1、 （ 20_ _届） 本科毕业 设计 基于 GPRS 远程诊断系统的设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 IV 摘 要 GPRS 是在 GSM 体制上发展起来的新型无线分组数据及如业务，具有实时在线，按量计费、快捷登陆、高速传输、自如切换、资源共享、 丰富带宽、等优点。 根据近年来 GPRS 通信技术发展的趋势，本文设计了基于 GPRS 网络通信的远程诊断系统，主要论述了采用深圳宏电的 H7118 GPRS 模块，通过 GPRS 网络进行数据传输来实现远程诊断的方案。全文由 GPRS 网络的组成、远程诊断系统的功能设计、 GPRS 移动
2、通信技术、综合论述系统的要求和功能设计。并依据远程诊断系统的功能，使用组态王对采集过程进行了通讯实践。 系统利用 GPRS 通信技术在中低速数据传输方面的突出优势，使系统具有 可行性、经济性和优越性 。此方案还具有一定的通用性，可用于金融、交通、工业控 制等行业，具有比较广阔的发展前景。 关键词 : GPRS 网络 ，数据传输， GPRS 模块，远程通讯 V The remote diagnostic system based on GPRS design Abstract GPRS is developed on the GSM system of new wireless packet d
3、ata and such as business, with real-time online, fast login, binding billing, high-speed transmission and freely switching, resources sharing, rich bandwidth, etc. According to recent GPRS communication technology development tendency, this paper introduces the design of network communication based
4、on GPRS the remote diagnostic system, mainly discusses the H7118 by Shenzhen macro electric GPRS module, through the GPRS networks for data transmission to realize remote diagnosis scheme. Full text of GPRS networks composed, by the remote diagnostic system functional design, GPRS mobile communicati
5、on technology, comprehensive discussion system requirements and functional design. And on the basis of the remote diagnostic system function, use kingview to acquisition process of communication practice. A system use GPRS communication technology in low-speed data transmission prominent advantages
6、and enables the system with feasibility, economy and superiority. The scheme also has a certain commonality, can be used to finance, communications, industrial control etc, and has the quite broad development prospects. Keywords: GPRS networks， Data transmission， GPRS module， Remote communicatVI 目 录
7、 摘 要 . IV Abstract . V 1 绪论 . 1 1.1 系统开发背景 . 1 1.1.1 无线通信技术的发展 . 1 1.1.2 远程数据采集系统的发展 . 2 1.2 无线 GPRS 概述 . 3 1.2.1 GPRS 系统原理 . 3 1.2.2 GPRS 的主 要特点 . 4 1.3 GPRS 无线网络结构 . 4 1.3.1 GPRS 无线网络结构组成 . 4 1.3.2 GPRS 无线组网 . 5 1.4 研究的目的和意义 . 5 2 系统总体设计 . 7 2.1 无线诊断系统概述 . 7 2.1.1 系统的特点 . 7 2.1.2 系统的功能 . 8 2.1.3 系
8、统组成及基本工作原理 . 8 2.2 系统模块选型 . 9 2.2.1 GPRS 模块的选型说明 . 9 2.2.2 产品简介 . 9 2.3 系统组网方式的选择 . 10 3 系统组件连接设计 . 11 3.1 建立系统网络的通路 . 11 3.1.1 天线和 SIM 卡安装 . 12 3.1.2 电缆的安装 . 12 3.1.3 接地设置 . 14 3.1.4 供电电源 . 14 3.1.5 网络检测 . 15 3.2 数据与终端设置 . 15 3.2.1 连接设置 . 15 3.2.2 DTU 配置 . 16 3.2.3 移动服务中心设置 . 17 3.2.4 数据服务中心设置 . 19
