基于GPRS 監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、基于GPRS 監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要: 本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了GRPS 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可使工企業(yè)的遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控更為靈活，應(yīng)用場合更為寬廣，成本更低，并實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)人員的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控.首先分析了監(jiān)控中心軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能，并根據(jù)需求設(shè)計(jì)了短消息接收和與數(shù)據(jù)庫相連的子模塊，然后在此基礎(chǔ)上用Visual C+實(shí)現(xiàn)了以上模塊. 試驗(yàn)表明，各項(xiàng)技性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了原設(shè)計(jì)的要求，成功地實(shí)現(xiàn)了小批量，非連續(xù)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸與超限報(bào)警和移動(dòng)工作人員的數(shù)據(jù)查詢功能。關(guān)鍵字：GPRS，遠(yuǎn)程監(jiān)測，超限報(bào)警，移動(dòng)查詢，數(shù)據(jù)庫1. 引言現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展對通信的要求越來越高，無論是人們的生活還是工作或是休閑和娛

2、樂，通信無處不在。從通信的發(fā)展來看，人們越來越要求能夠移動(dòng)地辦公，實(shí)現(xiàn)“通信無處不在”的愿望，以及一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的監(jiān)測很難實(shí)現(xiàn)有線地鋪電纜及維護(hù)，無線網(wǎng)絡(luò)便成了最符合條件的通信方式。遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)因其操作方便，無專人現(xiàn)場監(jiān)守的優(yōu)越性越來越多地受到工企業(yè)的青瞇，傳統(tǒng)的人工檢測會(huì)被逐步替換掉1。由于GPRS 的成本低，比其它無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍更廣，可免自己維護(hù)，因此我們選擇了GPRS 作為通信通道，設(shè)計(jì)了GPRS 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，它的應(yīng)用可為工業(yè)企業(yè)管理帶來更多的便利7。本文首先分析了通信軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能，并根據(jù)需求設(shè)計(jì)了監(jiān)控中心端軟件模塊，監(jiān)控中心不僅要實(shí)現(xiàn)與RTU 的數(shù)據(jù)通信，還利用后臺數(shù)據(jù)庫，

3、將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲與分析，并實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警和移動(dòng)人員的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，最后用Visual C+實(shí)現(xiàn)了上述模塊和功能，并通過了相關(guān)的測試。2. 基于GPRS 監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.1 總體設(shè)計(jì)此系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以分為兩個(gè)部分：主站微機(jī)控制中心和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)檢測控制終端。這種設(shè)計(jì)方式可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制中心監(jiān)測多個(gè)終端的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)需要添加控制點(diǎn)時(shí)，只需在需要控制的現(xiàn)場安裝好遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)檢測控制終端，同時(shí)在主站微機(jī)控制中心軟件進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，即可對新加入的控制點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。遠(yuǎn)端設(shè)備在每一監(jiān)控點(diǎn)完成對模擬量的采集和開關(guān)量的檢測6，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。在被控對象的運(yùn)行狀態(tài)改變時(shí)及時(shí)將此事件的性質(zhì)及相關(guān)的數(shù)據(jù)以短消息的形式發(fā)送

4、給主站監(jiān)控中心，遠(yuǎn)端設(shè)備還可以由主站發(fā)送的命令，根據(jù)命令修改系統(tǒng)參數(shù)或?qū)?dāng)前狀態(tài)信息回送主站3。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)原理圖如下圖1 所示：圖1 基于GPRS 監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)原理圖系統(tǒng)的監(jiān)控中心主要是完成監(jiān)控中心的軟件的設(shè)計(jì)，通過短消息的方式實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程端的監(jiān)測點(diǎn)的通信。遠(yuǎn)程監(jiān)測是由以單片機(jī)為核心，外加GPRS 通信模塊組成的RTU，單片機(jī)與GPRS 模塊之間通過MAX232 電平轉(zhuǎn)換后相接串口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信。本文主要研究監(jiān)控中心端軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。2.2 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)部分主要是根據(jù)通信和業(yè)務(wù)需求來設(shè)計(jì)功能，它需要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心端與遠(yuǎn)程監(jiān)測端的數(shù)據(jù)通信功能，因此需要對短消息的接收和發(fā)送以及短

