GPRS模块在遥测遥控中的应用

摘 要：首先简述了GPRS的主要技术特点，网络总体结构，以及GPRS模块功能与应用。然后介绍了基于GPRS模块的远程测控系统的总体结构及工作原理。该系统采用GPRS技术实现了现地控制设备与中央控制中心设备之间的无线网络连接，为水利水电的遥测遥控提供了一种新的技术手段。

关键词：GPRS；遥测遥控；水利水电

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1.引 言

农村水利水电是农业经济的命脉。我国是一个水资源短缺、水旱灾害频繁的国家，为了保护水资源及生态环境，必须科学合理地提高我国的节约用水及用电水平[1]。

随着科学技术的发展，河流及小型水库自动化控制管理系统已成为合理用水、规范化管理的一项基础设施。它能有效地提高管理人员的工作效率，减轻劳动强度，有利于运行用水优化调度，合理利用水资源，具有显著的经济效益和社会效益。目前，这些系统采用计算机监测技术，利用数据采集器及无线发射机直接传送数据，再由计算机处理，形成数据库文件，并打印输出各种水情图表，为水量调度、调节及科学用水提供科学、直观的依据[2]。

2.GPRS概述

2.1 GPRS通信技术

GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称， 它是在现有的GSM（全球移动通信系统）上发展出来的一种新的分组数据承载业务，是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包(Packet)式来传输数据，因此使用者所负担的费用是以其传输数据的大小来计算，并非在数据传输过程中始终占用信道，传输速率可提升至56Kbp甚至114Kbp。非常适用于需要实时在线、大数据量传输且通讯频繁的远程测控系统的通讯[3,4]。

2.2 GPRS通信技术特点

GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源可以被有效的利用，数据传输的速率最高可达160KbPs。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，迅速降低了服务成本，其具有如下主要技术优势：

(1)通讯成本低

在GSM网络中，GPRS引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线信道资源稀缺的情况下显得尤为重要。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到多少，支付多少”的原则。

(2)传输速率高

GPRS数据传输速率最高理论值可达171.2kbit/s，目前实际传送速率可达到 40kbit/s，完全满足测控系统对于通讯高速率的要求。

(3) 实时在线、接入时间短

用户无需为每次数据的访问建立呼叫连接。它可以给移动用户提供无线分组数据接入服务。GPRS主要是在移动用户和远端的数据网络之间提供一种连接，从而给移动用户提供高速无线IP和无线X.25业务。

(4)QOS优化

在GPRS网络中，通过QOS优化可以通过保证传输的带宽、降低传送的时延、降低数据的丢包率以及时延抖动等措施来提高服务质量。这样就可以对测控系统中不同数据的根据优先程度保证通讯。

(5)透明传输

GPRS网络只是传送网络而不管传输的业务如何，其负责将需要传送的业务传送到目的节点，同时保证传输的质量即可，而不对传输的数据进行其他处理，其主要实现方式是对传输过程中的数据进行封装并利用专门的隧道，可以保证测控数据在传输过程中的安全性。

2.3 GPRS无线通信模块

GPRS模块是一种可以进行语音、短消息、数据及传真传送功能的无线通信模块，同GSM手机相比，它除了没有人机界面LCD显示、按键话筒等外，其它的无线通信功能都是一样的。它通过标准RS232串行接口与外界的微处理器、单片机、计算机等实现命令及数据的交互。

GPRS模块直接由微处理器的串口发送AT指令来控制，此时微处理器作为DTE（数字终端设备）， GPRS模块作为DCE（数字电路设备）。在DTE和DCE之间用一套AT命令实现各种功能。GPRS的各种功能都有赖于DTE向DCE发送AT指令来实现，所以AT指令可视为DTE和DCE间的软件接口。

GPRS模块既可以方便的与PC机的串口相连接，也可以与其他自动控制设备连接进行远端控制和数据采集等，从而将GPRS的应用扩展到了新的领域。

3. GPRS在遥测遥控中的应用

3.1 基于GPRS遥测遥控系统的设计与分析

远程测控系统在物理空间上可拓展为三个部分：本地测控中心、GMS网络部分、远端测控终端设备[5]。图1是基于GPRS模块的无线遥测遥控系统的方框图。用户测控终端(可以有多个)及测控中心(一般只有一个)两端的GPRS模块通过GSM系统的信令通道以短消息方式双向传输数椐，实现测控中心对测控终端的无线遥测遥控。

