信號的區域都可以使用; 受幹擾小, 資費低廉; 數據傳輸的實時性也得到了解決; 對監控煤礦產量提供了很大的便利。

參考文獻:

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[2] 王先培, 王泉德 . 測控係統通信與網絡教程 [M]. 武漢大學出版社, 2004.

[3] MC55/MC56 Siemens Cellular Engine. MC55/MC56_ATC_V00.01.

[4] MC55 Siemens Cellular Engine.MC55_RN_V02.50.

[5] 馬曉凱, 等 . 計算機網絡技術及應用 [M]. 冶金工業出版社, 2004 .

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