5、消息的PDU 格式編碼進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，為業(yè)務(wù)需求做準(zhǔn)備。在監(jiān)控中心的業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)方面，需要對監(jiān)控端的數(shù)據(jù)進(jìn)行保密管理，因此在軟件部分還需要與數(shù)據(jù)庫相連，使具有權(quán)限的工作人員才可以修改數(shù)據(jù)，其它人只能對數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽和查詢。針對實(shí)際的應(yīng)用，還需要對從遠(yuǎn)程監(jiān)測端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和報(bào)警2，如（在此軟件中）設(shè)定，如果溫度超過40 度，則自動(dòng)判斷并發(fā)送消息給工作人員（可數(shù)人），及時(shí)采取措施。在外的工作人員也可以發(fā)送消息來查某地某時(shí)的溫度，以實(shí)時(shí)了解監(jiān)測點(diǎn)的信息。軟件設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)： 短消息的收發(fā)模塊完成消息格式的編解碼工作和消息的發(fā)送與接收，短消息的數(shù)據(jù)內(nèi)容的分析和判斷，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端監(jiān)測點(diǎn)與

6、監(jiān)控中心端的通信。 GPRS 通信模塊與監(jiān)控中心端PC 機(jī)的連接本系統(tǒng)中采用的GPRS 通信模塊是BenQ M23 模塊，它通過串口與監(jiān)控中心端的PC 機(jī)相連，PC 機(jī)以AT 命令趨動(dòng)GPRS 通信模塊，使PC 機(jī)和通信模塊間通過串口通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心和遠(yuǎn)程監(jiān)測端的通信。 短消息業(yè)務(wù)處理模塊短消息業(yè)務(wù)處理模塊是針對監(jiān)控端的人性化處理而設(shè)計(jì)的，它主要是實(shí)現(xiàn)對接收的短消息進(jìn)行解碼和判斷，以及決定將什么樣的短消息發(fā)送給誰。 數(shù)據(jù)庫模塊此模塊利用Visual C+通過 DAO 方式連接Access 數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了對短消息的存儲和查詢功能。整個(gè)軟件設(shè)計(jì)部分的原理圖如下圖2 所示：圖2 軟件部分的設(shè)計(jì)

7、原理圖3. 短消息收發(fā)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1 PDU 格式編碼PDU 串表面上是一串AXCII 碼，由09， AF 這些數(shù)字和字母組成5。它們是8 位字節(jié)的十六制數(shù)，或者BCD 碼十進(jìn)制數(shù)。PDU 串不僅包含可顯示的消息本身，還包含很多其他信息，如SMS 服務(wù)中心號碼、目標(biāo)號碼、回復(fù)號碼、編碼方式和服務(wù)時(shí)間等。發(fā)送和接收的PDU 串，結(jié)構(gòu)是不完全相同的。以下兩個(gè)例子可以說明。 發(fā)送短消息假設(shè)要發(fā)送“abcdOK”這幾個(gè)字符，采用GSM 7-bit 編碼方式，發(fā)送短消息的格式可以有以下兩種：(1) 0011000D91683107167290F20000000661F198FC5C02(2)

8、0891683108509105F011000D91683107167290F20000000661F198FC5C02在上式中可以看出，這兩串編碼僅有一處不相同，如上加下劃線處，即短消息中心的號碼（SCA）。在第（1）串中，用的是“00”，它表示這是一個(gè)缺省的短消息中心號碼，因此默認(rèn)使用SIM 卡里面的短消息中心號碼或是以AT 命令（AT+CSCA）來設(shè)置。在第（2）串中，用的是“0891683108509105F0”，第一個(gè)八位字節(jié)（08）表示長度，說明后面會(huì)有8 個(gè)八位字節(jié)出現(xiàn)。第二個(gè)八位字節(jié)（91）表示SMSC 地址格式（TON/NPI），它是指短消息用的是國際格式號碼（在前面加“+”