9、 3.2.5 用户串口设置 . 22 4 服务器连接与调试 . 26 4.1 建立数据服务中心 (DSC) . 26 4.2 设置 DTU 参数 . 29 4.3 DTU 与 DSC 进行通讯 . 30 4.4 DTU 接入下位机并与 DSC 进行通讯 . 30 5 组态王通过 GPRS 进行远程通讯 . 32 5.1 组态王简介 . 32 VII 5.2 组态王的构成及特点 . 32 5.3 建立工程 . 33 5.4 串口设置 . 34 5.5 组态王通讯测试 . 36 小 结 . 37 参考文献 . 38 致 谢 . 错误 !未定义书签。 基于 GPRS 远程诊断系统的设计 1 1 绪论
10、 目前，我国在电力、天然气和水利等资源的监测中没有经济实用的自动化数据采集和传输设备，我国大部分地区仍然是通过人工方式进行数据的采集、分析和诊断。这种方式，耗费大量的人力物力，而且无法避免手工抄写以及计算所带来的误差，对数据的处理先对滞后，从而导致不能及时发现和解决问题；而且在对偏远的农村、山区以及其他恶劣环境下的数据的采集和传输更是困难，不能满足工业自动化、现代化的要求。 监测点在地理位置上分布广，现有的一些数据传输方法如利用电力载波、电话线等就存在覆盖范围小，线路维护量大以及电力载波噪声污染所导致的通信不可靠等问题。随着无线通信数字网络的不断发展，采用 GSM 和 GPRS 无线通信网作为
11、通信方式为上述问题提供了一个新的解决方案。 本文将介绍的就是利用 GPRS 通信模块来实现远程诊断系统的设计。 1.1 系统开发背景 1.1.1 无线通信技术的发展 近年来， 通信技术和网络技术的迅速发展。使得无线通信技术得到广泛的应用。也给数据采集传输领域带来了新的活力以及更多的选择 应用。 GPRS(general packet radio system)通用无线分组网络就是其中的一种无线通信网络 。 GPRS 尤为为突出的是为GPRS 用户提供了一种更快捷、更方便、更便宜、更持久的移动上网方式。 GPRS 目前被认为是移动通信从第二代向第三代过渡的重要一环。 它是在现在的 GSM系统上发
12、展出来的一种新的数据承载业务，其目的是为 GSM 用户提分组形式的数据业务 , 提供比现有 GSM 网 916 kbps 高的数据率。 GPRS 采用与GSM 同样的无线调制标准、突发结构、跳频规则、频带以及 TDMA 帧结构。 支持TCP/IP 协议， 无需经过 PSTN 等网络的转接，可直接与 Internet 网络互通。 GPRS 允许用户在端到端的分组转移模式下发送和接收数据 , 不需要利用电路交换模式的网络资源 , 从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。 GPRS 理论带宽可达 17112 kbps, 实际应用带宽大约在 40 kbps 100 kbps, 在此信道上提供 T
13、CPIP 连接 , 可以用于 Internet 连接、数据传输等。 GPRS 数据传输业务应用范围非常的广泛，几乎可以涵盖所有的中低业务和低速率的数据传输，特 别适合突发的小流量数据传输业务，在无线上网、移动办公、环境监测、交通监控等行业中具有无可比拟的性价比优势。 基于 GPRS 远程诊断系统的设计 2 1.1.2 远程数据采集系统的发展 数据采集，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。利用串行或红外通信方式，实现对移动 数据采集 器的 应用 软件升级，通过制订上位机 (PC)与移动 数据采集 器的通信协议 ,实现两者之间阻塞式通信交互过程。在工业、工程、生产车
14、间等部门，尤其是在对信息实时性能要求较高或者恶劣的数据采集环境中更突出其应用的必要性。 现在常用的采集方式是通过数据采集板卡，常 用的有 A/D 卡以及 422、 485 等总线板卡。 卫星 数据采集 系统是利用航天遥测、遥控、遥监等技术，对航天器远地点进行各种监测，并根据需求进行自动采集，经过卫星传输到数据中心处理后，送给用户使用的 应用 系统。 远程数据采集系统发展到今天已经经历了三代 : 第一代是基于专用计算机和专用操作系统的数据采集系统，如电力自动化研究院为华北电网开发的 SD176 系统，这一阶段从计算机运用到数据采集系统开始于 70 年代。 第二代是 80 年代基于通用计算机的远程
15、数据采集系统，广泛采用计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是 通用的 UNIX 操作系统。第一代和第二代数据采集系统的共同点是基于集中式计算机系统，并且系统不具备有开放性。 第三代是 90 年代基于分布式计算机以及相关数据库技术实现大范围联网的远程数据采集系统。这一阶段是我国远程数据采集系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进数据采集系统中。 将来的第四代远程数据采集系统的基础条件已经具备。该系统的主要特征是采用移动通信技术、 Internet 技术、面向对象技术、神经网络技术等技术，继续扩大数据采集系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需 要。 数据采集技术在不断完
16、善，不断发展。当今，随着各行业对远程数据采集技术需求的提高以及计算机技术的发展，为远程诊断系统提出新的要求，远程诊断系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备实现数据采集、设备控制、测量以及参数调节等各项功能。 远程诊断系统自诞生之日起就与计算机软件、通信、自动化、数据库、网络等技术的发展紧密相关。远程诊断系统的通信技术是制约其应用范围的最主要的因素，在很多情况下，通信条件的好坏直接决定诊断系统的功能，而 GPRS 技术发展成熟到能够应用为远程诊断系统提供了一种新的通信方式。从 GPRS 技术的特点我们看出，它具有网络数据带宽、覆盖范围广、适应性强等优点，可以大
