电气设备远距离无线监测及集中 式检测预警系统的设计与实现毕业论文

1、石河子大学石河子大学 信息科学与技术学院毕业论文信息科学与技术学院毕业论文 课题名称：课题名称：电气设备远距离无线监测及集中电气设备远距离无线监测及集中 式检测预警系统的设计与实现式检测预警系统的设计与实现 学生姓名：学生姓名： 刘新建刘新建 20080823732008082373 崔洪刚崔洪刚 20080823182008082318 学学 院：院： 信息科学与技术学院信息科学与技术学院 专业年级：专业年级： 信息管理与信息系统信息管理与信息系统 指导教师：指导教师： 郭丙君郭丙君教授教授 田敏田敏 副教授副教授 完成日期：完成日期： 二二一二年六月六日年六月六日 摘摘 要要 随着现代技术

2、的发展，社会各行各业电气设备应用愈来愈多，对这些设备的管 理带来新的问题，其工作量也大大增加，这必然增加设备管理监测员的工作量和劳 动强度，并给电气设备的监测、维护和更新带来了很多困难。如何实时掌握设备运 行状态、及时对设备使用中出现的故障进行判断并及时维护，一直是一个棘手的难 题。本文论述了电气设备远距离无线监测及集中式检测预警系统的设计与实现，系 统通过采集器、无线传输器和数据库服务器，实现对电气设备各项参数（电流、电 压、功率等）的采集和处理、以实时检测电气设备的运行情况。同时集中式检测预 警系统该系统的建立，可以同时管理与监测大量的电气设备，可以应用在一些电气 化设备较多的企业，以及一

3、些与监控中心相距较远或处在危险位置的电气设备，例 如：高速公路上繁多的指示灯及一些大中型企业等。 【关键词】电气设备；实时检测；集中式信息系统 design and implementation of long-distance wireless detection of electrical equipment and centralized detection warning system abstract: with the development of modern technology, every walk of life electrical equipment applicat

4、ions more and more, brought new problems to the management of these devices, their workload also increased significantly, this will inevitably increase in the device manager monitors workload and labor intensityand to the monitoring of electrical equipment, maintenance and updating a lot of difficul

5、ties. how real-time device status, in a timely manner to judge the failure of equipment use and maintenance in a timely manner, has been a thorny problem. this paper discusses the design and realization of long- distance wireless monitoring of electrical equipment and centralized testing of early wa

6、rning systems through acquisition, wireless transmission, and database servers, the acquisition of the electrical equipment of various parameters (current, voltage, power, etc.) and processing, real-time detection of the operation of electrical equipment. the establishment of the system of centraliz

7、ed detection of early warning systems at the same time management, and monitoring a large number of electrical equipment can be used in some of the electrification equipment more enterprises, as well as with the monitoring center far away or in a hazardous location electrical equipment, such as : on

8、 the highway range of light and some medium-sized enterprises. keywords: electrical equipment; real-time detection; a centralized information system 目 录 第一章第一章 引引 言言.1 1.1 概述.1 1.2 国内外的研究现状和发展.1 1.3 课题的来源及研究背景 .3 1.4 课题的研究意义 .3 1.5 设计要求 .4 1.6 小 结.4 第二章第二章 功能概述和方案论证功能概述和方案论证.5 2.1 数据采集模块论证 .5 2.2 gp

9、rs 传输模块的选择和论证.7 2.3 小 结.9 第三章第三章 硬件设计硬件设计.10 3.1 电气设备数据采集模块 .10 3.1.1 v9401 芯片硬件结构.10 3.1.2 时钟电路.12 3.1.3 复位电路.13 3.1.4 电源系统.13 3.2 gprs 传输模块的设计.14 3.3 数据控制模块 .20 3.4 小 结.20 第四章第四章 软件部分软件部分.21 4.1 数据库设计 .21 4.2 数据库详细设计 .22 4.3 小 结.23 第五章第五章 系统调试与测试系统调试与测试.24 5.1 硬件调试 .24 5.2 数据中心系统调试 .26 5.3 小 结.29

10、第六章第六章 总总 结结.30 参考文献参考文献.31 致致 谢谢.31 第一章 引 言 1.11.1 概述概述 随着，电子高新技术是迅速发展，电气设备在我们的生产生活中应用的越来越多。电气设 备管理与监测是每个企业都必须面对的问题。但一直以来人们使用的传统的人工方式管理与监 测设备。这种管理方式存在这许多缺点，如效率低、及时性差且较为繁琐。另为，随着设备数 量的增加，分布广泛，维护工作量大。其工作量也大大增加，这必然增加设备管理监测员的工 作量和劳动强度，这将给电气设备的监测、维护和更新带来了很多困难。如何实时掌握设备运 行状态、及时对设备使用中出现的故障进行判断并及时维护，一直是一个棘手的