9、）。緊跟在后面的就是短消息中心的號碼了（683108509105F0），它表示當(dāng)?shù)氐亩滔⒅行奶柎a是8613800519500，其中“F”是為了將交換后的編碼湊成偶數(shù)。后面的相同部分的數(shù)據(jù)信息含義如下圖3 所示：圖3 發(fā)送的PDU 格式含義 圖4 接收的PDU 格式含義 接收短消息假設(shè)收到的消息是“abcd 你好!”，則PDU 串如下所示，數(shù)據(jù)的說明如上所示：0891683108509105F0040D91683107167290F20008701082015093230E00610062006300644F60597DFF013.2 AT 指令介紹短消息的發(fā)送和接收時(shí)需要用到相應(yīng)的AT 指令

10、來趨動(dòng)GRPS 模塊，在短消息發(fā)送時(shí)，需要發(fā)送“ AT+CMGF=0”，選擇發(fā)送格式為PDU 格式，發(fā)送“ AT+CMGS”，先發(fā)送PDU 串的長度，再發(fā)送相應(yīng)的PDU 串；在短消息接收時(shí)，需要發(fā)送“AT+CMGL”，讀出所要讀的短消息，“ AT+CMGD”，刪除短消息。3.3 短消息的編碼方式實(shí)現(xiàn)短消息的編碼主要是消息內(nèi)容的編碼和消息中號碼的編碼4。號碼的編碼即把號碼中的數(shù)字兩兩分組，組內(nèi)顛倒即可；消息內(nèi)容的編碼根據(jù)所發(fā)送的是英文，中文或是其它格式內(nèi)容而有所不同；純英文的一般就用7-bit 即可，若有中文則需進(jìn)行UCS2 編碼，若是其它格式（如圖片等），則用8-bit 編碼。UCS2 編碼在

11、Windows 環(huán)境下可有函數(shù)直接將漢字變?yōu)閁nicode 格式，這里不講了。8-bit 編碼因沒有固定的格式，也不介紹了，這里詳細(xì)說明一下7-bit 的編碼方法。下面以一個(gè)具體的例子說明7-bit 編碼的過程。本例中使用英文短信“abcdOK”進(jìn)行編碼，具體編碼過程如下圖5 所示：圖 5 7-bit 編碼過程 圖6 發(fā)送短消息界面如上所示，7-bit 編碼即將源串每8 個(gè)字符分為一組（在這個(gè)例子中沒有滿8 個(gè)）進(jìn)行編碼，在組內(nèi)字符間壓縮，但每組之間是沒有什么聯(lián)系的。3.4 短消息收發(fā)實(shí)現(xiàn)的流程監(jiān)控中心是通過串口實(shí)現(xiàn)PC 機(jī)和GPRS 通信模塊之間的數(shù)據(jù)通信的，因此要發(fā)送和接收短消息，首先要初

12、始化PC 機(jī)串口，再發(fā)送AT 命令趨動(dòng)GPRS 模塊。整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)定了一個(gè)線程類CSmsTraffic，用來監(jiān)控短消息的發(fā)送和接收狀態(tài)，若有SMS 發(fā)送時(shí)，先將SMS 放到緩沖區(qū)里，線程檢測到此緩沖區(qū)里有數(shù)據(jù)，則轉(zhuǎn)為發(fā)送SMS的狀態(tài)（stSendMessageRequest）；否則線程處在接收短消息狀態(tài)（stReadMessageResponse），在超時(shí)時(shí)間內(nèi)若無短消息，線程為休息狀態(tài)，若有短消息，則從緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)來顯示。4. 短消息與數(shù)據(jù)庫操作部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中短消息與數(shù)據(jù)庫相連的部分實(shí)現(xiàn)了以下功能: 查詢特定號碼（某地）的所有時(shí)間的信息，查詢特定時(shí)間的所有號碼（即所有監(jiān)控

