GPRS技术在SZF波浪浮标系统中的应用

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摘 要:简述将无线分组业务(gprs技术)应用到szf型波浪浮标远程监测系统中,通过GPRS网与Internet网的互联,实现数据的传输与远程监控。描述整个系统框架组成以及软件设计方案,使用VC中的WinSock控件和ADO技术,实现了数据通信和数据库管理功能。

关键词:GPRS远程监控系统;SZF型波浪浮标;WinSock;ADO

中图分类号:TN915;TP311文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2010)05-013-02

Application of GPRS Technology in SZF Wave Buoy System

ZHANG Ying

(College of Engineering,Ocean University of China,Qingdao,266100,China)

Abstract:The application of GPRS technology in SZF wave buoy long-distance monitoring system is introduced.By the connection of GPRS and Internet,it can realize data transmission and remote monitoring.It describes the system formation and the program of software-designing.Using WinSock and ADO technology to achieve data communication and the administration of databank.

Keywords:GPRS long-distance monitoring system;SZF wave buoy;Winsock;ADO

0 引 言

GPRS是第二代移动通信技术(GSM)向第三代移动通信(3G)发展的过渡技术,将移动通信和数据网络合二为一[1]。它具有计费合理、传输速率高、接入速度快、可永久连线,支持IP协议和X.25协议的优点[2]。特别适合突发性且频繁的小流量数据传输。GPRS提供了一个完备的基于TCP/IP协议的网络通信解决方案。目前已在电力抄表系统、企业移动化办公系统、公安系统、污水处理系统等领域得到广泛的应用。

1 SZF型波浪浮标系统简介

SZF 型波浪浮标是一种无人值守的、可定点、定时(或连续)自动地对波浪要素进行测量的小型浮标系统。该系统主要用于沿岸海洋环境监测站常规波浪观测工作和近海环境工程的监测工作,可测量海浪的波高、周期、波向。系统由海上浮标部分和岸站接收部分两大部分组成[3]。

现有的SZF波浪浮标系统中,通过高频和GSM短信两种无线数据传输方式将浮标体内测得的数据发送给接收机,接收机进行接收、处理、打印。同时,接收机可以利用RS 232接口将数据传送给上位机。在浮标初始化时,需要将接收机设置好参数,通过数据线把浮标和接收机连接并传送命令。

高频无线数据传输方式,容易受到障碍物的影响,所以需要把接收天线架得很高;GSM无线传输方式传输数据量少。由于GPRS在数据传输方面的优越性,所以笔者尝试将其应用在浮标系统中。

2 GPRS远程监测系统

2.1 系统结构

该系统由浮标数据采集处理部分,GPRS终端系统,GPRS网络,上位机组成。数据采集部分由波浪传感器和方位传感器组成。单片机将传感器测得的原始数据进行分析处理得到波高等波浪统计特征值。GPRS通信网络是上位机与浮标之间数据传输的桥梁,GPRS模块与上位机采用TCP/IP协议进行通信。建立连接成功后,浮标内采集处理到的波浪数据便可以实时地传输到上位机。上位机软件部分包含数据接收发送处理部分及数据库存储部分。上位机软件一方面通过GPRS 网络与浮标进行双向通信,接收数据以及通过发送指令对浮标参数进行远程设置;另一方面它也为用户提供了一个可视化的界面,让用户足不出户即可了解浮标相对实时的运行状况。总体系统结构框图如图1所示。

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图1 系统结构框图

2.2 GPRS模块的初始化

插入SIM卡装上天线,且必须确保SIM卡支持GPRS功能。将模块与PC机通过串口相连,运行测试软件,设置串口速率,上位机IP地址,通信端口号,通信协议等参数。

2.3 系统工作过程

浮标长期放置在野外恶劣环境中,内置锂离子电池。为了节省用电,浮标在采集发送完数据后进入休眠状态,即低功耗状态[3]。

浮标有多种工作方式。以1 h定时工作方式为例,浮标在每天24个整点进行测量,传感器在整点前的21 min加电,通电稳定1 min,工作17 min,此后传感器被断电,GPRS系统此时也被断电[3]。发射机开始工作时,即整点1 min之前,GPRS终端系统开始加电,加电后自动连网。连接成功后,终端系统将获得动态的IP,上位机则拥有固定的公网IP地址和端口号。终端系统主动向接入Internet的上位机发出连接请求,建立连接,然后将GPRS终端的端口号及子网IP地址通过TCP/IP协议发送至上位机,连接保持的情况下,上位机就可以实现与GPRS终端的互联[4]。发射机工作完毕,GPRS终端系统自动断电。在工作期间,为保证数据发送完之前GPRS和上位机要始终处于互联状态,故需要知道上位机和GPRS终端的联网状态。可以很清楚地知道上位机是否连线,而对于GPRS终端则需要它不断发送链路维护数据包[5]。