11、难题。目前我 国各类企业中有相当一部分单位电气设备管理与监测还停留在人工管理的基础上,尤其是中小型 企业的管理更是如此,这样的管理与监测机制已经不能适应时代的发展,其管理与监测方法将浪 费许多人力和物力.随着科学技术的不断提高,这种传统的手工管理方法必然被以计算机为基础 的信息管理方法所取代。远程电气设备管理与监测系统成功地解决了这一问题,并且有着手工管 理所无法比拟的优点,如监测迅速,管理方便,可靠性高,成本低等.这些优点能够极大地提高设备 管理与监测的效率.因此,开发一套电气设备的数据远距离无线传输及集中式检测预警系统,将是 非常必要的,也是十分及时的。 本课题通过采集器、无线传输器和数据

12、库服务器，实现对电气设备各项参数（电流、电压、 功率等）的采集和处理、以实时监测电气设备的运行情况。该系统可以应用在一些电气化设备 较多的企业，以及一些与监控中心相距较远或处在危险位置的电气设备。例如：高速公路上繁 多的指示灯、室外的广告灯等 1。 1.21.2 国内外的研究现状和发展国内外的研究现状和发展 目前，随着科技不断的进步，人们在无线监测方面取得了相当大的成就， 设备监测作为电 气自动化的关键技术，是许多高新技术综合集成的载体。在世界科学界和工业设计界中，众多 的研究机构正在研发电气自动化。为了高效的进行电气自动化管理,世界各国都在不断地研究， 利用各种先进技术手段进行电气自动化监控

13、。目前对于电气自动化监控系统的研究，其现状及 发展趋势主要体现在以下几个方面且多采用如下几种方案： 1.电气设备参数的采集技术 当前，电气设备状态监测技术在企业中已得到广泛重视。随着社会的发展，用户对设备安 全稳定性的要求越来越高。设备状态监测技术的进一步发展和应用。 尽管因种种原因，电气设备参数采集技术在发展上有不同的技术。随着现代科学技术的进 步和先进制造技术的发展，它会像其他自动化技术一样，终将成为提高电气设备安全运行和促 进企业行业技术管理水平提高的一项关键技术，成为大幅度提高电气设备安全运行水平的高度 智能化的关键技术。 2.数据传输方案 (1)无线电通信方案 无线电通信系统利用公共

14、频段进行数据传输，通信通道和通信设备具有投资小、维护简单 的特点。但由于城市内部高大建筑的遮挡，使其传输距离受到了一定的限制，因此它适合用于 分布半径不大、数量不多的电气设备数据传输。 (2)有线通信方案 有线通信主要有利用电话线通信和架设专线通信两种方式。电话线：就是利用现有的公用 电话网为依托，采用调制解调器和公用电话网的交换机系统，在两个通信实体之间建立起通信 通道。通信的网络适合于传输数据量不大、实时性要求不高的场合。 (3)光纤通信方案 光纤通信从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举 足轻重的作用。光纤通信作为新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广

15、是通信史上罕见 的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。近来有人对 光纤通信的发展情景，有些困惑。其一，在 2000 年 it 行业的泡沫，使光纤通信的生产规模投 入过大，生产过剩。其二，有人认为：光纤通信的传输能力已经达到 l0tbps，几乎用不完，而 且现在大干线已经建设得差不多，埋地的剩余光纤还很多，光纤通信技术不需要更多的发展。 (4)蜂窝移动通信方式 蜂窝移动通信是采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来， 进而实现用户在活动中可相互通信。其主要特征是终端的移动性，并具有越区切换和跨本地网 自动漫游功能。蜂窝移动通信业务是指经过由

16、基站子系统和移动交换子系统等设备组成蜂窝移 动通信网提供的话音、数据、视频图像等业务。 gprs 是蜂窝移动通信的一种方式，gprs(general packet radio semite)通用分组无线业 务，是在现有 gsm 系统上发展出来的一种新无线数据传输业务。它将数据以数据包的形式在 plmn(公众陆地移动电话网)内或其他连接到 plmn 的外部网络间传输。主要针对突发性数据分组 传送的一种新业务，与短消息业务类似，提供两类业务：点到点业务和点到多点业务。多个 gprs 用户可以共享一个无线信道，而一个移动用户也可以同时利用多个信道，因而 gprs 用户 的实际通信速率非常灵活，可以低

