【文章內(nèi)容簡介】 在環(huán)境較惡劣區(qū)，電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。另外，從水文傳統(tǒng)人工監(jiān)測技術(shù)分析來看，主要存在以下問題：(1)記錄方式以模擬方式為主，就是數(shù)字方式記錄也很難方便輸入計算機處理；(2)數(shù)據(jù)處理基本靠人工處理判斷，費時易錯；(3)水文信息收集、傳輸、處理實時性和準確性較差，無法適應(yīng)現(xiàn)代水文需求。本文在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，以水文數(shù)據(jù)收集為例，根據(jù)數(shù)據(jù)收集工作和管理工作的需要，提出了一種新的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)方案，即基于 PDA、GPS 定位、GPRS 傳輸?shù)那度胧揭苿訑?shù)據(jù)收集系統(tǒng)的解決方案。根據(jù)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的需要，設(shè)計開發(fā)了 PDA 數(shù)據(jù)收集終端和遠程中心數(shù)據(jù)庫以及它們之間的數(shù)據(jù)交換。 該領(lǐng)域研究現(xiàn)狀PDA 是 Personal Digital Assistant 的縮寫，字面意思是“個人數(shù)字助理”。 這種手持設(shè)備集中了計算，電話，傳真，和網(wǎng)絡(luò)等多種功能。它不僅可用來管理個人信息（如通訊錄，計劃等），更重要的是可以上網(wǎng)瀏覽，收發(fā) Email，可以發(fā)傳真，甚至還可以當作手機來用。尤為重要的是，這些功能都可以通過無線方式實1電子科技大學工程碩士學位論文現(xiàn)。當然，并不是任何 PDA 都具備以上所有功能；即使具備，也可能由于缺乏相應(yīng)的服務(wù)而不能實現(xiàn)。但可以預(yù)見，PDA 發(fā)展的趨勢和潮流就是計算、通信、網(wǎng)絡(luò)、存儲、娛樂、電子商務(wù)等多功能的融合。PDA 一般都不配備鍵盤，而用手寫輸入或語音輸入。PDA 所使用操作系統(tǒng)主要有 Palm OS，Windows CE 和 EPOC。PDA 的歷史可以追溯到 Apple 公司于 1993年推出的 Newton Message Pad。之后不久，就有生產(chǎn)商推出類似產(chǎn)品。目前，PDA的價格還偏高，但專家們相信， 它將最終走進“尋常百姓家”，成為真正的“個人數(shù)字助理”。 以上所說的是廣義的 PDA。目前，對 PDA 還有一種狹義的理解。 狹義的 PDA 指可以稱作電子記事本，其功能較為單一，主要是管理個人信息，如通訊錄、記事和備忘、日程安排、便箋、計算器、錄音和辭典等功能。而且這些功能都是固化的，不能根據(jù)個人的要求增加新的功能。 廣義的 PDA 主要指掌上電腦，當然也包括其他具有類似功能的小型數(shù)字化設(shè)備。掌上電腦一詞也有不同解釋。狹義的掌上電腦不帶鍵盤，采用手寫輸入、語音輸入或軟鍵盤輸入。而廣義的掌上電腦則既包括無鍵盤的，也包括有鍵盤的。不過，在中國市場，幾乎所有的掌上電腦都不帶鍵盤。隨著技術(shù)的發(fā)展，PDA 越來越來成熟，它的 CPU 速度越來越快，內(nèi)存越來越大，功能越來越完善。尤其它與現(xiàn)代通信技術(shù)有效的結(jié)合，出現(xiàn)了可以直接接入無線局域網(wǎng)或可以直接接入 GSM、CDMA、小靈通等移動網(wǎng)絡(luò)的 PDA。在很多情況下，人們也把這種可以接入移動網(wǎng)，且可以打電話，有很多類似計算機功能的PDA 稱之為智能手機。不管叫它 PDA，還是智能手機，這些都為移動數(shù)傳、短信打下了堅實的基礎(chǔ)。當然也有些 PDA 可外擴很多配件，如 RFID 讀寫頭、條碼掃描頭??這些都使 PDA 成為具有某種特殊功能的便攜終端。 國外研究現(xiàn)狀PDA 在國外高校有廣泛的應(yīng)用：The University of South Dakota 使用 Palm 系統(tǒng)，由 Palm 提供教育集成。Palm 提供許多學科的課件。學生可以記錄課堂筆記，獲取寫作工具，例如字典或辭典、畫圖、收集數(shù)據(jù)、圖表數(shù)學計算、活動和事務(wù)管理、娛樂。他們可以相互發(fā)送短消息，收發(fā) ，無線接入互聯(lián)網(wǎng)。Palm 公司的開發(fā)2第一章 緒論人員已經(jīng)為學生和教職員工創(chuàng)建了大約 500 個教育專業(yè)的應(yīng)用程序和附件。