【正文】 g35 GPRS link with Inter diagramGPRS 終端通過(guò)接口從數(shù)據(jù)采集器取得數(shù)據(jù)，處理后的 GPRS 分組數(shù)據(jù)發(fā)送到GSM 基站。分組數(shù)據(jù)經(jīng) SGSN 封裝后，GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn) SGSN 通過(guò) GPRS 骨干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點(diǎn) GGSN 進(jìn)行通信，GGSN 對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，如 Inter 或 網(wǎng)絡(luò)。（3）GPRS 的幾種組網(wǎng)方式 [25]利用 GPRS 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)鏈路的建立是關(guān)鍵，數(shù)據(jù)鏈路建立的方式如圖 36，主要有：數(shù)據(jù)中心通過(guò) ADSL 撥號(hào)上網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心申請(qǐng)固定的公網(wǎng) IP、數(shù)據(jù)中心使用專(zhuān)線方式連接至移動(dòng)網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)中心通過(guò) VPN 隧道連接和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接幾種方式。G P R S 數(shù)據(jù)采集終端G P R S 無(wú)線基站I n t e r n e t 網(wǎng)絡(luò)A D S L M o d e m數(shù)據(jù)中心通過(guò) A D S L 撥號(hào)上網(wǎng)數(shù)據(jù)中心申請(qǐng)固定的公網(wǎng) I P內(nèi)部設(shè)備G P R S 網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)線方式連接至移動(dòng)網(wǎng)關(guān)V P N 隧道連接G P R S 通信貓點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接圖 36 GPRS 幾種組 網(wǎng)方式Fig36 Several GPRS’work connections modes1）數(shù)據(jù)中心通過(guò) ADSL 撥號(hào)上網(wǎng)這是一種最經(jīng)濟(jì)的方案，數(shù)據(jù)中心通過(guò)普通的 ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）包月業(yè)務(wù)連接上 Inter。但是每次連上 Inter 后數(shù)據(jù)中心獲得的公網(wǎng) IP 地址都不一樣，所以在 GPRS 數(shù)據(jù)采集終端中無(wú)法直接設(shè)置目標(biāo) IP 來(lái)連接數(shù)據(jù)中心。2）數(shù)據(jù)中心申請(qǐng)固定的公網(wǎng) IP該方案和 ADSL 撥號(hào)方式類(lèi)似，只是使用該方案時(shí)，用戶需要向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商（比如電信、網(wǎng)通）申請(qǐng)一個(gè)固定的公網(wǎng) IP 地址。使用該方案的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的穩(wěn)定性，并且速度上較普通 ADSL 更快些，缺點(diǎn)是費(fèi)用稍高，具體情況請(qǐng)咨詢當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)服務(wù)商。3）數(shù)據(jù)中心使用專(zhuān)線方式連接至移動(dòng)網(wǎng)關(guān)中國(guó)移動(dòng)針對(duì)行業(yè)應(yīng)用還推出了無(wú)線數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng) DDN（Digital Data Network）業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)使用數(shù)據(jù)專(zhuān)線連接用戶的數(shù)據(jù)中心和 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn) GGSN。該方案的優(yōu)點(diǎn)是具有更高的速度和更低的時(shí)延，并且在網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和在數(shù)據(jù)安全性方面也有較大的提高，但是費(fèi)用較高。4）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接當(dāng)數(shù)據(jù)中心無(wú)法連接公網(wǎng) Inter 時(shí)，可以使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式。