13、終端）的信息； 顯示所有信息:如果工作人員在進(jìn)行某一項(xiàng)查詢后，主界面只有一部分?jǐn)?shù)據(jù)，若想再次進(jìn)行別的查詢或是想看到所有信息，則可以點(diǎn)擊“顯示所有信息”選項(xiàng)，使操作更加方便。 如果某個(gè)地方的信息過時(shí)了或是不想再存儲了，可以在通過身份驗(yàn)證后被刪除；如果某地有特殊的信息需要增加進(jìn)數(shù)據(jù)庫，也可以通過身份驗(yàn)證后進(jìn)行添加； 用戶（工作人員）的管理:管理員可以對所有工作人員進(jìn)行添加和刪除，用戶只能對自己的密碼進(jìn)行修改，而不能做其它動(dòng)作（如修改別人的密碼或是刪除別的用戶等） 報(bào)警以及工作人員報(bào)警號碼的添加和刪除:當(dāng)某地采集后送到監(jiān)控中心的溫度超過了設(shè)定值，則監(jiān)控中心自動(dòng)判斷，將報(bào)警信息（如:黃山路第一段的溫度

14、超過了40 度，請及時(shí)采取措施!）發(fā)送到設(shè)定好號碼集的工作人員手機(jī)上，以進(jìn)行報(bào)警； 工作人員通過權(quán)限通驗(yàn)證后可以添加和刪除報(bào)警號碼。在建立數(shù)據(jù)庫時(shí)要建立三張表，分別存儲短消息數(shù)據(jù)（包括短消息的發(fā)送者號碼，消息內(nèi)容和發(fā)送時(shí)間），管理員和工作人員表（包括管理員和工作人員的號碼和密碼），報(bào)警提示后發(fā)送給工作人員的號碼表。5. 調(diào)試及部分功能展示本系統(tǒng)能很好地實(shí)現(xiàn)短消息的接收和發(fā)送，保證終端和監(jiān)控中心信息的正確性和及時(shí)性。當(dāng)監(jiān)控中心接到終端的信息時(shí)，會(huì)自動(dòng)存儲到數(shù)據(jù)庫里并顯示到主界面，如果溫度超過時(shí)，會(huì)自動(dòng)判斷并發(fā)給工作人員報(bào)警信息；當(dāng)移動(dòng)用戶（如出差的工作人員）發(fā)送查詢消息時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)返回查詢結(jié)果；

15、若監(jiān)控中心想發(fā)給監(jiān)測終端控制信息時(shí)，也可以點(diǎn)擊“設(shè)置和發(fā)送”收到所發(fā)消息）。6. 結(jié)束語本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)工企業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，只需在監(jiān)控中心和遠(yuǎn)程監(jiān)測點(diǎn)裝配上GPRS 通信設(shè)備，即可啟用。實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸和免維護(hù)的特點(diǎn)，可滿足工企業(yè)選擇低成本，實(shí)現(xiàn)高效能的要求。系統(tǒng)采用的GPRS 模塊，技術(shù)上經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)，可使工企業(yè)在很長時(shí)間內(nèi)不用考慮通信線路的更換，而且引入GPRS 設(shè)備后，在3G 網(wǎng)絡(luò)到來時(shí)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)核心網(wǎng)絡(luò)的平滑過渡，而且能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有GSM 與未來UMTS（通用移動(dòng)通訊系統(tǒng)）互聯(lián)互通，以保證終端在不同網(wǎng)絡(luò)之間無縫漫游。參考文獻(xiàn)1 劉志雄，基于GPRS 通信技術(shù)的數(shù)據(jù)中繼的研究與應(yīng)用

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17、e design and implementation ofmonitoring system based on GPRSWang Jun, Wang QiHoHai University, Nanjing (210098)AbstractA remote GPRS monitoring system is designed to make the automatic monitoring system more flexibleand convenient， be applied to more remote areas， and cost less， and also， realizes

18、thereal-time monitoring for staffers on business. In the first， this paper analyses the function that thecommunication software should realize. And then， according to the requirement， the system isdesigned to contain two subsystems- sending and receiving SMS module and operating to the databaseaccording to the SMS module. Based on this， these modules have been realized by the toolVisualC+. The test shows that eve