1 系统总体设计方案

该系统主要由智能称重仪表、GPRS模块(MC55)、GPRS/Internet网络、数据中心数据管理程序四部分组成。工作流程大致如下: 

通信过程的第一步是: 建立数据中心和仪表之间的通信链路。数据中心类似服务器端; 仪表端即客户端向服务器请求连接, 连接建立后客户端主动发送自己的注册码 ( 每个客户端的注册码不同) 给服务器, 这样就建立起了通信链路。

其次是数据的传输, 我们可以通过这个链路发送和获取仪表的相关信息。数据传输过程如下: 数据由称重仪表送给 GPRS 模块, 模块发送给 GPRS网络, 再通过网关节点 GGSN 传递给 Internet 网络,处在 Internet 上的数据中心收到来自仪表端的数据。数据从数据中心到达称重仪表的流程和这个过程正好相反。

2 智能称重仪表

此次研究是基于皮带秤智能称重仪表而研究的, 仪表采用 Aduc834 芯片, 芯片内嵌 A/D 转换器, 与 51 指令兼容, 可产生大波特率加快数据传输速度, 称重仪表原理如下:

 

仪表采集通过皮带秤上的物料产生的速度传感器和重量传感器的信号, 对其进行放大、 滤波后送入微处理器进行 A/D 转换, 微处理器对其进行计算处理, 得到通过皮带秤的物料的重量值。

数据从仪表传送给 GPRS 网络是通过 RS232串口 P3.0 和 P3.1 进行发送和接收的。

3 GPRS 技术

GPRS-General Packet Radio Service , 通用无线分组业务, 是一种基于 GSM 系统的无线分组交换技术, 提供端到端的、 广域的无线 IP 连接, 以 “分组”的形式传送资料到用户手上。由于使用了 “分组” 的技术, 基本上可以实现 24 小时在线; 用户总是在线且按流量计费, 没有数据传输不收费, 大大降低了成本;

GPRS 的最大优势在于速度快, 目前的 GSM 移动通信网的传输速度为每秒 9.6K 字节; GPRS 接入等待时间短, 可快速建立连接, 平均为 2s 。

4 GPRS 上位机实现

上位机程序是用 VB 语言编写, 采用 winsock控件作为 GPRS 模块和数据中心的通信链路载体,根据 winsock 的连接状态参数, 可以动态观察到仪表是否在监控中; 后台数据库支持数据的随时存储,可以查阅历史记录, 也可以保存当前记录, 并有当前时间显示; 设置了登录权限; 数据中心和客户端的联系不仅基于 GPRS 网络而且也利用手机模块自身的功能, 如打电话或发信息通知客户端上线; 也可以发送控制手机模块的 AT 指令控制客户端。

4.1 动态域名解析

域名解析就是将一个域名解析为一个动态的IP 地址, 每次在电脑 IP 地址发生改变时, 软件会自动将新的 IP 地址发送到 DNS 服务器或者服务商提供的服务器上, 对域名的解析进行修改。 也就是当你再次访问同一个域名的时候, DNS 服务器会自动连接变化了的 IP 地址。由于固定 IP 数量有限, 且申请固定 IP 的费用较高, 所以普遍用的都是动态 IP, 也就是每次掉线之后 DNS 服务器分配给终端的是不同于上一次登陆的 IP 。而仪表跟数据中心通信时是用 IP 地址进行访问的, 让这个变化的 IP 始终被捕捉到, 域名解析就显得很重要了。

4.2 端口映射

对动态 IP 的局域网里的一部普通主机来说, 访问任何一个网站都是可以的, 可是外部网络要访问这台计算机就不可能了, 因为内部的计算机 IP 地址是自己定义的, 局域网外部的访问者无法识别, 而实现内部计算机被外部计算机访问的方法就是端口映射。

端口映射功能就是可以让内部网络中某台主机对外提供网络服务, 当用户访问提供映射端口主机的某个端口时, 服务器将请求转到内部一提供这种特定服务的主机。利用端口映射功能可以将一台公网 IP 地址机器的多个端口映射成局域网内部不同机器上的不同端口。理论上可以提供六万多个端口的映射。