Carnegie Mellon 大學的計算機科學學院啟動 Pebbles PDA 項目，研究 PDA 如何與個人計算機和其他設(shè)備聯(lián)合使用。有一套應(yīng)用是支持本地 Co－Located 電話會議，所有參與者 PDA 都與其他人保持雙向聯(lián)系。并有一個主機來顯示討論的主題。對于教學，正在研究當學生的手持設(shè)備與老師的 PC 連接時怎樣增強測試和筆記功能。另一套應(yīng)用支持單個用戶把 PDA 作為外部輸入輸出設(shè)備。East Carolina University 的手持計算應(yīng)用主要在:無線連接、硬軟件平臺、教師課程選擇、培訓(xùn)、技術(shù)支持、硬件部署、項目評估和實踐應(yīng)用。PDA 在體育界也有了應(yīng)用。2006 年 7 月份舉行的德國世界杯上，思科系統(tǒng)公司使得 FIFA 世界杯不再僅僅是世界一流球技的展示。法蘭克福 Commerzbank體育場中遍布安全性極高的無線網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)與基于個人數(shù)字助理（PDA）技術(shù)的移動門票讀取器連接。這個基礎(chǔ)設(shè)施能夠幫助世界杯組織者檢測違規(guī)行為，同時對 VIP 區(qū)域進行入場控制。實用的 PDA 設(shè)備還與一種稱為“PayClever”的新型無現(xiàn)金支付系統(tǒng)配合使用。PDA 通過思科提供的網(wǎng)絡(luò)與零售服務(wù)器系統(tǒng)配合，以安全的方式實現(xiàn)無現(xiàn)金支付。在軍事領(lǐng)域，被外軍譽為“戰(zhàn)場精靈”的“單兵數(shù)字助理”智能信息裝具已經(jīng)悄然問世。所謂的“單兵數(shù)字助理”，是個人掌上電腦（PDA）技術(shù)在軍事領(lǐng)域的擴展和應(yīng)用，是數(shù)字化士兵的信息平臺，它集中體現(xiàn)了現(xiàn)代通信、計算機技術(shù)和作戰(zhàn)思想的最新成果。這種“單兵數(shù)字助理”可將無線通信、圖像攝取、信息查詢及衛(wèi)星定位和地理信息系統(tǒng)等功能集于一體，使戰(zhàn)斗力倍增。在軍事氣象領(lǐng)域[3]，美軍已研制了掌上氣象信息終端，裝備部隊使用，為機動作戰(zhàn)條件下氣象信息收集傳輸提供了有效的手段。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀經(jīng)過幾年的發(fā)展，國內(nèi) PDA 技術(shù)的應(yīng)用也取得了長足的進步。PDA 的行業(yè)應(yīng)用已經(jīng)越來越成為各行各業(yè)關(guān)注的焦點。國內(nèi)最大的 Windows 終端設(shè)備制造商升騰資訊推出的兩款融合 IC 卡與 PDA功能的新型智能手持終端 C900 和 C910，首次實現(xiàn)了 IC 卡應(yīng)用與掌上電腦技術(shù)的3電子科技大學工程碩士學位論文完美結(jié)合，為廣大行業(yè)用戶提供一種更加方便、高效的業(yè)務(wù)移動處理模式和全新的應(yīng)用開發(fā)平臺。融合了科技與應(yīng)用創(chuàng)新的升騰 IC 卡 PDA 產(chǎn)品將把行業(yè) PDA 引入一個嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域，讓各行各業(yè)原來靜態(tài)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理工作，進入了一個全新的移動辦公時代，從而激發(fā)行業(yè)信息化的又一個變革進程。在電力系統(tǒng)中也有 PDA 的應(yīng)用。黑龍江省模式識別研究中心從事 PDA 研發(fā)已有 10 多年的歷史，是國內(nèi)首家把手寫體識別嵌入到 PDA 中的科研單位。近年來成功地開發(fā)出應(yīng)用于電力抄表的 PDA 系統(tǒng)，即電工寶典。從 2001 年至今，電工寶典已經(jīng)成功地在內(nèi)蒙古、河北、山東等省市地區(qū)應(yīng)用，成功地與當?shù)毓╇姽镜?MIS（Management Information System） 系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)連接，從根本上消除了以前手工抄表的種種弊端，使用效果十分良好。農(nóng)業(yè)方面，中國科學院計算技術(shù)研究所進行了 PDA 在農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)中的應(yīng)用，便攜的農(nóng)業(yè)室外應(yīng)用系統(tǒng)填補了國內(nèi)農(nóng)業(yè)應(yīng)用上的空白。