17、于 100kbps，也可以高于 100kbps。gprs 允许用户在端到端 分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。gprs 永远在线，按 流量计费，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的 和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。作为数据通信网络媒介，gprs 可 以实现跨省市区全国性的数据双向实时通信。此外，gprs 通信还具有保密性高、可靠性高、抗 干扰能力强等特点，保证了数据传输的准确性和稳定性，并提供双方完备的通信协测。因此， 本文研究基于 gprs 技术的数据传输2。 1.31.3 课题的来源及研究背景课题的来

18、源及研究背景 课题根据实际生产存在的问题提出。课题完成系统可以满足企业对大量电气设备的监测和 预警等需求。在技术方面使用比较成熟的 gprs 网络作为传输介质。传感器采用 v9401 作为采集 芯片。所以，课题理论上是可以实现的。 系统通过采集器、无线传输器和数据库服务器，实现对电气设备各项参数（电流、电压、 功率等）的采集和处理、以实时检测电气设备的运行情况。同时集中式检测预警系统该系统的 建立，可以同时管理与监测大量的电气设备，可以应用在一些电气化设备较多的企业，以及一 些与监控中心相距较远或处在危险位置的电气设备。例如：高速公路上繁多的指示灯、及一些 大中型企业等。 1.41.4 课题的

19、研究意义课题的研究意义 随着，电子高新技术是迅速发展，电气设备在我们的生产生活中应用的越来越多。电气设 备管理与监测是每个企业都必须面对的问题。但一直以来人们使用的传统的人工方式管理与监 测设备。这种管理方式存在这许多缺点，如效率低、及时性差且较为繁琐。另为，随着设备数 量的增加，分布广泛，维护工作量大。其工作量也大大增加，这必然增加设备管理监测员的工 作量和劳动强度，这将给电气设备的监测、维护和更新带来了很多困难。如何实时掌握设备运 行状态、及时对设备使用中出现的故障进行判断并及时维护，一直是一个棘手的难题。目前我 国各类企业中有相当一部分单位电气设备管理与监测还停留在人工管理的基础上,尤其

20、是中小型 企业的管理更是如此,这样的管理与监测机制已经不能适应时代的发展,其管理与监测方法将浪 费许多人力和物力.随着科学技术的不断提高,这种传统的手工管理方法必然被以计算机为基础 的信息管理方法所取代。远程电气设备管理与监测系统成功地解决了这一问题,并且有着手工管 理所无法比拟的优点,如监测迅速,管理方便,可靠性高,成本低等.这些优点能够极大地提高设备 管理与监测的效率.因此,开发一套电气设备的数据远距离无线传输及集中式检测预警系统,将是 非常必要的,也是十分及时的3。 1.51.5 设计要求设计要求 设计要求完成：硬件方面完成设备数据的采集和传输。软件方面完成，设备数据的分析处 理以及呈现

21、给用户的功能。 1.61.6 小小 结结 本题是结合实际生产而确定的设计类课题。设计的系统可以自动监控电气设备。根据题目 的要求，我们的系统主要分为电气数据采集模块、gprs 传输模块、信息系统。 第二章第二章 功能概述和方案论证功能概述和方案论证 根据设计要求，我们将整个系统分成以下 4 个部分如 2-1 所示： 数据控 制器 采集 模块 gprs-dtu 数据控 制器 采集 模块 gprs-dtu 数据控 制器 采集 模块 gprs-dtu 采集 模块 图 2-1 系统总体方案 第一部分完成电气相关数据的采集、ad 转换、编码等工作； 第二部分完成电气相关数据的稳定、可靠、及时得传输工作；

22、 第三部分完成数据库对相关数据的分析工作； 第四部分根据相关数据报告做出响应4。 2.12.1 数据采集模块论证数据采集模块论证 方案一： 系统采用 pl3106 控制芯片，该芯片采用耦合电路设计比较麻烦且应用不广。 一般来说，要把扩频载波信号耦合到电力线上去，在电力线扩频收发器和电力线之间需要 一个耦合器。耦合器在电路中主要有三个作用：内部的高频耦合线圈实现强电侧和弱电侧的物 理分离；内部的高通滤波器保证导通高频信号而阻断电网工频；实现阻抗匹配。本系统采用的 带有高通效果的耦合电路如图 2-2 所示，主要由电容 c1 和耦合线圈 tr1(n1:n2=19:32，220v 侧 19 圈，弱电侧

23、 32 圈)构成。由于低压电网的工频(50hz)和本系统扩频信号的信号频率 (120khz)相差将近 2500 倍，所以电容 c1 和耦合线圈原边电感对这两种频率信号的阻抗各不相 同。对于工频信号，电容 c1 的阻抗远大于线圈原边电感的阻抗，所以电容 c1 承担了电力线上 的交流电压；对于 120khz 的系统信号，线圈原边电感的阻抗远大于电容 c1 的阻抗，所以系统 扩频信号几乎都加在了耦合线圈上。这个电路能把工频与扩频信号叠加和分离开来。设计框图 如图 2-2 所示： 图 2-2 设计框图 方案二： 本系统采集模块采用 vango v9401 芯片，v9401 芯片是一款低能高性能的单项计

