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基于GPRSCDMA无线网络的远程数据采集系统设计
摘要：本文介绍了GPRS/CDMA无线网络的工作原理，针对其传输特点，设计出基于GPRS/CDMA无线网络远程数据采集系统， 并介绍了控制软件的开发思路和实现过程。实践证明，先进的无线通信技术为工业现场在线监测提供了极大的便利，有效解决了传统传输方式的弊端，提高了在线监测系统的功能和运行效率。
关键词：GPRS/CDMA;在线监测系统;系统模式; 软件开发
1、引言
数据采集(Data AcquiSition)是获取信息的基本手段。数据采集技术作为信息科学的一个重要分支， 是以传感器、信号测量与处理、微型计算机等技术为基础而形成的一门综合应用技术[i]。而借助无线传输手段的远程数据采集系统，与传统的数据采集系统相比，具有不受地理环境、气候、时间的影响等优势，更具有工程造价和人力资源成本低，传输数据不受地域的影响，可靠性高，免维护等优点。通信、计算机等技术的飞速发展，特别是远程传输手段的多元化和技术水平的提高， 使远程数据采集技术有了广泛的应用。
2、系统结构组成基于GPRS/CDMA无线网络的远程数据采集系统由工业现场数据采集系统、无线网络通信系统、监控中心等组成(如图1)。工业现场数据采集系统利用各类传感器对现场监测点进行监测， 传感器输出信号经现场数据采集模块处理后， 由无线传输模块(GPRS/CDMA模块)依次进行TCP封装一IP封装一PPP封装，然后将数据发送~flGPRS/CDMA网络，通过路由和网关， 最后经由Internet网络以TCP/IP传输协议送到监控中心绑定公网固定IP的路由服务器上， 通过局域网内NAT端口映射技术将其映射到数据中心服务器上。监控中心通过控制管理软件对发送过来的数据实行统一的控制管理，监控中心也可以向工业现场数据采集站点发送各种指令来控制监测点的运行。
3、GPRS/CDMA无线网络的工作原理GPRS是在现有的GSM网络基础上叠加的一个新的网络，能给用户提供端到端的、广域的无线IP连接，是一种无线高速数据传输技术。它以分组交换技术为基础，用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种高速数据业务，包括收发E—mail、进行Internet浏览、即时聊天等。
CDMA技术原理是基于扩频技术， 即将需传送的具有一定信号带宽信息数据， 用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号还原成原信息数据的窄带信号即解扩， 以实现数据传输[2]。
GPRS/CDMA数据无线传输相对于传统的远程数据传输方案具有如下优点[3]：① 永远在线：客户端不需要像传统拨号上网(PSTN)那样，断线后需重新拨号，才能在线。客户端随时部与网络保持联系， 即使没有数据传送时，客户始终与网络之保持连接;② 快速登录：GPRS / CDMA 的网络登陆时间很快，无线终端一开机，就已经与网络建立了连接。每次登录Internet只需要一个激活过程， 一般仅需1～3S： ③ 按量收费：GPRS/CDMA网络按照客户接收和发送数据包的流量收取费用， 没有数据流量传递时， 客户即使在线也不收费。④ 组网简单、迅速、灵活：
GPRS/CDMA无线DDN系统可以通过Internet网络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动数据通信专用网络， 为客户提供接入便利， 节省接入投资。GPRS/CDMA数据无线传输的以上特点使之非常适合于连续、实时监测数据的无线传输。
无线网络硬件系统主要由数据采集端和GPR S/CDMAD T U ( D a t aTerminalUnit，数据传输终端) 组成[4]。首先，数据采集终端通过GPRS/CDMA DTU与当地GSM/CDMA基站中的GPRS/CDMA 1x,lk务节点进行无线通信，并进入GPRS/CDMA网络， 然后通过GPRS/CDMA网关与互联网进行数据交互， 如图2所示。
在实际通信中， 系统设计需要分层考虑，DTU既要完成数据加工和协议加载， 如数据的打包和分包，又要完成物理层、数据链路层、网络层和传输层4层网络协议，如图3所示。
4、系统软件设计与实现
远端控制中心与现场主站的通信需要设计相应的控制软件，主要功能是实现接受和发送TCP协议的IP， 以实现与GPRS/CDMA DTU的IP协议相互通信，完成工业现场数据采集系统与监控中心的数据交换[5]。软件的设计基于Microsoft公司的Visua] c++平台， 采用Vi sua] c++开发平台，具有编程简洁、程序集成度高的特点，可以充分利用其界面设计工具，迅速完成各种功能的图形界面设计，得到美观清楚的界面：能充分利用系统的资源，有利于对大量数据、图像进行处理：易于维护的功能模块，加快了研制速度：采用事件驱动方式，代码不是自上向下执行，而是在响应不同的事件执行不同的代码片段，事件可由用户操作发生，也可由操作系统和其他应用程序的消息触发，甚至由应用程序本身的消息触发。这有利于在工控程序中对工业过程动画和实时信息的处理， 并能在任何时候对外部工控对象触发的紧急事件做出反应：
另外使用其自带封装好的通信控件，也极大简化了通信功能模块的程序设计。
在visua] C¨ 开发平台上，通过调用MFC类中的casyncsocket套接字类， 实现Socket编程。其主要通过创建两种Socket 类来实现， 即Socket(CListenSocket)和数据接收与处理Socket类(CServerSocket )[6]
ELi StenSocket定时相应的端口， 接收DTU的连接请求， 创建一个Socket线程并完成TCP链路的建立与维护，配合数据库技术实现数据接收、存储及监控等功能，然后把原始套接字放回状态继续。CServerSocket负责数据接收、处理和命令发送。网络通信服务子系统的数据收发子程序流程如图4。
在远端监控中心，数据在数据中心服务器上通过数据处理及伺服入库程序自动进入后台的数据库。数据处理与管理系统对采集到的原始数据进行预处理，存储、管理监测点、原始数据等基础信息和各种类型的监测数据。无线采集系统运行在远端监控中心的服务器上，长期保持在线采集。
5、结语
基于GPRS/CDMA无线网络的远程数据采集系统采用公用的移动通信网络，通信可靠，投资少，可以实现无线远程监控，有效弥补了因地理环境限制等因素造成工业现场不能组网而导致无法进行实时监测这一缺点，随着3G技术的应用，GPRS/CDMA无线网络将摆脱传输数据量小这一瓶颈，在实际应用中发挥更大的作用。
参考文献：
[1】沈兰荪。高速数据采集系统原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，1 995：10-1 5
[2] 黄志强，韩月霞。基于GPRS Internet的城市路灯远程监控实现[J].微计算机信息，2007，(1)：50—52
[3] 张京江，江武鹏，张朝林，王迎春。GPRS/ CDMA 无线通信技术在GPS数据传输中的应用【J】。 气象科技，2007，35(1)：1 39—1“42.
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