基于GPRS的遠程高塔監測系統的研究

周娜　田躍　張波

摘要：通信塔、電塔、高層建筑可以統稱為高塔，由于高塔通常分布在室外，且長期工作在全天候環境下，容易受到惡劣天氣的影響，導致高塔發生水平位移、垂直度、扭曲度和構建形變等物理狀態改變，因此高塔的狀態監測是人們都非常關注的問題。本系統是采用基于51單片機的高精度的角度傳感器來監測高塔的角度數據并定時發送高塔傾斜的角度信息，選用GPRS技術進行數據的遠程傳輸。GPRS網絡具有網絡覆蓋率高、永遠在線和付費少等優勢，已經廣泛應用于工業控制以及遠程監測等領域。上位機數據接收端程序使用的軟件工具是VS2010，是應用C++編寫的基于基礎類庫MFC的網絡編程。

關鍵詞：高塔監測 單片機 角度傳感器 GPRS 遠程傳輸

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0122-01

1 引言

目前，全國在用的高塔數目非常龐大，但是由于氣候、環境、維護等方面的原因，會發生一些高塔的安全事故，造成一些重大的人員傷亡與財產損失，以及比較惡劣的社會影響。這些高塔安全使用的可靠性并不是固定不變的，隨著通信塔，電塔等結構服役時間的增加，結構受到氣候條件的變化，環境侵蝕、物理作用或者其他外界因素的影響，塔身在制造、安裝過程中的偏差以及使用過程中的老化等等會引起結構受到損傷和變形，甚至遭到破壞，因此高塔的狀態監測是人們都非常關注的問題，尤其在有惡劣的氣候環境條件下，工作人員無法到現場對高塔進行必要的檢查，而高塔塔身傾斜度是高塔是否安全服役的重要指標，為此只有開發研究對高塔傾斜度的遠程監測，以最大程度來保證高塔的安全運行。本文將介紹對高塔傾斜度在線遠程監測系統的設計。

2 GPRS技術

GPRS（General Packet Radio Service），中文名稱是通用分組無線服務技術，可以實現移動數據業務。GPRS是一種基于GSM系統的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講，GPRS是一項高速數據處理的技術，以“分組”的形式傳送數據到用戶手上。雖然GPRS是作為現有GSM網絡向第三代移動通信演變的過渡技術，但是它在許多方面都具有顯著的優勢。相對于GSM的 9.6kbps 的訪問速度而言，GPRS擁有171.2kbps的訪問速度；在連接建立時間方面，GSM需要10.30秒，而GPRS只需要極短的時間就可以訪問到相關請求；而對于費用而言，GSM是按連接時間計費的，而GPRS只需要按流量計費；GPRS對于網絡資源的利用率也遠遠高于GSM。GPRS特別適用于間斷的、突發的和頻繁的、少量的工業數據傳輸，也適用于偶爾的大量數據傳輸。因此采用GPRS技術的數據終端平臺在工業監測、交通監控、移動辦公等行業中具有無可比擬的性價比優勢。

3 系統設計方案

3.1 數據采集模塊

數據采集的角度傳感器采用的單片機是C8051F350，這個器件是集成的系統型的MCU，采取的是高速的CIP-51內核，速度可以達到50MIPS，有四個通用的十六位定時器和看門狗定時器的功能，有24/16位的差分的模擬數字轉換器和兩個八位的以電流輸出的數字模擬轉換器。

單片機的通信協議是：波特率為9600bit/s，RS485通訊接口； 幀格式是八個數據位，一個停止位，無校驗；數據格式共6個字節，分為起始字節（0xAA）+數據兩字節（X軸）+數據兩字節（Y軸）+結束字節（0xFF），數據含義是第一字節為起始標志0xAA，第二、第三字節為X軸傾斜角數據字節，第四、第五字節為Y軸傾斜角數據字節，第六字節為結束字節0xFF。傳感器采用連續采集、連續發送的工作模式。亦可以協議采用給出指令查詢方式進行數據傳輸與交換。如果是一維傾角傳感器，第四、五字節和第二、三字節完全一樣，即X軸數據發送兩遍。

3.2 數據傳輸模塊

GPRS模塊是數據傳輸模塊，我們采用的是SIMCOM公司的SIM900A模塊來實現這個功能，SIM900A模塊的特點是一個2頻的GSM/GPRS模塊，工作頻段是900/1800MHZ。SIM900A模塊可以低功耗實現語音、SMS（短信，不支持彩信）、數據和傳真信息的傳輸，在睡眠模式下的最低耗流只有1mA。本文是利用單片機控制SIM900A模塊來完成數據的傳輸功能。這種方式是通過硬件系統的接口，編寫單片機程序驅動SIM900A模塊，即通過單片機發送AT指令和傳感器采集到的角度數據來驅動SIM900A模塊，使模塊處于連續發送數據的模式。

3.3 上位機軟件設計

接收數據的服務器端必須和在終端的GPRS模塊經Intenet連接起來，才能構成一個完整的遠程的數據傳輸系統。隨著計算機和網絡的不斷進步，有越來越多的數據處理系統都采用的是系統結構開放的客戶機/服務器（C/S）網絡模式。本文采用的就是在WinSock基礎上編程的客戶機/服務器模式，GPRS模塊相當于是客戶端，上位機編寫的軟件相當于服務器端，服務器一直等待著客戶機的連接請求，服務器收到請求后會做出一定的處理，并返回結果。

4 結語

這篇文章主要是在分析了無線遠程數據傳輸的基礎上深入研究了GPRS技術的特點和在實際中的應用。由于GPRS技術在數據遠程傳輸的應用方面優點顯著，所以隨著科學技術和電子科技的不斷發展，基于GPRS模塊的應用成本會逐漸降低，通訊過程中數據的傳輸會越來越可靠，所以將來會有更好的應用發展。

參考文獻

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