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GPRS技术在热网监控系统中的应用
 摘   要  本文针对热网监控系统中数据传输方式存在的问题,提出了一种基于GPRS技术的热网监控系统的设计与实现方法,开发了GPRS通讯终端,详细介绍了通讯终端与调度中心的功能和通信流程,以及系统的软件实现。
    关键词  GPRS;热网监控系统;通讯终端;调度中心
 

1  引言
    我国北方地区冬季供暖普遍采用集中供热方式。通常一个城市有几个区域供热网,一个区域供热网包含有几十个到上百个换热站。为了使热网尽可能地在最佳工况下稳定运行,热网监控系统需要将各换热站的运行数据传送给调度中心,以便调度人员随时了解各换热站的工作状况和有关信息,实现全网的热能统一调配。
    热网的特点是点多面广,距离较远,现场情况千差万别。因此,我国多数城市的热网监控系统都没有专门铺设通信线路,而是采用数传电台或电话线拨号上网【1-3】。采用数传电台作通信设备,需要向无线电管委会申请专用频点,易受风雨雷电的影响,需要人工巡查维护,并且由于体积大和发射功率大,易对仪表运行造成干扰。利用电话线拨号上网方式,虽然安装费用低,但运行期间电话费很高,速度不稳定,也无法很好的满足系统需要。
    针对上述两种通信方式存在的不足,本文采用GPRS无线通信方式予以解决。GPRS是在现有GSM系统上发展的一种新的承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务4。现有的基站子系统(BSS)可以提供全面的GPRS覆盖。GPRS网络具有如下特点5:永远在线、按流量计费、高速传输、组网简单灵活、维护便捷、使用安全。因此,使用GPRS构建热网监控系统,可以充分弥补现有通信方式的不足。
2  系统结构与总体方案设计
    热网监控系统由换热站现场测控设备、GPRS通讯终端和调度中心组成。系统的拓扑结构如图1所示。


图1  热网监控系统总体结构图

    监控系统的工作过程一般分为以下几个步骤:
    (1) 现场测控设备实时采集热网运行数据,对数据进行处理、分析,根据分析结果对换热站设备的运行状态进行调节;
    (2) 响应GPRS通讯终端的数据发送请求,将采集处理后的数据上传给通讯终端。通讯终端将数据打成IP包,通过GPRS网络,经Internet发送至调度中心;
    (3) 调度中心软件将IP包解包,还原数据,并根据热网总体运行情况实现远程监控。
本文主要设计通讯终端和调度中心两部分。设计的主要内容包括终端硬件电路设计、TCP/IP协议处理、终端与调度中心的互联、调度中心的网络接入与功能实现等。
3  GPRS通讯终端设计 3.1   硬件电路设计
    通讯终端的硬件结构如图2所示,其中最主要的是微处理器和GPRS模块。本设计采用Philips LPC2106作为微处理器,它是一个支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI-S CPU。考虑到其内部已带有一个64KB的SRAM和一个128KB的高速Flash,因此无需外扩存储器。
    GPRS模块选用Siemens MC39i,可工作于EGSM900和GSM1800两种模式,支持语音、短消息、数据业务和传真等。模块内集成天线、RF和基带处理器等,支持标准RS-232接口,外接SIM卡。它支持AT指令集,与微处理器的接口比较简单。
图2  通讯终端硬件结构图
    本系统扩展了RS232和RS485通讯接口,采用LPC2106的UART0口来实现。RS232接口用于终端与PC机进行通讯,主要用于系统调试;RS485接口用于终端与用户设备之间的数据通讯。整个系统的输入电压为高质量的5V直流稳压电源,共需要4种电压。CPU内核电压为1.8V,I/O口电压为3.3V;MC39i电压范围是3.3~4.8V,取4.3V供电;其余部分5V供电。
3.2   终端软件设计
    终端软件设计采用在嵌入式实时操作系统 下编程的方法,软件结构主要包括以下几个功能模块:终端初始化模块、GPRS通信初始化模块、TCP/IP协议处理模块和应用程序模块等。
    为了节省费用,通信终端采用了动态IP地址分配方式,即终端每次上电后GPRS网络为其分配动态IP地址和端口号,终端将此动态IP地址和端口号发给调度中心,以便于调度中心访问。终端需要定时向调度中心注册,以维持先前动态分配的IP地址和端口号。
 
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