因为浮标长期放置在偏远的地方,有时可能信号非常不好而出现GPRS始终无法连接网络的情况。若在GPRS模块通电的这一分钟内都无法联网将数据发送出去,则将这次的数据保存起来等待下一次数据的到来一起发送,然后断电。

上位机给模块发送命令时,需要对命令格式进行规定,以保证单片机收到命令后可以做出相应的反应。命令格式如图2所示[6]。

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图2 浮标命令格式

3 上位机软件系统

上位机是整个系统的核心。它在系统中起着系统控制和数据分析处理储存的功能,而它的实现则依赖于有良好功能实现的软件编程。普通服务器或者PC机就完全可以胜任上位机的工作。依据上位机的具体职责,软件应该包括这几部分:数据通信处理部分以及数据库管理部分。

软件使用Visual C++进行编程。Visual C++不仅是一个C++编译器,而且是一个基于Windows操作系统的可视化集成开发环境。它提供强大的MFC库,可以有效简化编程工作[7]。

3.1 通信软件

采用VC中的WinSock控件来实现上位机与模块的通信。WinSock通过控件本身的监听,连接,响应等方法建立起任意2个具有惟一IP地址的节点间的连接,并通过TCP协议(有连接通信)或UDP协议(无连接通信)进行数据交换[8] 。MFC提供了三个类CAsyncSocket,CSocket和CSocketFile来封装Winsock API,这给程序提供了一个更简单的网络编程接口。本系统中上位机和模块之间的数据通信采用最常用的服务器/客户端模式[9]。工作步骤如下:

(1) 服务器首先启动,通过socket()建立一个套接字;

(2) 调用bind()将该套接字和本地网络地址联系在一起;

(3) 调用listen()监听连接请求;

(4) 调用accept()来接收连接。无连接请求时,服务进程被阻塞;

(5) 客户连接请求到来,服务进程被唤醒,生成┮桓霆新的字节流套接字,并返回一个与其关联的文件描述符,服务器创建新线程,用新套接字同客户进程的套接字建立连接,调用read(),write()函数与客户双向通信。而先前的套接字继续用于监听网络上的服务请求;返状态(4);

(6) 服务进程调用close()关闭监听套接字,中断连接,终止服务[10]。

3.2 数据库管理

为了更好的观察波浪的状态,对于每次实时接收到的数据都需要保存,以便回放并与日后的数据进行对比。这样,就需要建立数据库。本系统采用SQL Server 2000作为后台数据库软件。使用ADO组件开发数据库应用程序。

整个程序界面如图3所示。

图3 SZF波浪浮标

4 结 语

现有的SZF浮标设备采用高频和GSM短信两种数据传输方式,利用岸站接收机进行接收打印,传输命令则利用电缆线将接收机与浮标连接,以修改时间,工作方式等参数。相比以上两种,使用GPRS可以直接使用连接公网的上位机接收数据和发送命令,可以省去接收机,从而节省大量成本。

参 考 文 献

[1]杨菁,余成波,胡晓倩.GPRS技术及其应用探析[J].重庆工学院学报,2004,18(1):30-32,35.

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[4]杨志超,高勇.GPRS无线数据传输终端的设计及其应用[D].西安:西安理工大学,2004.

[5]刘坚,陶正苏,陈德富.基于GPRS的环境监测系统的设计[J].自动化仪表,2009,30(2):30-31.

[6]沈苑,陈晓荣,施展.基于GPRS技术的远程数据采集与分析系统[J].上海理工大学学报,2007,29(3):281-284.

[7]贺怀清,刘浩瀚,郭航.Visual C++的使用及面向对象软件工程实例分析[M].北京:电子工业出版社,2007.

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[9]程咏喜,蒋珉.基于TCP/IP协议的WinSock网络编程及应用[J].计算机时代,2004(7):29-30,40.

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