24、量 soc 芯 片，集成模拟前端、电能计量模块、增强型 8052 muc、rtc、flash 和 lcd 驱动等功能模块。 计量电路特点： 1）支持对电压信号 u、电流信号 i 以及用于测量温度/ 电池电压的 m 通道信号采样； 2）支持正反向有功/ 无功能量计量； 3）支持同一路电流进行有功与无功能量计量； 4）支持电流有效值电能计量模式 ； 计量电路与原理如图 2-3 所示： 图 2-3 计量电路与原理图 模拟信号输出方式： v9401 支持 2 种电流信号输入。其中，电流传感器（ct，current transformer）输入电流 采用双端完全差动输入方式，共需要占用 2 个端口；本系

25、统采用另一种方式：锰铜电阻分流网 络输入电流，采用 agnd 接地。接线方式如图 2-4 所示： 图 2-4 接线方式图 电压输入方式 v9401 支持 1 路电压信号输入。电压采用伪差分输入方式，因为 un 端在芯 片内部接地，所以仅需要 1 个端口，所以本系统采用电阻分压方式。如图 2-5 所示： 图 2-5 电压采集原理图 2.22.2 gprsgprs 传输模块的选择和论证传输模块的选择和论证 方案一：利用传统无线局域网，该方法无法满足远距离的需求，且无线信号频率受国家有 关部门的限制。该方案不采用。 方案二：gprs 传输方案；gprs(general packet radio se

26、rvice, 通用分组无线业务), 是 在 gsm 系统的基础上建立的移动网络系统。他使用分组交换技术, 能兼容 gsm, 并在网络上传 输高速数据。gprs 在传统的 gsm 网络中引入了 3 个新的组件:pcu(packet control unit, 分组 控制单元)、sgsn(serving gprs support node, gprs 服务支持节点) 和 ggsn(gateway gprs support node, gprs 网关支持节点)。 gprs 通信具有以下特点: 资源利用率高 gprs 引入了分组交换的传输模式,用户只有在发送或接收数据期间才占用资 源, 这意味着多个用

27、户可高效率地共享同一无线信道, 从而提高了资源的利用率。而 gsm 传输 数据方式为电路交换模式, 在整个连接期内, 用户无论是否传送数据都将独自占用无线信道。 gprs 用户的计费按通信的数据流量为计费标准。 传输速度高 gprs 数据传输速度可达 5716kb/ s, 最高可达到 115-11712kb/ s, 完全可以 满足用户应用的需求。 接入时间短 gprs 接入等待时间短, 可快速建立连接, 平均为 2s。 提供实时在线功能 用户将始终处于连线和在线状态, 这将使访问服务变得非常简单、快 速。 支持 ip 协议和 x. 25 协议 gprs 支持 internet 上应用最广泛的

28、ip 协议和 x. 25 协议, 而且由于 gsm 网络覆盖面广, 使得 gprs 能提供 internet 和其他分组网络的全球性无线接入。 从上述的 gprs 特点可以看出, gprs 网络特别适合于频发小数据量的实时传输。本系统的远 程数据采集系统就是一个比较典型的频发小数据量的实时传输系统。 本系统选用 sim300，sim300 是一款三频段 gsm/gprs 模块，可在全球范围内的 egsm 900mhz、dcs 1800mhz、pcs 1900mhz 三种频率下工作，能够提供 gprs 多信道类型多达 10 个， 并且支持 cs-1、cs-2、cs-3 和 cs-4 四种 gpr

29、s 编码方案。sim300 内部集成了 tcp/ip 协议栈， 并且扩展了 tcp/ip at 指令，使用户利用该模块开发数据传输设备变得非常简单方便5。 如图 2-6 所示，数据采集设备通过串行接口 rs-232 连接到 gprs-dtu 上，然后将数据打成 ip/tcp 包，再通过 gprs 网络接入到 internet，最终通过各种网关和路由到达系统数据中心。 图 2-6 接口连接图 网络协商之后即可进行数据传送，gprs 网络支持 tcp/ip 协议，所以通过收发 ip 数据包来 传送数据，此时，控制器向 gprs 发送的所有包含 ip 报文的都会被传送给 internet 网中相应的