实现端口映射常用的方法有两种: 一、 可以在网关上装上端口映射软件, 给局域网内计算机做端口映射; 二、 可以在宽带路由器上做端口映射, 现在一般的宽带路由器都有这种功能。而第二种方法是对局域网内任何一台机器都是可以使用的。

4.3 通信链路

上位机采用 Visual Basic 编程, WINSOCK 控件组,WINSOCK 在信息的发送端和接收端建立了桥梁, 发送信息和接收信息都很方便。

设 aa 为字符串, 则

发送字符串为 winsock.sendata aa ,

接收字符串为 winsock.getdata aa 。

监控 winsock 的连接状态 winsock.state 可以很清楚的知道客户端是否在线;

Winsock 侦听端口:

Winsock.localport=XXXX

Winsock.listen

则可以设定 winsock 在用 XXXX 端口进行侦听,以随时接收客户端的连接请求, 然后分配空闲winsock 进行通信。

在侦听端口的选择上, 一定要选择空闲可用的端口, 不要和计算机本身系统发生冲突。

4.4  AT 指令

这次研究采用的是 SIEMENS 公司的 MC55 手机模块, 模块通过 RS232 串口与单片机通讯, 每种模块都有自己特定的 AT 指令。

4.5 短信的 PDU 模式

如果没有建立通信链路, 而我们又想对远程称重仪表进行访问, 我们就可以使用短消息方式进行通信。

短消息有 Text 和 PDU 两种模式。使用 Text 模式收发短信代码简单, 实现起来十分容易, 但最大的缺点是不能收发中文短信; PDU 模式不仅支持中文短信, 也能发送英文短信。 PDU 模式收发短信可以使用 3 种编码: 7-bit 、 8-bit 和 UCS2 编码。 7-bit 编码用于发送普通的 ASCII 字符, 8-bit 编码通常用于发送数据消息, UCS2 编码用于发送 Unicode 字符。

PDU 码一般由十三项组成:

A : 短信息中心地址长度, 2 位十六进制数; ( 为B 和 C 的长度之和)

B : 短信息中心号码地址类型, 2 位十六进制数;

C : 短信息中心号码; ( 其中短信息中心号码长度为 11 位, 末位加 F , 从左数每两位交换位置构成C 段的内容)

D : 文件头字节, 2 位十六进制数;

E : 信息类型, 2 位十六进制数;

F : 被叫号码长度, 2 位十六进制数; ( 包括 68 及号码长度)

G : 被叫号码类型, 2 位十六进制数, 取值同 B ;

H : 被叫号码, 长度由 F 中的数据决定; ( 构成方式同第 C段)

I : 协议标识, 2 位十六进制数; ( 00 点对点)

J : 数据编码方案, 2 位十六进制数; ( 08 为 uni-code 编码)

K : 有效期, 2 位十六进制数; ( FF 有效期最长)

L : 用户数据长度, 2 位十六进制数; ( 每个字符为两个字节)

M : 用户数据, 其长度由 L 中的数据决定。( J 中08 设定采用 UCS2 编码)

按此结构构建 PDU 码即可发送任何形式的消息。

5 结束语

GPRS 网络应用在智能称重仪表中, 解决了数据的无线传输问题, 在恶劣条件下只要有手机信号的区域都可以使用; 受干扰小, 资费低廉; 数据传输的实时性也得到了解决; 对监控煤矿产量提供了很大的便利。

参考文献:

[1] 齐锋 .Visual Basic 6.X 程序设计 [M]. 中国铁道出版社,2002.

[2] 王先培, 王泉德 . 测控系统通信与网络教程 [M]. 武汉大学出版社, 2004.

[3] MC55/MC56 Siemens Cellular Engine. MC55/MC56_ATC_V00.01.

[4] MC55 Siemens Cellular Engine.MC55_RN_V02.50.

[5] 马晓凯, 等 . 计算机网络技术及应用 [M]. 冶金工业出版社, 2004 .

 

 

 

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