【導(dǎo)讀】的自來水用量正在急劇增長，供水系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分布也越來越廣泛。建立一個(gè)有效的監(jiān)測。障、消除隱患、節(jié)約水資源的目的，是非常必要的。將分布采集的自來水管網(wǎng)數(shù)據(jù)，水系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。的技術(shù)，正在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文提出一種基于GPRS. 信問題，具有更好的可靠性和實(shí)時(shí)性。的問題，并在此基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹了監(jiān)控中心軟件的實(shí)現(xiàn)過程及各部分實(shí)現(xiàn)后的效果。最后闡述了本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與不足，提出下一步改進(jìn)方向。

　　

【正文】 參數(shù)設(shè)置及通訊指令說明 使用前需根據(jù)現(xiàn)場需要對(duì)產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。本產(chǎn)品需要設(shè)置的參數(shù)有設(shè)備地址、通訊波特率、通訊幀格式等等，其中出廠默認(rèn)的設(shè)備地址為 0x0通訊波特率為 9600bps、通訊幀格式為 8 個(gè)數(shù)據(jù)位、偶校驗(yàn)、 1 個(gè)停止位。 注意：采集濾波參數(shù)默認(rèn)為 20，再無特殊情況下請(qǐng)勿修改，采集濾波參數(shù) t 調(diào)小可提高采集值更新速度但會(huì)導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)不穩(wěn)；反之亦然，本產(chǎn) 品采用的是 Modbus RTU 協(xié)議。 表 31 數(shù)據(jù)采集器設(shè)備參數(shù) 技術(shù)參數(shù)表 供電電壓 DC 18V~36V 供電隔離電壓 DC 1500V 平均功耗 約 系統(tǒng)速度 通訊周期 100mS(9600bps) 數(shù)據(jù)更新周期 5 次 /秒 (默認(rèn) ) 采集信號(hào)類型 020mA、 010mA、 010V、 05V 等 采集精度 177。% 通訊方式 RS23 RS485 通訊協(xié)議 Modbus RTU 通訊波特率 1200bps、 2400bps、 4800bps、 9600bps、 19200bps、38400bps、 57600bps、 115200bps 通訊幀格式 8 個(gè)數(shù)據(jù)位、偶校驗(yàn)、 1 個(gè)停止位 (默認(rèn) ) 8 個(gè)數(shù)據(jù)位、奇校驗(yàn)、 1 個(gè)停止位 8 個(gè)數(shù)據(jù)位、無校驗(yàn)、 2 個(gè)停止位 8 個(gè)數(shù)據(jù)位、無校驗(yàn)、 1 個(gè)停止位 通訊接口 RS232 DB9(孔 ) RS485 端子 () 通訊隔離電壓 RS232 DC 2500V RS485 DC 2500V RS232 177。15KV (氣隙放電 ) 通訊命令 這里使用固定指令，讀第 1 路和第 2 路模擬量采集值，假設(shè)設(shè)備地址 為 0x01； 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 表 32 通訊命令 請(qǐng)求 響應(yīng) 字段名 十六進(jìn)制 字段名 十六進(jìn)制 設(shè)備地址 01 設(shè)備地址 01 功能 04 功能 04 起始地址 Hi 00 字節(jié)計(jì)數(shù) 04 起始地址 Lo 00 寄存器值 Hi(0) 00 輸出數(shù)量 Hi 00 寄存器值 Lo(0) 25 輸出數(shù)量 Lo 02 寄存器值 Hi(1) 10 CRC 校驗(yàn) Hi 71 寄存器值 Lo(1) 33 CRC 校驗(yàn) Lo CB CRC 校驗(yàn) Hi A7 CRC 校驗(yàn) Lo 9A 其中，第 1 路模擬量采集值為 0x0025， 即 37(十進(jìn)制 )； 第 2 路模擬量采集值為0x1033， 即 4147(十進(jìn)制 )。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 第 4 章 監(jiān)控中心軟件實(shí)現(xiàn) 監(jiān)控中心的基本功能 及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 監(jiān)控中心的基本功能 監(jiān)控中心是用戶管理系統(tǒng)的工具，通過監(jiān)控中心的用戶界面，可以配置監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程終端控制單元 DTU 的參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控管網(wǎng)狀態(tài)，顯示定位并處理故障和報(bào)警。