30、 ip 地址，从而完成终端系统向远程监控中心通过互联网传输数据的过程6。 2.32.3 小小 结结 经过以上论证，我们设计的设备无线监测系统主要实现数据采集和传输功能。控制模块我 们使用的是一块简单的单片机学习板，单片机分析后通过 gprs 传输数据来实现要求的功能。在 理论上可以实现的。 第三章 硬件设计 本章介绍了无线设备监测系统的硬件设计，其中主要包括有：电气设备数据采集模块、 gprs 传输模块、数据控制模块的设计。目的是实现数据的采集、数据的传送等功能。 3.13.1 电气设备数据采集模块电气设备数据采集模块 .1 v9401v9401 芯片硬件结构芯片硬件结构 v9

31、401 是一款低功耗高性能的单相计量 soc 芯片，集成模拟前端、电能计量模块、增强型 8052 mcu、 rtc、flash 和 lcd 驱动等功能模块，为单相多功能表提供单芯片方案8。系统结 构图如图 3-1 所示： 图 3-1 v9401 系统结构图 1.1.微处理器微处理器 该芯片采用 8052mcu 结构，v v9401 芯片内部存储器包括三个模块： 32kb flash 存储器 、256b 的 iram 、1024b 的 xram iram 和 sfr 映射到同一地址空间。xram 以及外设寄存器地 址映射到数据存储器空间。flash 映射到 程序存储空间。 2.2.数据存储器数据

32、存储器 1024 字节的 xram 以及外设寄存器地址都映射到数据存储器空间，xram 的地址范围为 0000h -03ffh 。其中，0000h -037fh 可以被自由访问；0380h-03ffh 的 写操作受写保护寄存 器控制，在对 0380 h 03ffh 区域进行写操作之前，必须先访问“xram 写入保护寄存 器 （0 x28a0 ） ” ，取消写入保护。写保护取消后，只要没有恢复写保护，都可以对这个区域进行写 入操作。 xram 中保存的数据在 ldo25 输出电压大于 1.7v 的条件下不会丢失，也不受复位的 影响。数据存储空间分如图 3-2 所示： 图 3-2 数据存储空间分布

33、图 3.3.程序存储器程序存储器 32kb 的 flash 以及 flash 控制寄存器和程序加密字节都映射到程序存储空间。 flash 控制 寄存器（0 x8001 和 0 x8002 ）控制着 flash 的编程模式和功耗模式等。向 flash 控制寄 存器 0 x8002 写入 0 x86，flash 的功耗会降低，但不会降低性能。 4.4.中断系统中断系统 中断控制电路的寄存器在上电复位、rstn、io/rtc 休眠唤醒复位、wdt 溢出复位或调试复 位发生后被复位为默认值。进入 sleep 或者 deep sleep 模式后，中断控制电路寄存器停止工 作，进入低功耗状态。系统提供 2

34、 个外部端口中断输入。使用外部端口中断的时候，需要同时 设置 gpio 寄存器确定 io 引脚用于外部中断功能。ie sfr（中断允许寄存器） 、ip sfr（中断 优先级寄存器） 、exif sfr（扩展中断触发方式选择寄存器） 、 eicon sfr（扩展特殊寄存器） 、 eie sfr （扩展中断允许寄存器）以及 eip sfr （扩展中断优先级寄存器）为中断单元提供了 中断使能、优先级控制和标志位等9。 .2 时钟电路时钟电路 根据芯片的各个功能单元所使用的时钟类型，时钟控制电路的输出可以分为以下几个时钟。 时钟 1：供 cpu、ram、flash、扩展中断、扩展定时器

35、/uart 和 io 使用； 时钟 2：供计量电路使用； 时钟 3：供 lcd 使用； 时钟 4：供 wdt 使用； 时钟 5：供 rtc 使用。 时钟控制电路控制着各个时钟的频率，以及这些时钟的开启和关闭，如图 5-1 所示。时钟 1 和时钟 2 可以 选择 osc 时钟或 pll 时钟时钟作为时钟源。时钟 1、时钟 2、时钟 3 以及时 钟 4 都可以被关闭，时钟关闭后，使用这些时钟的相应电路单元停止工作10。如时钟控制电 路框图 3-3 所示： 图 3-3 时钟控制电路框图 .3 复位电路复位电路 芯片的复位电路可以分为三个复位等级，不同的复位等级有着不同的复位范围。系统

36、状态 寄存器中所有的复位标志位互斥11。如电路图 3-4 所示： 图 3-4 复位电路图 .4 电源系统电源系统 如图 3-5 所示 v9401 电源供电系统有以下特点： 1. 采用外电源 5.0v 单电源供电； 2. 芯片内部模拟电路和 io 等由 3.3vldo 供电； 3. 芯片内部数字电路和 pll 等由 2.5vldo 供电； 4. 支持低电压监测，实时监测电池电压。 图 3-5 电源系统图 3.23.2 gprsgprs 传输模块的设计传输模块的设计 gprs（通用分组无线业务），作为当前的 gsm 网络向第三代移动通信技术转换的过渡技术 （2.5g）具有接入快速、