17、大地提高远程诊断系统的性能。目前一般远程诊断系统都有受外界干扰、通信速率低、误码率高、数据传送量不大、信号覆盖范围小等缺陷，而且需要申请占用平时频率资源，在许多地区难以做到。 GPRS 网络经过电信部门的多年建设，覆盖范围不断的扩大，现在已经成为比较成熟、稳定、可靠基于 GPRS 远程诊断系统的设计 3 的通信网络，为远程的数据采集提供了快速并且廉价的最佳数据传输方案。 1.2 无线 GPRS 概述 1.2.1 GPRS 系统原理 GPRS (General Packet Radio Service) 是通用分组无线业务的简称。 GPRS采用与 GSM（ Global System for M
18、obile Communications，全球移动通信系统）相同的无线调制标准、频段、频带宽度、跳频规则、突发结构，以及相同的 TDMA帧结构。所以在 GSM系统的基础上构建 GPRS系统时， GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。 构成 GPRS的方法是 : (1) 在 GSM系统中引入三个重要组件。 1) GPRS服务支持节点（ SGSN， Serving GPRS Supporting Node）； 2) GPRS网关支持节点（ GGSN， Gateway GPRS Support Node）； 3) 分组控制单元（ PCU）。 (2) 对 GMS的相关部件进行升
19、级。 GPRS系统原理如图 1-1所示。 ETSI指定了GMS900、 1800和 1900三个工作频段用于 GSM，其中 GSM900频段还有 GI（ E-GSM）频段和 P频段。相应地， GPRS也工作于这三个频段，包括 GSM900的 GI频段和 P频段，当然， GPRS可以限制每个小的区域只工作在 P频段。 现有的 GSM移动台，不能直接在 GPRS中应用，需要接 GPRS标准进行改造（包括硬件和软件）才可以用于 GPRS系统。 GPRS被认为是 2G向 3G演进的重要一步，不仅被 GSM支持，同时也被北美的 IS-136支持。 图 1-1 GPRS系统原理图 基于 GPRS 远程诊断
20、系统的设计 4 1.2.2 GPRS 的主要特点 (1) GPRS采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信号，优化了对网络资源和无线资源的利用。 (2) 定义了新的 GPRS无线信道，且分配方式十分灵活；每个 TDMA帧可分配 1到 8个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的。 (3) 支持中、高速度数据传输，可提供 9.05171.2kbit/s的数据传输速率（每用户）。GPRS采用了与 GSM不同的信道编码方案，定义 CS-1、 CS-2、 CS-3和 CS-4四种编码方案。 (4) GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。 (5) GP
21、RS支持基于标准数据通信协议的应用，可以和 IP网、 X.25网互联互通。支持特定的点到点和点到多点服务，以实现一些特殊应用，如远程信息处理。 GPRS也允许短信息业务（ SMS）经 GPRS无线信道传输。 (6) GPRS的安全功能同现有的 GSM安全功能一样，身份认证和加密功能由 SGSN来执行。其中的密码设置程序的算法、密钥和标准与目前 GSM中的一样，不过 GPRS使用的密码算法是专为分组数据 传输所优化过的。 GPRS移动设备（ ME）可通过 SIM访问 GPRS业务，不管这个 SIM是否具备 GPRS功能。 (7) GPRS可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级（ QoS）的
22、计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。 (8) GPRS的核心网络层采用 IP技术，底层款可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的 IP网的无缝连接。 数据采集终端与管理中心之间的通信是实现远程监控系统的关键技术之一。利用国家公网的 GPRS服务为用户建立快速方便的数据传输通道。依赖于各地 GPRS数据业务开展情况的不同，该数 据通道的传输速率为 28110kbit/s左右。 1.3 GPRS 无线网络结构 1.3.1 GPRS 无线网络结构组成 一个 GPRS蜂窝网络有以下主要区域组成。 (1)GPRS服务区（ SA）； (2)公共陆地移动网（ PLMN）； (3) SGSN服务
23、区； (4) SGSN路由区（ RA）； (5)位置更新区（ LA）； (6)BSC控制区； 基于 GPRS 远程诊断系统的设计 5 (7)基站小区。 图 1-2所示为 GPRS系统的蜂窝无线网络结构。 图 1-2 GPRS系统的蜂窝无线网络结构 1.3.2 GPRS 无线组网 GPRS无线组网有以下原则 : (1) 充分利用现有 GSM系统的设备资源，保护 GSM的投资； (2) 与 GSM共用频率资源； (3) 利用现有的基站实现无线覆盖，不单独增加 GPRS基站。 另外无线组网需要对 BTS、 BSC、 MSC/VLR、 HLR等组件进行软件升级，并需增加PUC组件。 1.4 研究的目的和意义 当今世界信息产业已成为国民经济的主导产业，通信则成为信息产业中发展步最快的行业。移动通信 (GPRS)网则是这个领域中发展最积极最活跃最快的分支之一。在 GPRS中，唯一不需建立端到端通信的业务就是短消息业务（ SMS），在移动设备处于点与 点通信状态下，还能同时实现短消息业务。 GPRS模块在短信息方面的应用最具优势，短消息具有随时在线（ Always Online）、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等特点，特别适合于需频繁传送小流量数据的应用，如工业遥感遥测遥控、信息反馈无人值守站机房