在這種方式下，與數(shù)據(jù)中心相連的 GPRS 通信終端要設(shè)置為服務(wù)器模式，遠(yuǎn)程的 GPRS 數(shù)據(jù)采集終端要配置為客戶機(jī)模式。5）VPN 隧道連接中國(guó)移動(dòng)的無(wú)線數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng) DDN 業(yè)務(wù)除了數(shù)據(jù)專(zhuān)線方式外還有 VPN 隧道方式，該方式指數(shù)據(jù)中心通過(guò)公共 Inter 與 GPRS 接入平臺(tái)間建立起 IP 隧道來(lái)進(jìn)行連接。該方案比專(zhuān)線方式更經(jīng)濟(jì)，而速度和數(shù)據(jù)安全性比數(shù)據(jù)中心通過(guò) ADSL 撥號(hào)上網(wǎng)的方案更有優(yōu)勢(shì)。在分布式油田原油計(jì)量與防盜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，綜合考慮以上幾種 GPRS 組網(wǎng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，以及為便于整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和后期維護(hù)，我們使用了數(shù)據(jù)中心申請(qǐng)固定的公網(wǎng)IP 的組網(wǎng)方式。 GPRS 模塊選型GPRS 技術(shù)把 Inter 的通訊方式引入到了無(wú)線通信領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的互連。無(wú)線用戶可以很方便地采用熟悉的標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 通訊模式與 Inter 直接交換數(shù)據(jù)，也就應(yīng)運(yùn)而生了 GPRS 終端產(chǎn)品。GPRS 模塊就是為使用 GPRS 服務(wù)而開(kāi)發(fā)的無(wú)線通信終端設(shè)備，因此在開(kāi)發(fā) GPRS 終端產(chǎn)品的時(shí)候，就而臨著如何選擇一個(gè)低成本、易開(kāi)發(fā)的 GPRS 模塊的問(wèn)題。目前市場(chǎng)上 GPRS 模塊很多，從功能來(lái)分，GPRS 模塊可以分為兩類(lèi)：通用的GPRS 模塊和內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議棧的 GPRS 模塊。（1）通用的 GPRS 模塊這一類(lèi)模塊的特點(diǎn)是只支持 GPRS 短信的收發(fā)模式，本身不具備 TCP/IP 協(xié)議處理功能。應(yīng)用此類(lèi)模塊時(shí)，終端軟件基本要求是要能處理 PPP 撥號(hào)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。當(dāng)處理能力不強(qiáng)或沒(méi)有操作系統(tǒng)時(shí)，需要用戶自己開(kāi)發(fā)或者移植一些協(xié)議，編程實(shí)現(xiàn) GPRS 的撥號(hào)上網(wǎng)、PPP 配置并最終建立 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn) GPRS 的附著和激活過(guò)程，此后才能與 Inter 通信，因此用戶的開(kāi)發(fā)任務(wù)較重，有時(shí)甚至超過(guò)了應(yīng)用本身的工作量。此類(lèi)模塊的代表為 Siemens 公司的 MC3SonyEricsson 公司的 GR4Motorola 公司的 G1Wave 公司的 Q2403 系列等。（2）內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議棧的 GPRS 模塊這一類(lèi)模塊是在通用 GPRS 模塊基礎(chǔ)上內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，用戶一般只需要調(diào)用相應(yīng)的 AT 命令對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，模塊自身就會(huì)完成 GPRS 網(wǎng)絡(luò)和 Inter 的互連，然后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，開(kāi)發(fā)過(guò)程比較簡(jiǎn)單。代表如 Siemens 公司的 TC4Motorola GSIMCOM 公司的 SIM100、BenQ 公司的 M23A 等。隨著 GPRS 技術(shù)的不斷發(fā)展，GPRS 模塊的功能越來(lái)越強(qiáng)大，成本卻越來(lái)越低，綜合考慮到成本和開(kāi)發(fā)難度，做無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)發(fā)時(shí)選用內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議棧的 GPRS 模塊才是明智之舉，因此在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的開(kāi)發(fā)中選用的是 BenQ 公司內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議棧的 M23A GSM/GPRS 模塊。 