通過監(jiān)控中心可以實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)資源的統(tǒng)一管理，以便進(jìn)行最優(yōu)化的生產(chǎn)調(diào)度管理，有利于管道的鋪設(shè)和維護(hù)。 (1)實(shí)時(shí)監(jiān)控 從壓力、液位傳感器采集上來的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過 RTU、 DTU 經(jīng)過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心 ，最終將顯示在監(jiān)控中心的用戶界面上。工作人員通過這些數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)掌握中水管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)還提供監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析功能，可以查看每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變化趨勢，也可以比較同一條管線上的監(jiān)控點(diǎn)在同一時(shí)間的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)超過系統(tǒng)設(shè)定的限值時(shí)，后臺(tái)產(chǎn)生告警信息，系統(tǒng)會(huì)提示工作人員告警地點(diǎn)，告警時(shí)間，告警類型以及告警數(shù)據(jù)。如果監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)不久之后恢復(fù)正常，后臺(tái)將解除告警消息。 在監(jiān)控中心中可以添加和刪除監(jiān)控點(diǎn)，設(shè)置數(shù)據(jù)采集間隔和告警限值，設(shè)置系統(tǒng)告警方式，記錄工作人員的聯(lián)系方式以便短信通知。 (2)遠(yuǎn)程 配置 通過后臺(tái)遠(yuǎn)程登錄 DTU，進(jìn)入配置界面，對(duì) DTU 進(jìn)行配置。配置項(xiàng)目如下：服務(wù)器地址及端口、 DTU 串口參數(shù)、工作參數(shù)、域名解析 DNS 參數(shù)等。 (3)數(shù)據(jù)庫管理功能 對(duì)測得的數(shù)據(jù)建庫，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，表打印。查詢歷史數(shù)據(jù)，報(bào)模擬顯示管網(wǎng)圖。 (4)具有數(shù)據(jù)顯示功能 能顯示測量的各種數(shù)據(jù)、各種系統(tǒng)圖形等。 網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 監(jiān)控管理中心 以太網(wǎng)中國移動(dòng)G PR S 網(wǎng)絡(luò)D TU 無線傳輸模塊R TU / 通信模塊現(xiàn)場采集模塊數(shù)據(jù)庫 圖 41 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 監(jiān) 控系統(tǒng)各界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 登錄界面 框架及實(shí)現(xiàn) 開 始輸 入 用 戶 名輸 入 密 碼登 錄錯(cuò) 誤錯(cuò) 誤正確正確 圖 42 登錄界面框架 系統(tǒng)登錄界面實(shí)際如圖 43 所示 。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 圖 43 登錄界面 實(shí) 時(shí)顯示界面 框架及實(shí)現(xiàn) 模塊圖示如 圖 44 所示。 實(shí) 時(shí) 顯 示顯示查詢備份退出系統(tǒng)啟動(dòng)服務(wù)實(shí)時(shí)曲線歷史曲線歷史數(shù)據(jù) 圖 44 實(shí)時(shí)顯示框圖 設(shè)計(jì)界面如圖 45 所示 。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 圖 45 實(shí)時(shí)顯示界面 啟動(dòng)通信界面實(shí)現(xiàn)及通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 啟動(dòng) 通信 服務(wù)的模塊分布及 socket 原理 (1)模塊分布及流程 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 啟 動(dòng) 服 務(wù)服務(wù)器設(shè)置列表維護(hù)時(shí)間數(shù)據(jù)發(fā)送服務(wù)器日志已發(fā)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程設(shè)置退出服務(wù)設(shè)備狀態(tài)已收的數(shù)據(jù)偵聽端口數(shù)據(jù)顯示方式工作模式選擇要發(fā)送的內(nèi)容輸入對(duì)方ID號(hào)Hex發(fā)送定時(shí)發(fā)送直接AT配置DTU參數(shù)配置清空配置窗口發(fā)送配置命令登錄時(shí)間用戶ID號(hào)動(dòng)態(tài)IP用戶電話號(hào)碼重啟DTU 圖 46 啟動(dòng)服務(wù)的系統(tǒng)框架 (2)通過 socket 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信 本系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端與服務(wù)器之間，服務(wù)器與監(jiān)控中心之間采用 Socket 通信。 