【導讀】的自來水用量正在急劇增長，供水系統(tǒng)節(jié)點分布也越來越廣泛。建立一個有效的監(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數據，水系統(tǒng)進行實時監(jiān)控的目的。的技術，正在工業(yè)自動化領域得到越來越廣泛的應用。本文提出一種基于GPRS. 信問題，具有更好的可靠性和實時性。的問題，并在此基礎上詳細介紹了監(jiān)控中心軟件的實現過程及各部分實現后的效果。最后闡述了本設計系統(tǒng)的優(yōu)點與不足，提出下一步改進方向。

　　

【正文】 參數設置及通訊指令說明 使用前需根據現場需要對產品的相關參數進行設置。本產品需要設置的參數有設備地址、通訊波特率、通訊幀格式等等，其中出廠默認的設備地址為 0x0通訊波特率為 9600bps、通訊幀格式為 8 個數據位、偶校驗、 1 個停止位。 注意：采集濾波參數默認為 20，再無特殊情況下請勿修改，采集濾波參數 t 調小可提高采集值更新速度但會導致采集數據不穩(wěn)；反之亦然，本產 品采用的是 Modbus RTU 協議。 表 31 數據采集器設備參數 技術參數表 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) 數據更新周期 5 次 /秒 (默認 ) 采集信號類型 020mA、 010mA、 010V、 05V 等 采集精度 177。% 通訊方式 RS23 RS485 通訊協議 Modbus RTU 通訊波特率 1200bps、 2400bps、 4800bps、 9600bps、 19200bps、38400bps、 57600bps、 115200bps 通訊幀格式 8 個數據位、偶校驗、 1 個停止位 (默認 ) 8 個數據位、奇校驗、 1 個停止位 8 個數據位、無校驗、 2 個停止位 8 個數據位、無校驗、 1 個停止位 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，假設設備地址 為 0x01； 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 25 表 32 通訊命令 請求 響應 字段名 十六進制 字段名 十六進制 設備地址 01 設備地址 01 功能 04 功能 04 起始地址 Hi 00 字節(jié)計數 04 起始地址 Lo 00 寄存器值 Hi(0) 00 輸出數量 Hi 00 寄存器值 Lo(0) 25 輸出數量 Lo 02 寄存器值 Hi(1) 10 CRC 校驗 Hi 71 寄存器值 Lo(1) 33 CRC 校驗 Lo CB CRC 校驗 Hi A7 CRC 校驗 Lo 9A 其中，第 1 路模擬量采集值為 0x0025， 即 37(十進制 )； 第 2 路模擬量采集值為0x1033， 即 4147(十進制 )。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 26 第 4 章 監(jiān)控中心軟件實現 監(jiān)控中心的基本功能 及其拓撲結構 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)和遠程終端控制單元 DTU 的參數，實時監(jiān)控管網狀態(tài)，顯示定位并處理故障和報警。通過監(jiān)控中心可以實現管網資源的統(tǒng)一管理，以便進行最優(yōu)化的生產調度管理，有利于管道的鋪設和維護。 (1)實時監(jiān)控 從壓力、液位傳感器采集上來的監(jiān)控數據通過 RTU、 DTU 經過 GPRS 網絡發(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據可以實時掌握中水管網的運行狀態(tài)，同時系統(tǒng)還提供監(jiān)控數據分析功能，可以查看每個監(jiān)控點在一段時間內監(jiān)控數據的變化趨勢，也可以比較同一條管線上的監(jiān)控點在同一時間的監(jiān)控數據。當監(jiān)控數據超過系統(tǒng)設定的限值時，后臺產生告警信息，系統(tǒng)會提示工作人員告警地點，告警時間，告警類型以及告警數據。如果監(jiān)控數據不久之后恢復正常，后臺將解除告警消息。 在監(jiān)控中心中可以添加和刪除監(jiān)控點，設置數據采集間隔和告警限值，設置系統(tǒng)告警方式，記錄工作人員的聯系方式以便短信通知。 (2)遠程 配置 通過后臺遠程登錄 DTU，進入配置界面，對 DTU 進行配置。配置項目如下：服務器地址及端口、 DTU 串口參數、工作參數、域名解析 DNS 參數等。 (3)數據庫管理功能 對測得的數據建庫，對數據進行處理，表打印。查詢歷史數據，報模擬顯示管網圖。 (4)具有數據顯示功能 能顯示測量的各種數據、各種系統(tǒng)圖形等。 網 絡拓撲結構 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 27 監(jiān)控管理中心 以太網中國移動G PR S 網絡D TU 無線傳輸模塊R TU / 通信模塊現場采集模塊數據庫 圖 41 網絡拓撲結構 監(jiān) 控系統(tǒng)各界面設計與實現 登錄界面 框架及實現 開 始輸 入 用 戶 名輸 入 密 碼登 錄錯 誤錯 誤正確正確 圖 42 登錄界面框架 系統(tǒng)登錄界面實際如圖 43 所示 。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 28 圖 43 登錄界面 實 時顯示界面 框架及實現 模塊圖示如 圖 44 所示。 實 時 顯 示顯示查詢備份退出系統(tǒng)啟動服務實時曲線歷史曲線歷史數據 圖 44 實時顯示框圖 設計界面如圖 45 所示 。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 29 圖 45 實時顯示界面 啟動通信界面實現及通信數據結構 啟動 通信 服務的模塊分布及 socket 原理 (1)模塊分布及流程 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 30 啟 動 服 務服務器設置列表維護時間數據發(fā)送服務器日志已發(fā)的數據遠程設置退出服務設備狀態(tài)已收的數據偵聽端口數據顯示方式工作模式選擇要發(fā)送的內容輸入對方ID號Hex發(fā)送定時發(fā)送直接AT配置DTU參數配置清空配置窗口發(fā)送配置命令登錄時間用戶ID號動態(tài)IP用戶電話號碼重啟DTU 圖 46 啟動服務的系統(tǒng)框架 (2)通過 socket 實現網絡通信 本系統(tǒng)中，遠程監(jiān)控終端與服務器之間，服務器與監(jiān)控中心之間采用 Socket 通信。 Socket(套接字 )是一種獨立于協議的網絡編程接口，在 OSI 模型中，主要集中于會話層和傳輸層。 Socket 實際上代表的是兩個實體之間進行通信的有效端點。通過Socket 可以獲得源 IP 地址和源端口、終點 IP 地址和終點端口。用戶可以將多個 Socket連入同一個端口，單個端口可以有多個連接 [10]。通過 Socket 客戶 /服務器編程可以創(chuàng)建一個能被許多人使用 的分布式程序，并且所有客戶均可以用統(tǒng)一的前端進行工作，并與服務器進行通信。這與電話機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和對方電話號碼的存在，建立通話的過程，話音傳輸的過程以及整個電話系統(tǒng)的技術細節(jié)對他都 是透明的，這也與 Socket 機制非常相似。Socket 利用網間通信設施實現進程通信，但它對通信設施的細節(jié)毫不關心，只要通信設施能提供足夠的通信能力就可以進行通信 [11]。 本系統(tǒng)中，遠程監(jiān)控終端與服務器之間通過無線 GPRS 網絡連接，服務器與監(jiān)控中心之間通過有線 IP 網絡連接， 采用 Socket 通信屏蔽了通信細節(jié)，實現起來也更容易。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 31 通信過程 TCP 工作模式數據格式 DTU 工作在 TCP 模式下會向數據中心發(fā)送三種類型的數據包：首次注冊的注冊包，包含應用數據的數據包，維持鏈路的心跳包。三種包的格式如下： (1)注冊包 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 PHONE_NUMBER： 11 位手機電話號碼的 ASCII 碼 IP_ADD： 動態(tài) IP 地址 (HEX) ETX： 0x00 表明數據的結束。 (2)數據包 在 TCP 工作模式下， DTU 啟用轉義的功能的話， DTU 會對數據 0xfe、 0xfd 進行轉義，以便與默認的心跳包區(qū)分開。