测控中心可以是PC机，也可以是与测控终端类似的单片机系统，最简单的方式是采用GSM手机(包含了测控中心及GPRS模块二者功能)作为测控中心。测控中心通过GMS网络管理多个远端测控模块。测控中心主要完成数据收发、数据存储、实时监测与控制、数据统计记录打印、事故分析及故障诊断等功能。

测控终端的框图见图2。它是一个单片机系统，主要包括以下几部分：(1).单片机MCU；(2).人机介面——操作按钮及显示器；(3).RS232串行通行接口(接至GSM/GPRS模块)；(4).用户自定义数椐存储器。非易失性存储器(E2PROM或FLASH存储器)，用来存储用户定义的各输入/输出端口性质、参数及输入/输出数据，及其它用户定义数据。(5).模拟量输入及A/D转换端口、D/A转换及模拟量输出端口，开关量输入/输出端口；(6).GPRS模块。

测控中心及测控终端各自通过RS232串口，与相连的GPRS模块之间传输AT指令、相关数椐及作为遥测遥控数椐的短消息数椐，再由GPRS模块通过GSM网络短消息通道将遥测遥控短消息数椐传到对方。测控终端收到测控中心的短消息后，首先核对短消息中包含的发短信方的身份(号码)，确认对方为测控中心后再按短消息数椐的控制命令执行相应控制操作，然后回复短消息给测控中心报告已收到并执行控制命令，实现远程无线遥控。测控终端将被监测对象的状态及参数，主动(被监测对象的状态或参数变化后)或被动(测控中心查询时)用短消息上传给测控中心，实现远程无线遥测[6]。

3.2 遥测遥控系统实现的功能

（1）.操作控制功能：控制中心根据接收到的采集数据，能够实时控制执行机构工作状态。

（2）.测控终端微功耗功能：可采用高性能锂电池供电，采集各类仪表、变送器的输出信号并通过GPRS以短消息远程传输数据，适用于不具备供电条件、环境恶劣的监测现场。

（3）.数据处理功能：测控终端具有计量数据采集、测量数据采集、设备开关状态采集和对外逻辑控制等多项功能，主要用作各种测控终端的数据采集、控制和显示设备。

（4）.通信功能：支持GPRS、短消息两种通讯方式；支持与多中心进行数据通信；支持定时唤醒、实时在线两种工作模式。

4. 结语

针对农业信息远程监测和服务的迫切需求，设计开发了一种水利水电远程监测系统。该系统将无线数据采集、远程数据传输和网络控制相结合，实现了多目标、多参数的信息远程实时采集、显示、存储、查询等功能。应用表明，该系统性能稳定，通用性和扩展性强，可以应用在农业灌溉、小型电站管理、农田环境监测、温室环境监测、河道水文监测等多个领域，具有非常好的推广价值和应用前景。

参考文献：

[1]. 颉新春、李文涛. 无线传输网络在农业灌溉中的应用[J]，中国农村水利水电，2012年第3期

[2]. 樊棠怀. 基于GPRS的灌区自动化信息系统的设计与实现[J]，中国农村水利水电，2009年第11期

[3]. 毕猛. 基于GPRS无线网络的风电机组远程监控系统的研究[D]，沈阳：沈阳工业大学，2011：20-24

[4]. 杨光. 基于GPRS的电力远程监控系统[D]，沈阳：东北大学，2008：7-13

[5]. 吴秋兰，梁 勇. GPRS技术在闸门远程监控系统中的应用[J], 中国农村水利水电，2007年第1期

[6]. 黄小磊. GPRS在远程监控模型中的应用[J]，广西通信技术，2006年第4期

[7]. 卢任文. 中小型水电站完全无人值班自动化系统在赵家垭水电站的应用[J]，小水电，2011年第1 期（总第157期）

作者简介：

夏银桥（1966），男，工程师，硕士研究生，从事信息获取与处理、通信工程技术、传感器技术研究。