基于GPRS的輸電線路多參量遠程采集系統*

葉建軍 劉桂雄 洪曉斌 陳鐵群

(華南理工大學 機械與汽車工程學院）

1 引言

高壓輸電線路通常工作在戶外惡劣環境中，受污染源、天氣狀況等影響嚴重，對其實時狀態監測管理意義重大。由于高壓輸電線路分布范圍廣、數量多以及地理位置偏僻，這給狀態信息從數據采集終端傳送到數據中心的服務器帶來困難。目前，高壓輸電線路監測系統常用有GSM通信網、SMS短信息數據傳輸平臺，但由于受傳輸方式、成本限制，這些平臺還不能很好地滿足實際應用需要[1]。隨著現代無線通信技術發展，以分組交換技術為基礎、采用IP數據網絡協議、高速傳輸數據及信令的高效數據傳輸網絡的GPRS技術，為實現遠距離的數據傳輸提供了一種新技術手段[2～3]。GPRS的接入迅速、永遠在線、流量計費特點在突發性、頻發性輸電線路中實現遠程小數據量實時傳輸，將有不可比擬的優勢[4]。本文介紹一種基于GPRS輸電線路多參量遠程采集系統研制，期望能滿足采集、傳輸數據的實時性和可靠性等要求。

2 遠程采集系統的運行機制

基于GPRS的輸電線路多參量遠程采集系統框架圖如圖1所示。可以看出，系統包括數據采集終端(包括傳感器節點及微處理器)、GPRS通信部分(包括GPRS模塊及網絡)、數據中心(包括網關及服務器) 三部分。系統運行包括數據采集及封裝、數據傳輸和數據處理等三個主要過程。在數據采集及封裝階段，利用數據采集終端的傳感器節點獲取輸電線路溫度、環境濕度、泄露電流值等狀態信息，并通過微處理器進行編碼及封裝；在數據傳輸階段，微處理器封裝的狀態數據包通過串口發送到 GPRS通信模塊，經過GPRS網絡實時發送到Internet網絡上的遠程數據中心服務器；在數據處理階段，數據中心服務器會依據通信協議對接收數據進行解碼、處理和存儲，以供終端用戶使用。同時，數據中心服務器根據需要發送用戶反饋指令到數據采集終端的微處理器，實現用戶對數據采集終端遠程控制。

圖1 基于GPRS的輸電線路多參量遠程采集系統框架圖

3 系統設計與實現

3.1 數據采集終端的設計

圖2為數據采集終端功能框圖，由微處理器、數據采集模塊、時鐘及電源管理模塊和人機交互模塊組成[5～7]。微處理器以ATmega128單片機作為數據采集終端的控制核心，解析來自數據中心服務器的指令，管理數據采集終端的各功能部分，實時監測現場狀態；人機交互模塊包括了鍵盤和顯示屏，功能是完成數據采集終端的初始化工作；時鐘和電源管理模塊是負責各個模塊的供電和提供時鐘基準。另外，GPRS通信模塊負責整個系統數據收發，實現數據采集終端和服務控制中心之間透明串行數據傳輸，擬采用內嵌TCP/IP協議棧的GPRS DTU2008。該模塊無需PC的撥號網絡及提供外圍電路即可通過普通串口與Internet互聯，具有使用簡便、配置靈活、擴展性強及抗干擾性強特點。

圖2 數據采集終端功能框圖

3.2 軟件系統的工作流程

圖3和圖4分別為數據中心服務器應用程序和數據終端微處理器的軟件的工作流程圖。這兩部分工作相互嵌套，整個系統的軟件工作流程表述為：

⑴運行數據中心服務器的應用程序，建立套接字Socket()，監聽數據采集終端微處理器(客戶機)的連接情況。若連接建立成功，就可以對客戶機傳來的數據進行加工處理；同時，根據需要將用戶指令傳送給客戶機；反之，則繼續監聽。

⑵客戶機開機進行初始化后，通過GPRS通訊模塊連接 Internet，向服務器發出連接請求。待連接建立后，服務器的應用程序會自動記錄客戶機的相關信息，并且此時GPRS通訊模塊可以正常地向服務器發送數據。

⑶微處理器分析用戶指令，然后控制傳感器對輸電線路的狀態參數進行采集，返回數據經過微處理器的處理、封裝后，送到GPRS模塊發送出去。

⑷服務器對收到的信息進行校驗。檢驗合格后，根據通訊協議對信息進行解碼、處理，并存儲到數據庫。

圖3 數據中心服務器的軟件工作流程圖

圖4 數據采集終端微處理器的軟件工作流程圖

3.3 部分關鍵系統程序

數據中心服務器的應用程序是基于C#語言，按照TCP/IP服務器工作原理開發[8]，側重于對監測數據的處理及對微處理器的遠程識別、控制。

⑴數據中心服務器要獲得輸電線路的狀態信息，須依據通訊協議對封裝的字符串進行解析。部分實現代碼如下：

⑵GPRS通訊模塊連接GPRS網絡時，其IP地址動態分配。故 IP地址可以視為唯一標識各個數據采集終端的標識符，為服務器遠程控制各個傳感器節點提供依據。下面為部分實現代碼：

4 系統功能的運行測試

數據中心的應用程序是采用 Socket網絡通信技術開發的，數據庫是SQL Server2000；而數據采集終端的微處理器采用AVR系列單片機—ATMEGA128，GPRS通訊模塊是GPRS DTU2008。

圖5為應用程序的工作界面，程序能夠實時接收數據采集終端發回的數據包，顯示客戶機的 IP地址和待解碼數據等內容，同時處理數據包并將數據自動存儲到數據庫，供終端用戶使用。

圖5 應用程序工作時的界面

5 結論

⑴GPRS技術為用戶在實時監測數據的傳輸模式上提供了一種技術支撐平臺，尤其是在監測點布局分散且偏僻的條件下。在滿足數據實時、可靠傳輸的同時，大大提高了數據傳輸的速率和降低了系統運營維護的成本。

⑵本文設計的基于 GPRS技術的輸電線路多參量遠程采集系統，應用于輸電線路狀態信息的遠程采集和傳輸，實現了數據采集傳輸的自動化、智能化，滿足了用戶對現場數據上傳的可靠性和實時性的需求。

⑶隨著 GPRS自身技術的不斷完善和第三方應用程序的開發，該系統作為一種無線監控的通用平臺設計方案，其采用的技術原理在智能交通、環境監測、遠程測控、工業控制等領域具有重要的實用價值和廣泛的應用前景。

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