規(guī)則如下： ① DTU 接收到串口數據，若數據中包含 0xfe，則會轉化為 0xfd 0xee，發(fā)送到中心服務器，中心服務器收到的是 0xfd 0xee。若使用我們提供的動態(tài)庫，則已經將此數據進行反轉義。若不使用我們提供的 動態(tài)庫，請自行將數據進行反轉義。 ② DTU 接收到串口數據，若數據中包含 0xfd，則會轉化為 0xfd 0xed，發(fā)送到中心服務器上，中心服務器收到的是 0xfd oxed。若使用我們提供的動態(tài)庫，則已經將此數據進行反轉義。若不使用我們提供的動態(tài)庫，請自行將數據進行反轉義。 ③ 數據從中心服務器發(fā)向 DTU 時，若數據中包含 0xfe，則要將其轉化為 0xfd 0xee，發(fā)送到 DTU。 DTU 收到 0xfd 0xee 后會將其反轉義成 0xfe，發(fā)送到下位機。若使用我們提供的動態(tài)庫，則已經將此數據進行轉義。若不使用我們提供的動態(tài)庫 ，請自行將數據進行轉義。 ④ 數據從中心服務器發(fā)向 DTU 時，若數據中包含 0xfd，則要將其轉化為 0xfd 0xed，發(fā)送到 DTU。 DTU 收到 0xfd 0xed 后會將其反轉義成 0xfd，發(fā)送到下位機。若使用我們提供的動態(tài)庫，則已經將此數據進行轉義。若不使用我們提供的動態(tài)庫，請自行將數據進行轉義。 (3)心跳包 為了維持 TCP 鏈路， DTU 將按參數周期性的向中心服務器發(fā)送指定心跳包 (默認的為 0xfe)。若使用我們提供的動態(tài)庫，已經把心跳包過濾掉。若不使用我們提供的動態(tài)庫，請自行識別心跳包，以免與數據包混在一起 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 32 通信過程數據結構 (1)數據類型 typedef UINT u32t。 typedef UCHAR u8t。 typedef USHORT u16t。 typedef ULONG u64t。 (2)數據結構 ① 用以區(qū)分標識各臺 DTU 的數據結構 typedef struct _modem_info_t_ { u32t m_modemId。 //Modem模塊的 ID 號 u8t m_phoneno[12]。 //Modem的 11 位電話號碼， 必須以 39。\039。字符結尾 u8t m_dynip[4]。 //Modem的 4 位動態(tài) ip 地址 u64t m_conn_time。 //Modem模塊最后一次建立 TCP 連接的時間 u64t m_refresh_time。 //Modem模塊最后一次收發(fā)數據的時間 } ModemInfoStruct。 ② DTU 數據包的數據結構 define MAX_RECEIVE_BUF 1440 typedef struct _modem_data_t { u32t m_modemId。 // Modem模塊的 ID 號 u64t m_recv_time。 //接收到數據包的時間 u8t m_data_buf[MAX_RECEIVE_BUF+1]。 //存儲接收到的數據 u16t m_data_len。 //接收到的數據包長度 u8t m_data_type。 //接收到的數據包類型 // 0x01：用戶數據包 // 0x02：對控制命令幀的回應 }ModemDataStruct。 以上 u64t 類型的時間是基于 GMT 時間 1970 年 1 月 1 日 0： 00： 000 以來的秒數指示時間值 ， 即當前時間距 1970 年 1 月 1 日 0 點 0 分 0 秒以秒為單位的數值。在大多數語言都提供轉換函數。 (3)API 函數說明 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 33 ① BOOL DSStartService(u16t uiListenPort)。 功能：啟動服務器的數據服務 ； 參數： u16ListenPort： 服務的偵聽端口 ； 返回：成功返回 TRUE，失敗返回 FALSE； 說明：啟動服務器的數據服 務。啟動數據服務后，服務器偵聽在指定端口。 如果失敗了，可以調用 DSGetLastError()函數查看錯誤原因。 ② BOOL DSStopService(void)。 功能：停止服務器的數據服務 ； 參數：無 ；