PDA 在無線餐飲管理信息系統(tǒng)中也有應(yīng)用，比如上海星嘉軟件公司開發(fā)的博達 PDA 點菜系統(tǒng)，就是應(yīng)用在該行業(yè)的一個典型解決方案。該系統(tǒng)提供了用戶無線移動點菜，預(yù)定菜單，在線瀏覽客戶所預(yù)定餐位的環(huán)境和狀態(tài)，餐飲數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)統(tǒng)計和系統(tǒng)維護等功能。在軍事領(lǐng)域，PDA 技術(shù)也有了一些發(fā)展。北京旋極信息技術(shù)有限公司多年以來一直從事嵌入式領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)和研究工作，在嵌入式 CPU 和多任務(wù)操作系統(tǒng)等方面積累了大量的技術(shù)經(jīng)驗。該公司在 2001 年投入了大量的人力和物力開發(fā)軍用 PDA 產(chǎn)品，并于 2001 年年底制作出產(chǎn)品原型機。該原型方案采用高速低功耗的 32 位 RISC 處理器 ARM7，底層多任務(wù)操作系統(tǒng)為該公司自主知識產(chǎn)權(quán)，高度模塊化設(shè)計。目前具備的功能有 GPS 定位、GIS 應(yīng)用、GSM 通信、藍牙短距離通信、CCD 圖像收集以及其他功能[4]。 論文所要研究的重點內(nèi)容及預(yù)期效果本論文的主題是基于 PDA 的移動數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，它是將成熟的GPS（全球定位系統(tǒng)）、GPRS 無線傳輸網(wǎng)絡(luò)、PDA 等高智能移動硬件產(chǎn)品進行集4第一章 緒論成，通過與遠程數(shù)據(jù)接收中心數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)傳送來完成數(shù)據(jù)的實時收集。 重點內(nèi)容(1)詳細研究移動嵌入式開發(fā)相關(guān)的技術(shù)，例如：嵌入式系統(tǒng)概述及比較選擇、移動數(shù)據(jù)庫、GPS 定位、無線網(wǎng)絡(luò)等。(2)PDA 設(shè)備上收集的數(shù)據(jù)與中心管理計算機上數(shù)據(jù)的交互。這一部分主要包括：數(shù)據(jù)交互的方式、表導(dǎo)入導(dǎo)出的過程、保持數(shù)據(jù)庫的一致性和完整性、不同數(shù)據(jù)庫類型間數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換。(3)GPS 信號在嵌入式應(yīng)用程序中的應(yīng)用，主要是 GPS 信號通過嵌入式應(yīng)用程序與其他信息結(jié)合后被錄入后臺數(shù)據(jù)庫的過程，以及在水文信息收集工作中系統(tǒng)通過接收到的 GPS 定位信息和數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)信息的對比監(jiān)督數(shù)據(jù)收集員的工作。(4)Visual Studio 2005 環(huán)境下手持終端（PDA）系統(tǒng)的開發(fā)。包括開發(fā)平臺的選取、開發(fā)語言的選取及系統(tǒng)的具體實現(xiàn)。本系統(tǒng)主要由 GPS 接收模塊、中心控制模塊和 GPRS 通訊模塊組成。 預(yù)期效果（1）利用日益成熟的 PDA 技術(shù)，實現(xiàn)收集數(shù)據(jù)的一次性實時錄入，保存，解決傳統(tǒng)的手工重復(fù)錄入。（2）可在完全脫離中心計算機數(shù)據(jù)庫的野外工作情況下的，結(jié)合 GPS 定位和GPRS 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)，實現(xiàn)收集數(shù)據(jù)的實時傳送，適應(yīng)現(xiàn)代工作的需求。本論文利用先進的 Visual Studio2005 開發(fā)環(huán)境進行手持終端系統(tǒng)的開發(fā)，并結(jié)合 GPS 和GPRS 實現(xiàn)對人員的定位和數(shù)據(jù)的實時、準確傳送，具有一定的創(chuàng)新性。（3）通過本論文的研究，探索野外數(shù)據(jù)收集的特點，為 PDA 在其他行業(yè)的數(shù)據(jù)收集應(yīng)用提供依據(jù)?