Socket(套接字 )是一種獨(dú)立于協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程接口，在 OSI 模型中，主要集中于會(huì)話層和傳輸層。 Socket 實(shí)際上代表的是兩個(gè)實(shí)體之間進(jìn)行通信的有效端點(diǎn)。通過Socket 可以獲得源 IP 地址和源端口、終點(diǎn) IP 地址和終點(diǎn)端口。用戶可以將多個(gè) Socket連入同一個(gè)端口，單個(gè)端口可以有多個(gè)連接 [10]。通過 Socket 客戶 /服務(wù)器編程可以創(chuàng)建一個(gè)能被許多人使用 的分布式程序，并且所有客戶均可以用統(tǒng)一的前端進(jìn)行工作，并與服務(wù)器進(jìn)行通信。這與電話機(jī)之間的通話過程是十分相似的。在電話系統(tǒng)中，一般用戶只能感受到本地電話機(jī)和對(duì)方電話號(hào)碼的存在，建立通話的過程，話音傳輸?shù)倪^程以及整個(gè)電話系統(tǒng)的技術(shù)細(xì)節(jié)對(duì)他都 是透明的，這也與 Socket 機(jī)制非常相似。Socket 利用網(wǎng)間通信設(shè)施實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通信，但它對(duì)通信設(shè)施的細(xì)節(jié)毫不關(guān)心，只要通信設(shè)施能提供足夠的通信能力就可以進(jìn)行通信 [11]。 本系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端與服務(wù)器之間通過無線 GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接，服務(wù)器與監(jiān)控中心之間通過有線 IP 網(wǎng)絡(luò)連接， 采用 Socket 通信屏蔽了通信細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)起來也更容易。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 通信過程 TCP 工作模式數(shù)據(jù)格式 DTU 工作在 TCP 模式下會(huì)向數(shù)據(jù)中心發(fā)送三種類型的數(shù)據(jù)包：首次注冊(cè)的注冊(cè)包，包含應(yīng)用數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包，維持鏈路的心跳包。三種包的格式如下： (1)注冊(cè)包 格式： ID PHONE_NUMBER 0 IP_ADD ETX 4 字節(jié) 11 字節(jié) 1 字節(jié) 4 字節(jié) 1 字節(jié) 說明： ID： 8 位 HEX ID 編號(hào) PHONE_NUMBER： 11 位手機(jī)電話號(hào)碼的 ASCII 碼 IP_ADD： 動(dòng)態(tài) IP 地址 (HEX) ETX： 0x00 表明數(shù)據(jù)的結(jié)束。 (2)數(shù)據(jù)包 在 TCP 工作模式下， DTU 啟用轉(zhuǎn)義的功能的話， DTU 會(huì)對(duì)數(shù)據(jù) 0xfe、 0xfd 進(jìn)行轉(zhuǎn)義，以便與默認(rèn)的心跳包區(qū)分開。規(guī)則如下： ① DTU 接收到串口數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)中包含 0xfe，則會(huì)轉(zhuǎn)化為 0xfd 0xee，發(fā)送到中心服務(wù)器，中心服務(wù)器收到的是 0xfd 0xee。若使用我們提供的動(dòng)態(tài)庫，則已經(jīng)將此數(shù)據(jù)進(jìn)行反轉(zhuǎn)義。若不使用我們提供的 動(dòng)態(tài)庫，請(qǐng)自行將數(shù)據(jù)進(jìn)行反轉(zhuǎn)義。 ② DTU 接收到串口數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)中包含 0xfd，則會(huì)轉(zhuǎn)化為 0xfd 0xed，發(fā)送到中心服務(wù)器上，中心服務(wù)器收到的是 0xfd oxed。若使用我們提供的動(dòng)態(tài)庫，則已經(jīng)將此數(shù)據(jù)進(jìn)行反轉(zhuǎn)義。若不使用我們提供的動(dòng)態(tài)庫，請(qǐng)自行將數(shù)據(jù)進(jìn)行反轉(zhuǎn)義。 ③ 數(shù)據(jù)從中心服務(wù)器發(fā)向 DTU 時(shí)，若數(shù)據(jù)中包含 0xfe，則要將其轉(zhuǎn)化為 0xfd 0xee，發(fā)送到 DTU。 DTU 收到 0xfd 0xee 后會(huì)將其反轉(zhuǎn)義成 0xfe，發(fā)送到下位機(jī)。