远程供暖数据监控系统.doc

基于GPRS的远程供暖数据监控系统
供暖数据监控系统首先要做到每一个采暖用户都有可以单独控制和计量的供热系统，即“分户控制、分户计量．选择一种高可靠性、低投入、低运行费用、易维护的通信方案将分散、域广、多点的用户热能计量进行方便有效地管理是整个系统设计的重要部分，也是采暖供热行业研究的重要课题．设计的关键在于采用何种通信网络，在监控结点之间提供一个透明的数据传输通道，以实现远端结点与监控中心进行实时数据交换．随着网络技术的不断进步，尤其是通用分组无线业务(General Packet Radio Sorvice，简称GPRS)网络通讯的出现，GPRS模块在短信息方面的应用最具优势，具有随时在线(Always Online)、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．基于GPRS网络技术的远程供暖监控系统就是应用计算机技术、移动无线传输技术和Internet技术来实现供暖数据的远程传输和整个系统运行状态的监控．
1 GPRS简介
GPRS是基于GMS在Phase 2+阶段提供的通用分组无线业务．它采用基于分组传输模式的无线口技术，以一种有效的方式高速传送数据．GPRS支持Intemet上应用最广泛的TCP／IP协议和X．25协议，为网内终端分配动态的m地址，通过GGSN接入Internet，用户可以直接访问Internet站点．数据传输通过PDCH信道，具有比GSM多出10倍以上的传输速率及1／6甚至更少的费用，传输速率理论上最高达171．2 kbit／s，具有“永远在线”和收费低廉的优点H J．
GPRS的主要特点：
①定义了不同的业务，如网络代理服务器负责存储并转发双方的数据，在双方通信时为其建立可靠的连接；采用透明通道，不解释规约报文，保证通信中心最大可靠性和免维护性；具有通道检测功能，通信失败时断开当前连接，等待GPRS终端和客户端前置机重新申请连接，点对点无连接业务、点对点面向连接业务和点对点多播业务．
②定义了新的GPRS无线信道，分配方式灵活．每TDMA帧可分配l一8个无线接口时隙，时隙能为动态用户共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的．
③能够支持间歇的突发式数据传送，又能支持偶尔的大量数据传输；支持4种不同的QOS级别，能在0.5一l s内恢复数据的重新传输．
④采用分组交换技术，核心层采用口技术，提供了和现有网络的无缝链接"J．因此，GPRS特别适合于远程无线的分布式测量控制系统，比如：运输业、GPS汽车定位、无线POS、无线ATM等；气象、水文的SCADA系统，对灾害进行遥测和告警；城市公用事业实时监控维护系统，如水、电、气以及供暖系统、污水管网等的实时监控和维护等领域。
2监控系统结构
GPRS远程监控系统结构如图1所示，系统分为4个部分，分别是：①监控中心主站，主要完成人机交互工作和数据的管理；②网络代理服务器，主要负责网络数据链路建立和数据收发的透明中转；③GPRS数据传输终端，完成信息的上送与下发；④终端智能监控设备，主要完成用户各种供暖信息(热能量，进出口温度等)的采集和完成从系统监控中心站接收到的控制信号的实施．

2．1监控中心站
由于GPRS网络与互联网都是基于D协议互相连接的，具有固定口地址的中心站主服务器，可以通过ISDN ADSL方式上网，因此各用户终端就可以通过GPRS网络透明地传送数据到监控中心的Intemet网上．另外增加一台数据处理服务器和一台www服务器来分担主服务器的数据处理任务．数据中心站有多台服务器，对外部公网只提供一个m地址，因此，采用了一种网络地址转换(NAT)技术o¨．NAT端口映射功能将一台主机的假口地址映射成一个真P地址，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提供这种特定服务的主机．可以让内部网络中某台机器对外部提供W3VW服务，而不是将真口地址直接转到内部提供www服务的主机上．来自用户的信息经主服务器的端口映射到数据处理服务器接收，然后再送回主服务器保存在SQL数据库中．最终WWW服务器从主服务器上调用SQL数据库，将用户信息在web页上实现动态更新显示。
2．2用户远程终端
远程用户终端主要是由采用低功耗JY-RTU6120-M、GPRS网络通讯单元等组成．热能表与通讯模块之间采用RS485串行通讯，目的是尽可能地减少GPRS通讯端点的数量，适应当前民用住宅中一个单元多住户的特点．
JY-RTU6120-M特点
提供设备状态指示灯，方便设备维护；宽电压供电范围：7V-30V；带RS232、RS485(232也转为485的情况下，可以有两路485)；内置大容量SPI-flash(容量可选1Mbit-64Mbit)，实现数据的长时间本机保存（需定制）；12路AD仿真量输入(12位)，输入电压为0-30V，也可以测量4-20mA工业电流信号；9路继电器输出控制 (输出的位数自选)；内置RTC，掉电可自动计时，定时定点唤醒，需定制；高效的电源管理设计，在对功耗要求严格的场合，实现低功耗节能，延长工作时间，需定制；传输支持多种协议，我公司自定协议和Modbus协议(ASCII、RTU、Modbus TCP)完美支持；Modbus从机工作模式：标准从机、从机主动回传；Modbus主机工作模式：标准主机、主机不巡检；数据远程传输支持GPRS、以太网等；如图：