37、时刻在线、按流量计费等优点，在远程突发性数据及时传输中有不可 比拟的优势。 gprs（general packet radio service）通用分组无线业务，是在 gsm 系统的基础上建立 的移动网络系统，他使用分组交换技术，能兼容 gsm，并且能在网络上传输高速数据，gprs 在 传统的 gsm 网络中引入了 3 个新的器件：pcu（packet control unit，分组控制单元）、 sgsn（serving gprs support node，gprs 服务支持节点）和 ggsn（gateway gprs support node，gprs 网关支持节点），gprs 通信具有以下

38、特点12： 资源利用率高 gprs 引进了分组交换的传输模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用 资源，这就是说多个用户可高效率地共享同一无线通信，从而提高了资源的利用率，而 gsm 传 输数据方式为电路交换模式，在整个连接时期内，用户无论是否传送数据都将独自占用无线信 道。gprs 用户的计费按通信的数据流量为计费标准。 传输速度高 gprs 数据传输速度可达 57.6kb/s，最高可达到 115-117.2kb/s，完全可以满 足用户应用的需求。 接入时间短 gprs 接入等待时间短，可快速建立连接，平均为 2s。 提供实时在线功能 用户将初始处于连线和在线状态，这将使访问服务变得非常简单

39、、快 速13。 支持 ip 协议和 x.25 协议 gprs 支持 internet 上应用最广泛的 ip 协议和 x.25 协议，而 且由于 gsm 网络覆盖面广，使得 gprs 能提供 internet 和其它分组网络的全球性无线接入。 从上述的 gprs 特点可以看出，gprs 网络特别适合于频发小数据量的实时传输。工业的远 程数据采集系统就是一个比较典型的频发小数据量的实时传输系统14。 该 gprs 采用 sim300 芯片，sim300 是一款三频段 gsm/gprs 模块，可在全球范围内的 egsm 900mhz、dcs 1800mhz、pcs 1900mhz 三种频率下工作，能

40、够提供 gprs 多信道类型多达 10 个， 并且支持 cs-1、cs-2、cs-3 和 cs-4 四种 gprs 编码方案。 sim300 结构小巧，外形尺寸仅 40mm*33mm*2.85mm，几乎可满足所有对产品尺寸有要求的工 业应用，比如智能电话，掌上电脑和其他移动设备。模块与移动应用设备通过一个 60 引脚的板 板连接器相连，它提供了模块与开发板的所有硬件接口，除了 rf 天线接口15。 sim300 内部功能模块有： 键盘和 spi 类型的 lcd 接口，方便用户开发自己的应用设备。 具有调试和数据输出两个串口，帮助开发人员更容易开发产品。 双音频通道，包含两个麦克风输入和两个话筒

41、输出，由 at 指令配置其工作模式。 sim300 有两种 rf 天线接口：一种是天线连接器、一种是天线焊点。天线连接器型号为 murata mm9329-2700，或者用户也可以通过天线焊点自己焊接天线。sim300 具有低功耗设计， 睡眠模式下的电流消耗仅为 2.5ma。sim300 内部集成了 tcp/ip 协议栈，并且扩展了 tcp/ip at 指令，使用户利用该模块开发数据传输设备变得非常简单方便16。sim300 主要特性如表 3-1 所示： 表 3-1 sim300 主要特性 特性说明 工作电压单电压供电，3.44.5v 低功耗模式休眠模式下，工作电流典型值为 2.5ma 工作频

42、段sim300 具有三个频段：egsm900、dcs1800、pcs1900。频段频 率可由 at 指令设置，默认频段是 egsm900 和 dcs1800。 与 gsm phase 2/2+兼容。 gsm 类型小型移动基站（ms） 发射功耗在频率 egsm900 class 4 下为 2w 在频率 dcs1800 和 pcs1900 class 1 下为 1w gprs 连接gprs 多时隙 10 级 gprs 移动电台 b 级 工作温度正常工作温度：-22+55 极限工作温度：-25-20，+55+70 存储温度：-40+80 gprs 数据传输gprs 下行数据传输最大 85.6kbps

43、 gprs 上行数据传输最大 42.8kbps 编码方案：cs-1，cs-2，cs-3，cs-4 sim300 支持 pap（密码验证）协议，此协议通常用于 ppp 连接 sim300 集成了 tcp/ip 协议 电路交换数据（csd）支持分组广播控制信道（pbcch） 电路交换数据传输速率：2.4，4.8，9.6，14.4kbps，非透明 传输 支持非结构化补充数据业务（ussd） 短消息支持点到点短消息移动发送和接受、文本、pdu 模式 短消息存储于 sim 卡中 支持 csd 和 gprs 模式的短消息发送，用户可以根据自己的需 要来选择传输模式 传真 group 3 class 1 s