若使用我們提供的動(dòng)態(tài)庫，則已經(jīng)將此數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)義。若不使用我們提供的動(dòng)態(tài)庫 ，請(qǐng)自行將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)義。 ④ 數(shù)據(jù)從中心服務(wù)器發(fā)向 DTU 時(shí)，若數(shù)據(jù)中包含 0xfd，則要將其轉(zhuǎn)化為 0xfd 0xed，發(fā)送到 DTU。 DTU 收到 0xfd 0xed 后會(huì)將其反轉(zhuǎn)義成 0xfd，發(fā)送到下位機(jī)。若使用我們提供的動(dòng)態(tài)庫，則已經(jīng)將此數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)義。若不使用我們提供的動(dòng)態(tài)庫，請(qǐng)自行將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)義。 (3)心跳包 為了維持 TCP 鏈路， DTU 將按參數(shù)周期性的向中心服務(wù)器發(fā)送指定心跳包 (默認(rèn)的為 0xfe)。若使用我們提供的動(dòng)態(tài)庫，已經(jīng)把心跳包過濾掉。若不使用我們提供的動(dòng)態(tài)庫，請(qǐng)自行識(shí)別心跳包，以免與數(shù)據(jù)包混在一起 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 通信過程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (1)數(shù)據(jù)類型 typedef UINT u32t。 typedef UCHAR u8t。 typedef USHORT u16t。 typedef ULONG u64t。 (2)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ① 用以區(qū)分標(biāo)識(shí)各臺(tái) DTU 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) typedef struct _modem_info_t_ { u32t m_modemId。 //Modem模塊的 ID 號(hào) u8t m_phoneno[12]。 //Modem的 11 位電話號(hào)碼， 必須以 39。\039。字符結(jié)尾 u8t m_dynip[4]。 //Modem的 4 位動(dòng)態(tài) ip 地址 u64t m_conn_time。 //Modem模塊最后一次建立 TCP 連接的時(shí)間 u64t m_refresh_time。 //Modem模塊最后一次收發(fā)數(shù)據(jù)的時(shí)間 } ModemInfoStruct。 ② DTU 數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) define MAX_RECEIVE_BUF 1440 typedef struct _modem_data_t { u32t m_modemId。 // Modem模塊的 ID 號(hào) u64t m_recv_time。 //接收到數(shù)據(jù)包的時(shí)間 u8t m_data_buf[MAX_RECEIVE_BUF+1]。 //存儲(chǔ)接收到的數(shù)據(jù) u16t m_data_len。 //接收到的數(shù)據(jù)包長度 u8t m_data_type。 //接收到的數(shù)據(jù)包類型 // 0x01：用戶數(shù)據(jù)包 // 0x02：對(duì)控制命令幀的回應(yīng) }ModemDataStruct。 以上 u64t 類型的時(shí)間是基于 GMT 時(shí)間 1970 年 1 月 1 日 0： 00： 000 以來的秒數(shù)指示時(shí)間值 ， 即當(dāng)前時(shí)間距 1970 年 1 月 1 日 0 點(diǎn) 0 分 0 秒以秒為單位的數(shù)值。在大多數(shù)語言都提供轉(zhuǎn)換函數(shù)。 (3)API 函數(shù)說明 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 ① BOOL DSStartService(u16t uiListenPort)。 功能：啟動(dòng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)服務(wù) ； 參數(shù)： u16ListenPort： 服務(wù)的偵聽端口 ； 返回：成功返回 TRUE，失敗返回 FALSE； 說明：啟動(dòng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)服 務(wù)。啟動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)后，服務(wù)器偵聽在指定端口。 如果失敗了，可以調(diào)用 DSGetLastError()函數(shù)查看錯(cuò)誤原因。 ② BOOL DSStopService(void)。 功能：停止服務(wù)器的數(shù)據(jù)服務(wù) ； 參數(shù)：無 ；