基于GPRS的远程数据采集模块

摘 要：针对传统的数据采集系统对系统构建的方便性与数据传输的可靠性的要求，提出了一种基于移动GPRS无线通信的远程数据采集方案。该方案利用GPRS的Internet接入功能，通过移动公司的网络来实现数据采集模块与远程主机之间的无线通信。分析了该数据采集模块的原理与结构，嵌入式TCP／IP／PPP协议的实现，以及GPRS模块的驱动设计。并由此研制出一台基于Winbond单片机与c；PRS模块的无线数据采集系统，测试结果证明了访采集模块的稳定性与可靠性。
关键词：GPRS模块；数据采集；TCP／IP／PPP协议；MC35i

0 引 言
数据采集与工业生产和国民生活息息相关，大到电力部门各变电站的远程监控、矿业生产单位的安全生产，小到社区居民的电表、水表抄表系统，因此数据采集与通信系统直接关系到人们生活质量的提高。传统的电表、水表的数据采集多采取人工抄表的方式，不仅浪费了大量的人力物力，抄表精度也不高；当前的卡式预付费表由于要将付费额与消费量存入IC卡中，作为电表、水表与监控中心的通信媒介，安全性有待提高；工业生产中多采用Internet网络通信或是RS 485总线来实现各监测点与监控中心的数据通信，对于采集点分布集中时尚可实现，但是像电力系统变电站等多分布在郊区且节点多的系统来说不仅通信线路的铺设是一笔巨大的费用，受自然环境的影响也特别大，可靠性得不到保障。
GPRS无线上网技术的快速发展给数据采集技术的发展带来了新的活力。GPRS(General Packet，RadioService)是当前GSM网络通信向3G标准的过渡阶段，即2．5G标准。GPRS在现有的GSM网络的基础上引入分组交换的功能，支持TCP／IP协议，可以与Inter―net直接相通，因此已在消费电子中得到了广泛的应用。GPRS理论最高通信速率可达到171．2 Kb／s，且国内外各大通信公司均推出了各自的GPRS通信模块，稳定性好，完全能够满足各种数据采集系统的需要，因此，GPRS无线通信技术的应用必将给数据采集系统的发展带来巨大的变化。

l GPRS通信原理及数据采集模块的整体结构
1．1 GPRS无线通信原理
基于GPRS的无线网络通信系统结构如图1所示，主要由三部分构成：位于数据采集现场的GPRS数据采集模块、网络运营商提供GPRS网络与远程服务器。数据采集模块位于各个数据采集现场，由于移动公司的通信范围已覆盖我国的绝大部分地区，各数据采集模块可分散地安装在各种复杂的地理环境中而不必考虑线路铺设等复杂的问题。GPRS网络是现场数据采集系统与远程监控中心数据交换的桥梁。数据采集模块与测量仪表进行数据通信，将测量仪表产生的检测数据通过移动基站实时发送到GPRS网络服务商所提供的GGSN(Gateway GPRS Support Node)服务器，GGSN分配给GPRS数据采集终端相应的IP地址，从而实现了数据采集终端与Internet的连接，再通过In―ternet网络将采集的数据发送到位于监控中心的数据采集服务器。GPRS模块可以是始终在线的，因此位于监控中心的工作人员可以实时了解到终端设备的工作情况并做出相应的工作指示。

1．2 数据采集模块的结构
数据采集模块负责检测仪器与远程监测终端的无线数据传输，如图2所示，模块以Winbond的高性能单片机W77E58为控制核心，通过将串口采集到的数据经初步处理后传送给GPRS模块实现无线网络通信。

W77E58是Winbond公司推出的一款快速8051兼容微控制器，它的内核经过重新设计，整体运行速度要比标准的8051快2．5倍。W77E58具有1 KB的片上外部数据存储器和32 KB的FLASH EPROM，省去了外扩SRAM所需的I／O引脚，从而用来扩展键盘与液晶显示屏。
W77E58较为突出的特性是它具有两个增强型全双工串行口，在数据采集模块中可将一个串口采用RS 232协议与GPRS模块进行数据通信，另外一个串口则采用RS 485协议接收检测仪器发送的数据。RS 485是在工业检测现场应用非常广泛的现场总线，总线上一台主机可以与多达32台从机进行通信。在实际应用中可将一台GPRS数据采集模块与多台检测设备通过RS 485总线相连，提高通信模块的利用率，这在电表、水表等低成本的检测仪表无线通信应用中十分重要。
GPRS无线通信模块负责整个系统的数据收发，GPRS无线网络通信需要TCP／IP／PPP协议支持，当前常见的GPRS模块可分为自带TCP／IP协议栈与不带协议栈的两大类，自带协议栈的模块有Simcom的SIMl00，使用方便，用户只需通过AT指令来控制数据传输就能实现无线通信，当然价格相对较高；而不带协议栈的模块还需用户自己在单片机中实现嵌入式TCP／IP／PPP协议栈来实现数据传输。考虑到模块的成本与W77E58高性能，这里选用了西门子的MC35i通信模块。MC35i稳定性及性价比都比较高，接口简单，AT指令完善，支持GPRS CLASS 10。使用时只需自行设计外围电路，包括电源供电、RS 232通信、SIM卡接口电路以及通信天线。该模块不带TCP／IP／PPP协议，需要自己编写，在单片机中实现。