44、im 接口支持 1.8v 和 3v 两种类型的 sim 卡 外接天线通过 50 的天线连接器或天线连接板连接 音频特性语音编码模式 半速率（ets 06.02） 全速率（ets 06.10） 增强型全速率（ets06.50/06.60/06.80） 回波抑制 双串行通信接口串口 1 的借口具有 7 根数据、状态线 串口 1 可以被用作 csd 传真、gprs 服务和发送控制模块 at 命 令 串口 1 可以使用多路复用功能，但是此时不能和串口 2 同时使 用 可支持的自动波特率为：1200bps115200bps 串口 2 的接口只有/txd 和/rxd 两根数据线，没有状态和控制 线 串口

45、2 只能用来传输 at 命令 电话簿管理支持的电话簿类型：sm、fd、ld、rc、on、mc sim 应用工具箱支持 sat class 3、gsm 11.14 release 98 实时时钟内部具有实时时钟，并有后备电池接口 定时功能可以通过 at 命令编程 物理特征尺寸：400.153mm（包括连接器） 400.15330.152.850.3mm（不包括连接器） 重量：8g 固件升级内部固件通过串口升级 应用程序接口： sim300 除了 rf 接口，其他所有硬件接口都通过一个 60 引脚、引脚间距为 0.5mm 的板板连 接器与用户移动应用平台连接，板板连接器的子接

46、口有如下特征17： 电源供电 双串行接口 两个模拟音频接口 sim 卡接口 sim300 接入连接方法18： gprs 环境设置，从上到下 8 个步骤，有几个是可选的，只要默认即可 at+cdnsorip=0 (使用域名连接时候需要设置成 1，一般不用设置) /connect with ip address or domain name server. default 0:ip at+cipsprt=0 (喜欢发送数据时候带就不需要设置了)/set no prompt of when sending data。发送数据时候不显示 。直接用(at+cipsend=长度数据)形 式发送 at+ci

47、phead=1 为了区分 gprs 数据还是设置一下吧/add an ip head when receiving data. 0: no ip header at+cipflp=1 (不需要设置,默认比较好) /fix the local port.in default mode, the local port is fixed. it can speed up the connection at+cipsrip=0 (不需要设置,默认比较好) /0:dont show the prompt; 1:show the prompt, the format is as follows: recv

48、 from: at+cipcsgp=1,cmnet,guest,guest 一定要设置，用户名密码自己填写/set gprs as wireless connection mode and gprs parameters at+cipdpdp=1 (不需要设置,默认就行)/设置是否定时检查 gprs 网络状态 at+cipscont (保存设置，可选) /save tcpip aplicaton context(cdnsorip, cipsprt, ciphead, cipflp, cipsrip, cipcsgp, cipdpdp 这些参数设置后会永久保存) /=gprs 网络连接= at+

49、cgdcont=1,ip /define pdp context (pdp:packet data protocol)/这个不会保存，每次开机需要 设置，可以定义 110 个场景 at+cgatt=1 /设置附着 gprs 网络 attach/detach from gprs service at+cgact=1,1 /activate pdp context at+cipstart=tcp,5,80 /链接，如果要连接域名则需要在开始设置 at+cdnsorip=1 然后 at+cipstart=tcp, at+cipsend 发送数据 /=gprs 其它动作= =

50、 at+cipclose /close connection 用 at+cipclose 仅关闭连接 at+cipshut /deactivate gprs pdp context 用 at+cipshut，关闭场景(如果连接没有断 开则会先断开连接，再关闭场景) at+cgatt=0 (基本不用)脱离网络。如果连接没有断开则会先断开连接，关闭场景(经过测试： at+cgatt=0 不会正常关闭场景，需要用 at+cipshut 后才能再次正常激活场景) at+cipstatus 查询 gprs 状态 at+cpowd=1/关电 at+cipscont/查询应用程序环境配置 show appt

51、cpip context +cdnsorip:0 /connect with ip address or domain name server. default 0:ip +cipsprt:1/set prompt of when sending data. 0: no prompt show send ok;1: echoprompt show send ok;2: no prompt no “send ok” +ciphead:0/add an ip head when receiving data. 0: no ip header +cipflp:1/fix the local port

52、.in default mode, the local port is fixed. it can speed up the connection +cipsrip:0 /0:dont show the prompt; 1:show the prompt, the format is as follows: recv from: +cipcsgp:1/set csd or gprs connection mode. 0:csd 1:gprs gprs config apn:cmnet gprs config userid: gprs config password: gprs config i

