1 引言
隨著計算機技術的發展，尤其是internet技術廣泛深入到人們生活的各個方面，使人們的生活發生了深刻的變化，從工控領域來講，由於需要監控的區域廣、監控的物件種類繁多，因而需要花費大量的人力、物力和財力進行裝置的維護，而且存在許多條件惡劣、人們不易到達或不能時刻停留的地方偶爾採集一些現場資料，如果進行大量的佈線工作則是不經濟、不合理的，這就推動了無線通訊的技術在遠端監控領域的發展。
2 gprs技術
gprs（general packet radio service）通用分組無線業務），是在gsm系統的基礎上建立的流動網路系統，他使用分組交換技術，能相容gsm，並在網路上傳輸高速資料，gprs在傳統的gsm網路中引入了3個新的元件：pcu（packet control unit，分組控制單元）、sgsn（serving gprs support node，gprs服務支援節點）和ggsn（gateway gprs support node，gprs閘道器支援節點）gprs通訊具有以下特點：
資源利用率高 gprs引入了分組交換的傳輸模式，使用者只有在傳送或接收資料期間才占用資源，這意味著多個使用者可高效率地共享同一無線通訊，從而提高了資源的利用率，而gsm傳輸資料方式為電路交換模式，在整個連線期內，使用者無論是否傳送資料都將獨自占用無線通道。gprs使用者的計費按通訊的資料流量為計費標準。
傳輸速度高gprs資料傳輸速度可達57.6kb/s，最高可達到115-117.2kb/s，完全可以滿足使用者應用的需求。
接入時間短 gprs接入等待時間短，可快速建立連線，平均為2s。
支援ip協議和x.25協議 gprs支援internet上應用最廣泛的ip協議和x.25協議，而且由於gsm網路覆蓋面廣，使得gprs能提供internet和其他分組網路的全球性無線接入。
從上述的gprs特點可以看出，gprs網路特別適合於頻發小資料量的實時傳輸。
工業的遠端資料採集系統就是乙個比較典型的頻發小資料量的實時傳輸系統。
3 系統設計
3.1 系統結構
整個系統的結構如圖1所示。
使用者終端裝置通過串列埠或無線方式連線到gprs資料終端上，然後將資料打成ip包，再通過gprs空中介面接入到gprs網路，最終通過各種閘道器和路由到達系統資料中心。
3.2 終端硬體設計
gprs資料終端的硬體結構採用模組化設計，共包含資料處理模組，遠端通訊模組，模數轉換模組和顯示模組四部分，系統結構如圖2所示。
資料處理模組主要包含at89c55[3]，x25045兩個晶元，at89c55用於處理與遠端通訊模組、模/數轉換模組和顯示模組間的資料傳輸，為了保證資料不會因為掉電而丟失，採用序列e2prom器件x25045對資料進行儲存。
遠端通訊模組主要包含gprs無線模組、sim卡和串列埠模組max3238三部分，gprs無線模組採用siemens公司的mc35[4]gprs模組，其功能是將資料或命令通過與其連線天線發射出去，或接收遠端監控中心傳送的資料，再將接收到的資料或命令進行相應的協議處理後，通過max3238送入微控制器進行處理，mx3238起電平轉換和串列埠通訊的功能，由於傳輸資料的承載方式是gprs網路，故sim卡是不可缺少的，功能是儲存資料和在安全條件下完成客戶身份鑑權和客戶資訊加密演算法的全過程。
模數轉換模組的功能將採集到的模擬訊號轉換成數字量，作為微控制器處理資訊源，電路設計時採用了ad0832晶元作為模數轉換晶元，先將模擬訊號送入ad0832轉換成數字量，再送入t89c55晶元進行計算和處理。
顯示模組主要是考慮到當現場有管理人員巡視時，可以方便實時地了解現場情況，系統使用了一種管理鍵盤和led顯示器的專用智慧型控制晶元hd7279a，hd7279a與處理器之間採用序列介面，其介面電路和外圍電路電簡單，占用口線少，只需4條，具有較高的價效比。
3.3 終端軟體設計
資料終端必須具備以下基本功能：自動登入gprs網路，自動向資料中心註冊動態ip位址和sim卡的imsi號，進行資料傳輸。
3.3.1 串列埠驅動
由於資料終端是用微控制器實現的，必須從底層的串列埠通訊開始逐漸實現gprs登入，最終實現資料的傳輸，串列埠驅動實現開啟串列埠（opencomm）、關閉串列埠（closecomm）、讀串列埠資料（readcomm）、向串列埠寫資料（writecomm）、串列埠中斷（interrupt uartrxisr）等。
3.3.2 登入gprs網路
通過gprs modem支援的at[5]命令集對其進行初始化設定，初始化設定成功後即可進行撥號連線，gprs modem的初始化及撥號過程如下：
at+ipr=38400；
//把波特率設定為38400b/s，預設值為9600b/s。
at+cgclass=「b」；
//設定移動終端的類別為b類，即具有gprs上網和gsm語音功能，但二者不能同時使用，可自動切換。
at+cgdcont=1，「ip」，「cmnet」；
//設定gprs接入網關，如果modem返回「310d」則表示初始化成功。
傳送「atdt*99***1#」若modem返回「310d」則表示成功接通gprs網路。
3.3.3 網路協商
ggsn與modem通訊時遵循ppp協議，modem撥號後首先要與ggsn進行通訊鏈路的協商，即進行點到點的各種通訊鏈路的引數配置，協商過程遵循lcp、pap、chap、ipcp等協議，其中lcp用於建立、構造、測試鏈路連線，pap或chap用於處理密碼驗證部分；ipcp協議用於設定網路協議環境，並們配ip位址。modem接收到ip後將其存入資料終端的配置位址域，資料終端向資料中心傳送配置後的資料幀，告知其動態ip位址和imsi號，資料中心儲存收到的資訊，作為下傳資料的聯絡資訊。
3.3.4 傳輸資料
網路協商之後即可進行資料傳送，gprs網路支援tcp/ip協議，所以通過收發ip資料報來傳送資料，此時，終端系統向ggsn傳送的所有包含ip報文的ppp報文都會被傳送給internet網中相應的ip位址，從而完成終端系統向遠端監控中心通過網際網路傳輸資料的過程。
4 實現過程中的難點
系統實現的乙個難點是登入ggsn的過程，即終端系統登入gprs閘道器（ggsn）並與閘道器通過lcp，pap，ipcp協議進行協商的過程。
網路協商過程是乙個複雜的過程，協商過程大致如下，在撥號成功連線後gprs閘道器首先會返回乙個pap req幀，我們傳送乙個空lcp req幀，以強迫進行協議協商階段，隨後，gprs閘道器傳送lcp設定幀，我們拒絕所有的設定並請求驗證模式，gprr閘道器選擇chap或pap方式驗證，我們只接受pap方式，然後進行pap驗證使用者名稱或密碼過程，如果成功，gprs閘道器會返回ipcp報文分配動態ip位址。此時就完成了gprs閘道器的協商過程，流程如圖3所示。
5 結語
遠端監控技術在工業控制領域中的應用非常廣泛，在電力系統、燃起管網、石油勘測、水利、交通運輸等領域有著非常重要的作用，採用gprs技術使得無線監控系統的實時性、可靠性有了很大的提高，進一步促進了工業監控系統的智慧型化和資訊化
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