M23A GSM/GPRS 模塊M23A GSM/GPRS 是 BenQ 公司推出的 GSM/GPRS 雙頻通信模塊 [42]，它集成了完整的射頻電路和 GSM 的基帶處理器，適合于開(kāi)發(fā)基于 GSM/GPRS 的無(wú)線應(yīng)用產(chǎn)品，如無(wú)線終端、報(bào)警/安防系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制等產(chǎn)品，應(yīng)用范圍十分廣泛。M23A GSM/GPRS 模塊主要的性能指標(biāo)如下：? 外形尺寸 40，重量 13 克；? GPRS Class 8 多時(shí)隙功能，Class B 操作模式；? 支持 EGSM900/DCS1800/PCS1900 三個(gè)頻段；? 支持 3V SIM 卡接口；? 在 GPRS 數(shù)據(jù)通信模式下消耗電流最大 280mA；? 電源電壓范圍：直流 到 ；? 工作溫度：20 攝氏度到 60 攝氏度；M23A GSM/GPRS 模塊共有 44 個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)插槽引出。這 44 個(gè)引腳大致可以劃分為 5 類(lèi)，即電源接口、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM 卡接口、音頻接口和控制接口。在接口座上各引腳的編號(hào)及位置如圖 37 所示。1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 02 12 24 44 34 24 14 03 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 92 82 72 62 52 42 3V B A T T BG N DG N DG N DG N DL E D AR O W 4T X D 2I O 1 2 / D C DG N DS I M C L KS I M I OS I M R S TN CM I C B I A SM I C I PM I C I NA U X IG N DE A R PE A R NA U X O PV R S I MG N DV B A T R FV B A T R FV B A T R FG N DI O 1 0P W O NR X D 2B UG N DT X DR X DR T SC T SD S RI O 8I O 1 3I O 1 1G N DI O 6I O 1 / R 1圖 37 M23A 模塊引腳編號(hào)及位置Fig37 M23A module pins’ number and locationM23A GSM/GPRS 模塊的各個(gè)引腳的功能如表 32 所示。表 32 M23A 模塊引腳功能Tab32 M23A module pins’ function接口名稱(chēng) 引腳數(shù)量 功能說(shuō)明UART/RS232 6 RS232 傳輸接口UART2 2 內(nèi)部軟件調(diào)試BU 1 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)引腳GPIO 6 常規(guī)用途 I/OPower On 1 啟動(dòng)引腳LED Driver 1 二極管驅(qū)動(dòng)引腳SIM 4 SIM 卡接口VBATRF 3 電源輸入VBATBB 1 電池輸入Audio 7 音頻信號(hào)接口Keypad Interrupt 1 鍵盤(pán)中斷BGND 10 地ANT 1 天線M23A GSM/GPRS 模塊支持外部 SIM 卡，可以直接和 的 SIM 連接，模塊能自動(dòng)檢測(cè)和適應(yīng) SIM 卡類(lèi)型。為使用模塊的 GPRS 功能，應(yīng)用時(shí)選用的 SIM 卡需要開(kāi)通 GPRS 業(yè)務(wù)。M23A GSM/GPRS 模塊還提供標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 串行接口，用戶通過(guò)串行口使用 AT命令完成對(duì)模塊的操作。 AT 指令集AT 命令是 Hayes 公司為 MODEM（調(diào)制解調(diào)器）制定的一個(gè)控制指令集，用于數(shù)據(jù)終端（計(jì)算機(jī)）和 MODEM 之間的通信。由于 Hayes 公司生產(chǎn)的 MODEM 產(chǎn)品在工業(yè)界占有主導(dǎo)的地位，為了保持產(chǎn)品的兼容性，其它 MODEM 制造廠商也接受并使用了 AT 指令，因此 AT 命令目前在工業(yè)界已經(jīng)成為一個(gè)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，非 Hayes 公司的MODEM 產(chǎn)品也都支持 AT 指令集。AT 命令通常是由字符 AT 或 at（大小寫(xiě)應(yīng)一致）作為前綴， MODEM 從這兩個(gè)字符中檢測(cè)出計(jì)算機(jī)使用的波特率、字長(zhǎng)、奇偶校驗(yàn)等信息。發(fā)給 MODEM 的指令一般使用 7 個(gè)數(shù)據(jù)位、一個(gè)奇偶位和一個(gè)停止位組成的幀，也可以使用有 8 個(gè)數(shù)據(jù)位、無(wú)奇偶位和 1 個(gè)停止位組成的幀，另每個(gè) AT 指令都是以“\r\n”作為結(jié)束符。