；?PDA 的移動數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：體積小、重量輕、功耗低；開發(fā)成本低、開發(fā)周期短；便攜性好，適用范圍廣，不僅在野外可以作業(yè)，在室內(nèi)同樣可以；功能強，除了能實現(xiàn)系統(tǒng)的功能外，還可以提供娛樂和信息管理等功5電子科技大學工程碩士學位論文能；在內(nèi)置的 Windows Mobile 強大開發(fā)平臺的支持下，功能容易擴展； 平臺進行開發(fā)，可以將系統(tǒng)運行于裝有 Windows Mobile 操作系統(tǒng)的不同 PDA 硬件設(shè)備上，提高了系統(tǒng)的可移植性。 論文的組織結(jié)構(gòu)本論文的正文共分六章，論文的組織結(jié)構(gòu)如下：第一章對論文的背景和意義進行了闡述，并對 PDA 在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀作了概述，最后確定了論文研究的主要內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)。第二章對論文中相關(guān)的理論做了詳細介紹，包括嵌入式系統(tǒng)、移動數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及移動安全問題、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、GPS 原理概述等，同時詳細闡述了現(xiàn)在 PDA上應(yīng)用廣泛的 Windows Mobile 嵌入式操作系統(tǒng)。第三章為系統(tǒng)設(shè)計部分，從基于 PDA 的無線移動數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的提出、移動數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)管理中心設(shè)計等幾個方面闡述了基于 PDA 的移動數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)設(shè)計思路和方法。第四章介紹了 PDA 數(shù)據(jù)收集終端系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。包括各功能模塊劃分組成、本地數(shù)據(jù)庫管理、與遠程數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)交互實現(xiàn)、GPS 信號接收及解析等。第五章是結(jié)束語，對全文的工作進行了總結(jié)，并對下一步要研究的工作進行了展望。最后，是本文的致謝和參考文獻部分。6第二章 手持移動數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)概述第二章 手持移動數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)概述 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分組成，用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)幾乎包括了生活中的所有電器設(shè)備，如掌上 PDA、移動計算設(shè)備、電視機頂盒、手機上網(wǎng)、數(shù)字電視、多媒體、汽車、微波爐、數(shù)字相機、家庭自動化系統(tǒng)、電梯、空調(diào)、安全系統(tǒng)、自動售貨機、蜂窩式電話、消費電子設(shè)備、工業(yè)自動化儀表與醫(yī)療儀器等。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)具有的特點是：高可靠性；在惡劣的環(huán)境或突然斷電的情況下，系統(tǒng)仍然能夠正常工作；許多嵌入式應(yīng)用要求實時性，這就要求嵌入式操作系統(tǒng)具有實時處理能力 ；嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機地結(jié)合在一起，它的升級換代也是具體產(chǎn)品同步進行；嵌入式系統(tǒng)中的軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性，一般都固化在只讀存儲器中或閃存中，也就是說軟件要求固態(tài)化存儲，而不是存儲在磁盤等載體中。 嵌入式微處理器嵌入式系統(tǒng)無處不在，它的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備 4 個特點：對實時和多任務(wù)有很強的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的