GPRS技術熱網監控應用論文

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摘要本文針對熱網監控系統中數據傳輸方式存在的問題，提出了一種基于gprs技術的熱網監控系統的設計與實現方法，開發了GPRS通訊終端，詳細介紹了通訊終端與調度中心的功能和通信流程，以及系統的軟件實現。

關鍵詞GPRS；熱網監控系統；通訊終端；調度中心

1引言

我國北方地區冬季供暖普遍采用集中供熱方式。通常一個城市有幾個區域供熱網，一個區域供熱網包含有幾十個到上百個換熱站。為了使熱網盡可能地在最佳工況下穩定運行，熱網監控系統需要將各換熱站的運行數據傳送給調度中心，以便調度人員隨時了解各換熱站的工作狀況和有關信息，實現全網的熱能統一調配。

熱網的特點是點多面廣，距離較遠，現場情況千差萬別。因此，我國多數城市的熱網監控系統都沒有專門鋪設通信線路，而是采用數傳電臺或電話線撥號上網【1-3】。采用數傳電臺作通信設備，需要向無線電管委會申請專用頻點，易受風雨雷電的影響，需要人工巡查維護，并且由于體積大和發射功率大，易對儀表運行造成干擾。利用電話線撥號上網方式，雖然安裝費用低，但運行期間電話費很高，速度不穩定，也無法很好的滿足系統需要。

針對上述兩種通信方式存在的不足，本文采用GPRS無線通信方式予以解決。GPRS是在現有GSM系統上發展的一種新的承載業務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業務【4】。現有的基站子系統(BSS)可以提供全面的GPRS覆蓋。GPRS網絡具有如下特點【5】：永遠在線、按流量計費、高速傳輸、組網簡單靈活、維護便捷、使用安全。因此，使用GPRS構建熱網監控系統，可以充分彌補現有通信方式的不足。

2系統結構與總體方案設計

熱網監控系統由換熱站現場測控設備、GPRS通訊終端和調度中心組成。系統的拓撲結構如圖1所示。

圖1熱網監控系統總體結構圖

監控系統的工作過程一般分為以下幾個步驟：

(1)現場測控設備實時采集熱網運行數據，對數據進行處理、分析，根據分析結果對換熱站設備的運行狀態進行調節；

(2)響應GPRS通訊終端的數據發送請求，將采集處理后的數據上傳給通訊終端。通訊終端將數據打成IP包，通過GPRS網絡，經Internet發送至調度中心；

(3)調度中心軟件將IP包解包，還原數據，并根據熱網總體運行情況實現遠程監控。

本文主要設計通訊終端和調度中心兩部分。設計的主要內容包括終端硬件電路設計、TCP/IP協議處理、終端與調度中心的互聯、調度中心的網絡接入與功能實現等。

3GPRS通訊終端設計

3.1硬件電路設計

通訊終端的硬件結構如圖2所示，其中最主要的是微處理器和GPRS模塊。本設計采用PhilipsLPC2106作為微處理器，它是一個支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI-SCPU?？紤]到其內部已帶有一個64KB的SRAM和一個128KB的高速Flash，因此無需外擴存儲器。

GPRS模塊選用SiemensMC39i，可工作于EGSM900和GSM1800兩種模式，支持語音、短消息、數據業務和傳真等。模塊內集成天線、RF和基帶處理器等，支持標準RS-232接口，外接SIM卡。它支持AT指令集，與微處理器的接口比較簡單。

圖2通訊終端硬件結構圖

本系統擴展了RS232和RS485通訊接口，采用LPC2106的UART0口來實現。RS232接口用于終端與PC機進行通訊，主要用于系統調試；RS485接口用于終端與用戶設備之間的數據通訊。整個系統的輸入電壓為高質量的5V直流穩壓電源，共需要4種電壓。CPU內核電壓為1.8V，I/O口電壓為3.3V；MC39i電壓范圍是3.3～4.8V，取4.3V供電；其余部分5V供電。

3.2終端軟件設計

終端軟件設計采用在嵌入式實時操作系統下編程的方法，軟件結構主要包括以下幾個功能模塊：終端初始化模塊、GPRS通信初始化模塊、TCP/IP協議處理模塊和應用程序模塊等。

為了節省費用，通信終端采用了動態IP地址分配方式，即終端每次上電后GPRS網絡為其分配動態IP地址和端口號，終端將此動態IP地址和端口號發給調度中心，以便于調度中心訪問。終端需要定時向調度中心注冊，以維持先前動態分配的IP地址和端口號。

終端上電或復位后，首先等待參數配置命令，如果收到配置命令，則進入配置狀態；否則，讀取片內用戶Flash中保存的配置信息。接著通過串口向GPRS無線模塊發送相應的AT指令，GPRS終端開始進行撥號和PPP協商過程。當PPP協商成功，無線模塊登錄網絡成功后，系統通過加載PPP/TCP/UDP/IP等協議，同中心建立起Socket連接，數據的雙向傳輸通道建立，系統進入發送接收用戶數據、監測上報故障和定時向中心注冊的循環狀態。

4調度中心設計

調度中心的主要功能是：接收各換熱站通訊終端發來的數據，并對數據進行分析處理；保存各終端的動態IP地址，監視各終端的狀態；維護熱網數據庫，提供用戶數據查詢、打印報表；實現調度與遠程控制等。

這些主要功能由軟件實現，使用了VB6.0進行開發。軟件設計主要包括6個相對獨立的功能模塊：實時監測模塊、數據分析模塊、數據庫管理模塊、遠程控制模塊、參數設置模塊、換熱站自動上傳報警信號處理模塊，如圖4所示。

調度中心有以下幾種組網方式：光纖專線方式；ADSL方式，中心需要申請一個固定的IP地址，或使用動態IP地址+域名；GPRSMODEM方式，使用SIM卡綁定固定IP地址的方式。本系統采用ADSL+固定IP地址的接入方式。在對GPRS通訊終端進行配置時，寫入這個固定的IP地址，這樣終端一開機就能自動與調度中心進行通信。調度中心數據收發的流程如圖5所示。

圖4調度中心軟件功能

圖5調度中心數據收發流程圖

5結束語

城市集中供熱行業中，利用計算機技術監控熱網的運行可實現能源的充分利用，減小環境污染。同數傳電臺相比，利用GPRS網絡傳輸數據可靠性高，在建設成本和維護成本上都有很大的優勢，對于供熱企業提高工作效率和生產管理水平、保證供熱質量和熱網的安全穩定運行具有重大的現實意義和廣泛的應用價值。隨著GPRS網絡的完善和費用的進一步降低，基于GPRS網絡的熱網遠程監控系統將得到更廣泛的應用。

參考文獻

[1]丁艷華.熱網遠程監控系統的設計與實現[J].城市公共事業，2005，19卷2期：34～37

[2]林艷，楊建華等.集中供熱監控系統的設計[J].控制工程，2003，10卷6刊：539～541

[3]董志國.集中供熱管網的監控系統[J].煤氣與熱力，2005，25卷10期：19～21

[4]呂捷.GPRS技術[M].北京郵電大學出版社，2001

[5]張英，王炎.GPRS在城市熱網監控系統中的應用[J].科技信息，2005，4：38～40