表33 GPRS 相關(guān)的 AT 命令Tab 33 Correlative AT mand of GPRSAT指令 指令功能 使用舉例（指令意義）AT+IRP 設(shè)置模塊串口通信速率 AT+IRP=0(模塊自適應(yīng)串口通信速率)AT+COPS 設(shè)置是否自動(dòng)登陸網(wǎng)絡(luò) AT+COPS=1（選擇自動(dòng)登陸網(wǎng)絡(luò)）AT+CREG 當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)情況 AT+CREG=1（查詢是否登陸上網(wǎng)絡(luò)）AT%CGPCO PCO字符串激活指令 AT%CGPCO=1,PAP,1 （激活PCO字符串）AT+CGDCONT 定義PDP文本指令 AT+CGDCONT=1,IP,CMNET（定義PDP文本）AT$DESTINFO 設(shè)置將連接的IP地址 AT$DESTINFO=,2,5001,0（將連接的IP地址：，端口5001）ATD*97 對(duì)設(shè)置的的IP地址撥號(hào)，進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式ATD*97（連接已用 AT$DESTINFO指令設(shè)置的IP地址和端口號(hào)）+++ 從數(shù)據(jù)傳輸模式返回指令模式命令+++（返回指令傳輸模式，模塊又能接收AT 指令；在數(shù)據(jù)傳輸模式下，指令將被當(dāng)成數(shù)據(jù)）表 33 只列出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使用到的 AT 指令，關(guān)于 GPRS 相關(guān)的 AT 指令的詳細(xì)材料請(qǐng)參見(jiàn)本論文的參考文獻(xiàn) 48。 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的外設(shè)備選型為了實(shí)現(xiàn)分布式油田的計(jì)量和防盜，采集需要監(jiān)測(cè)的各物理量，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端使用了超聲波液位變送器、圖像采集卡、紅外對(duì)射探測(cè)器和接近開(kāi)關(guān)等幾個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備，以下對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端使用的各個(gè)設(shè)備的原理和性能作簡(jiǎn)要介紹。（1）超聲波液位變送器超聲波具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好，能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)，以超聲波作為監(jiān)測(cè)手段，并將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成工業(yè)上常用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的液位變送器就是超聲波液位變送器。超聲波液位變送器的工作原理是由超聲波探頭發(fā)出高頻脈沖聲波，聲波遇到被測(cè)物位表面被反射，換能器接收反射回波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于聲波脈沖發(fā)射過(guò)程中機(jī)械惰性占用了傳輸時(shí)間，使靠近超聲波換能器的一小段區(qū)域不能接收聲波，這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為盲區(qū)，盲區(qū)大小與超聲波的量程有關(guān)。為測(cè)量?jī)?chǔ)油罐中油位，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端開(kāi)發(fā)中選用了重慶兆易科技公司生產(chǎn)的RISENBS1KA0 型超聲波液位變送器。RISENBS1KA0 變送器集超聲波傳感器、溫度傳感器、超聲伺服電路和變送電路為一體，采用 SMD（Surface Mount Device）貼片元件及兆易公司與美國(guó)合作研發(fā)的專(zhuān)用芯片，使得整機(jī)電路非常緊湊簡(jiǎn)潔，線路板全部鍍金，內(nèi)部電磁屏蔽及出廠四十八小時(shí)高低溫老化，使其具有很高的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期可靠性。殼體采用質(zhì)地堅(jiān)固且聲學(xué)特性好的合成材料，其外形精巧美觀，防水、防塵，可適應(yīng)大多數(shù)工況現(xiàn)場(chǎng)。RISENBS1KA0 超聲波液位變送器的主要技術(shù)參數(shù)如下：? 高精度線性電流輸出：4~20mA；? 量程：1，2，3，4，5，6，8 米；? 盲區(qū)：小于 300 毫米；? 波束角：15 度；? 工作電壓：直流 12V/24V；? 安裝方式： 49 雙鑼母夾緊式固定安裝或 M49 鑼孔旋進(jìn)式安裝；?（2）紅外對(duì)射探測(cè)器紅外對(duì)射探測(cè)器全名叫“光束遮斷式感應(yīng)器” （Photoelectric Beam Detector） ，其基本的構(gòu)造包括瞄準(zhǔn)孔、光束強(qiáng)度指示燈、球面鏡片和 LED（LightEmitting Diode）指示燈等。其偵測(cè)原理是利用紅外線經(jīng) LED 紅外光發(fā)射二極體，再經(jīng)光學(xué)鏡面做聚焦處理使光