53、nactivitytimeout:0 +cipdpdp:1/设置是否定时检查 gprs 网络状态 detect pdp inerval:10 detect pdp timer:3 3.33.3 数据控制模块数据控制模块 控制模块主要功能主要完成一下功能：控制采集模块数据的采集、加工数据、控制 gprs 与 数据中心的通信。电路图如图 3-5，3-6 所示： 图 3-5 控制模块电路原理图 图 3-6 控制模块 pcb 图 3.43.4 小小 结结 整个系统的电路不是很复杂，主要是模块之间的通信，完成所有功能。整个电路模块结构 简单，工作稳定性好，达到了预期的效果。 第四章 软件部分 软件部分的

54、设计主要是数据中心的设计，设备监控数据通过硬件传输到数据中心，数据中 心经过处理分析，最终呈现给工作人员。该项目数据中心的设计采用 b/s 架构的设计，方便用 户随时接入网络，查看数据、监控设备。数据库采用 microsoft sql server2008 r2 。开发环 境采用 asp. .net3.5。系统整体框架如 4-1 所示： 设备监测预警系 统 设备管理设备数据信息数据查询 设备数据统计 添加设备 修改设备 删除设备 设备实时监控 设备错误预警 设备 id 查询 时间段查询 设备 id 统计 时间段统计 图 4-1 系统整体框架图 4.14.1 数据库设计数据库设计 设备数据实体属

55、性图图设备数据实体属性图图 4-24-2 所示：所示： 设备数据 id 设备编号 电流 电压 功率 电量 图 4-2 设备数据实体属性图 图 4-3 设备信息属性图 系统系统 e-re-r 图如图图如图 4-44-4 所示：所示： 1 图 4-4 系统 e-r 图 4.24.2 数据库详细设计数据库详细设计 数据库的设计主要由三个表组成如表 4-1、4-2、4-3 所示： 表 4-1 管理员表 user 字段名称字段类型字段长度主键中文说明 idint11是编号 uservarchar20是用户名 passwordvarchar20密码 设备信息 设备编号 设备名称 设备位置上线时间 最大电流

56、 最小电流 最大电压 最小电压 最大功率 最小功率 n n m 管理员 管理 设备 设备数据 设备信息 表 4-2 设备信息表 device_info 字段名称字段类型字段长度主键中文说明 device_idi nchar10是编号 device_namevarchar50是设备名称 device_addvarchar50设备位置 device_buytimedatetime上线时间 device_i_minfloat最小电流 device_i_maxfloat最大电流 device_v_minfloat最小电压 device_v_maxfloat最大电压 device_w_minfloat最

57、小功率 device_w_maxfloat最大功率 device_jstext备注 表 4-3 设备数据表 t_devicedb 字段名称字段类型字段长度主键中文说明 idint11是编号 id_devicervarchar10设备编号 i_devicefloat设备电流 v_devicefloat设备电压 w_devicefloat设备功率 in_timedatetime监测时间 p_devicefloat电量 4.34.3 小小 结结 我们主要是以数据处理高效为原则，利用定时器获取设备各项数据。数据中心把处理的数 据呈现给用户。 我们用 c#语言编写程序，其易于实现、结构清晰、便于读者理解

58、。并且能够很好的实现所 要求的功能。 第五章第五章 系统调试与测试系统调试与测试 5.15.1 硬件调试硬件调试 1.如图连接设备，如图 5-1 所示： 图 5-1 连接设备图 2.打开电源，如图 5-2 所示： 图 5-2 打开电源过程图 3.开机正常，查看数据正常。如图 5-3 所示： 图 5-3 数据显示图 4.gprs 模块红灯闪烁正常，说明开始向数据库传送数据。如 5-4 所示： 图 5-4 传送数据显示图 5.25.2 数据中心系统调试数据中心系统调试 1. 把开发完成的系统通过 iis6.0 发布，如图 5-5 所示： 图 5-5iis6.0 发布图 2.配置过程，这里不做介绍，注意 asp.net 版本的选着，如图 5-6 所示： 图 5-6 asp.net 版本的选择图 3. 登入系统，登录界面如 5-7 所示： 图 5-7 登录界面图 4.登录验证，用户名和密码都为 admin。成功登录如 5-8 所示： 图 5-8 系统界面图 5. 系统功能测试。打开数据监控功能，如图 5-9 所示。 图 5-9 系统测试 系统测试正常，相关数据可以监测到。通过使用万用表测试对比如下表 5-1 所示： 表 5-1 万用表测试对比表 电压（v）电流（a） 万用表数据采集模块数据万用表采集模块数据 217.2217.10.040.0