1)热能表与GPRS模块的通信终端采用IT公司的低功耗16位控制器作为核心处理部件，由无磁流量传感器、微动阀门以及其它功能电路扩展等组成．具有测量进出口温度、流量并根据进出口温度差、流量、热焓等参数经查表计算出单位时间的热能耗和累计热能消耗，按监控中心指令开启或关闭阀门，显示各种参数、报警提示等功能．热能表与GPRS模块控制单片机之间的通讯采用RS485串行通讯技术．GPRS模块控制单片机对各点热能表的数据进行分类处理，需提交的数据信息嵌入到AT命令行中，经RS232传送到GPRS模块MC55进行发送．同样，GPRS模块接收到的短信息通过RS232通信端口传输给GPRS模块控制单片机，模块控制单片机再通过RS485串行传送给热能表，热能表要从数据流中提取出控制命令信息，根据监控中心的指令进行阀门的控制．
2)GPRS模块MC55的设置系统选用的GPRS模块MC55支持直接TCP／IP链接、FTP链接和基于SMTP、POP3协议的邮件收发．建立直接TCP／IP链接、FTP链接都需要确定GPRS发送端和网络代理服务器的口地址，需要系统租用网络商提供专门的服务器，费用很高．为了简化系统软件结构和降低系统建设费用，采用了电子邮件的方式传输数据．GPRS发送端通过电子邮件将用户热能表的信息传送到指定的邮件服务中心，监控中心通过访问电子邮箱得到监测数据，监控中心的控制命令则通过GSM系统以SMS短信的形式传给GPRS模块．这样的设计可以不用对GPRS模块的m地址进行解析，只要知道GPRS模块所用的SIM卡的号码就可以对其进行远端控制．同时利用公共网上已有的电子邮件服务中心，不必专门租用网络代理服务器，降低了系统运营成本．MC55的网络设置分两层：连接模式与服务模式．需要先设置连接模式，在连接模式下选择需要的服务模式．在MC55中连接模式最多可以设6个(MU前只有CSD与GPRS0两种接人模式可用)，每个连接模式支持10种服务模式，其中可建立2个HTTP链接服务，6个SOCKET链接服务(1个FTP链接，1个POP3链接，1个SMTP链接)，MC55对现有两种连接模式所需参数进行设定¨J．本项目中采用的是GPRS0模式，其中，Mandatory为强制信息用户设定，必须与当地通信运营商要求的一致，Optional是用户自定信息。
3软件设计
GPRS的调制解调模块采用西门子公司生产的MC55，它提供RS232串行通讯口，支持AT指令集进行控制．系统的软件设计主要是实现在混合信号微控制器MSP430F427中用c语言编辑AT命令，并通过RS232通信接口与MC55进行通信．
3．1 MC．55的串行通讯热能表将进、出口温度值和根据进、出口温度差、流量、热焓等参数经查表计算出的瞬时热能消耗及累计热能消耗量等提交的数据制定成简单的数组信息并定时更新，通过RS485串行口与MC55模块控制单片机进行通讯．系统在初始化时，MC55模块控制单片机根据规定的信息采集周期设定一个定时计数器．如果没有远程控制命令对终端进行操作，当达到设定的信息采集周期时，系统就开始数据传输．数据传输完毕后，定时器清零，系统返回初始化状态重新开始循环．
3．2用AT命令实现数据传输的流程
1)AT‘SICS，设定系统的连接模式；
2)AT‘SlSS，在第1步设定的连接模式下选择一个服务模式，并写人相关的参数；
3)AT6SISO，启动数据传输；
4)AT‘SISR／SISW，读／写数据；
5)AT‘SISC，结束数据传输．在每一个AT命令输入后，模块都将反馈一个相应的信息，正常情况下会反馈“OK”．在单片机的编程中应该利用对这些反馈信息的验证来确定程序执行的正确性旧。
3．3监控中心软件
监控中心软件是用VC++开发的，主要是向用户终端下发配置信息、控制信息，并接收用户终端上报的数据及故障告警信息，同时对采集的用户数据进行入库、缴费管理，提供查询、统计、报表等功能。

4系统的特点
1)系统采用GPRS网络技术服务，监控区域广．
2)系统主要功能是对具有RS485接口的热能表测量系统进行远程监控．
3)利用了公共网上已有的电子邮件服务中心，不必专门租用网络代理服务器，降低了系统运营成本．
4)可以方便地进行测量终端数量的增减．
5)性价比高．同有线网相比，节省线路、电话资源，速度较快；同无线局域网相比，免去无线电
5结束语
本系统由基于GPRS网络通讯技术和终端等组成TI公司低功耗的MSP430FW427混合信号微控制器的用户热能表，配备RS485通讯接口，实现了一个通讯模块扩展多个热能的测量节点，构建了一种无线远程的分布式热能测控系统，实现了采暖监控数据的远程无线实时传送．该系统在信号覆盖范围内不受距离和区域的限制，具有实时性好、传送数据量大且费用比较合理的优点．经过2个通讯模块扩展8个热能的测量表试验运行证明，各项技术性能指标已经达到了该项目拟定的要求，成功地实现了小批量、非连续数据的远距离传输，为供暖系统的数据采集与监控提供了一种便捷的无线数据传输方式．