—网络、通信与多媒体———————————一—————《电子技术》２００３年第８期ＧＰＲＳ技术在数据采集与监控系统中的应用——————一河北大学电子与信息工程学院（０７１００２）韩冰李芬华摘要文章简述了ＧＰＲｓ技术要点，并提出了一种将ＧＰＲｓ技术应用于ｓｃＡＤＡ（数据采集与监控系统）系统中的设计和实现方法，分析了该技术广泛的应用前景。关键词ＧＰＲＳＳＣＡＤＡ随着ＧＰＲＳ技术在移动通信领域中的发展，目然，ＧＰＲｓ可以每个小区只工作于Ｐ频段。前此技术已经能够实际应用到许多需要无线数据传ＧＰＲｓ有许多ＧｓＭ系统所不具备的独特优势。输的领域，也为许多行业的ｓｃＡＤＡ系统提供了一（１）资源利用率高：ＧＰＲｓ引人了分组交换的种新的数据传输方法。传输模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线ｌＧＰＲＳ技术简介信道，从而提高了资源的利用率。而ＧｓＭ传输数ＧＰＲｓ（ｇｅｎｅｒａｌｐａｃｋｅｔｒａｄｉｏｓｅｒｖｉｃｅ）是通用分组据方式为电路交换模式，在整个连接期内，用户无论无线业务的简称。ＧＰＲｓ是ＧｓＭＰｈａｓｅ２１规范实是否传送数据都将独自占有无线信道。ＧＰＲｓ用户现的内容之一，能提供比现有ＧｓＭ网９．６ｋｂｉｔ／ｓ更的计费按通信的数据流量为计费标准。高的数据率。ＧＰＲｓ采用与ＧｓＭ相同的频段、频带（２）传输速率高：ＧＰＲｓ可提供高达１１５ｋｂｉｔ／ｓ宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的传输速率（最高值为１７１．２ｋｂｉｔ／ｓ，不包括ＦＥｃ）。的ＴＤＭＡ帧结构。因此，在ＧｓＭ系统的基础上构（３）接人时间短：分组交换接人时间缩短为少建ＧＰＲｓ系统时，ＧｓＭ系统中的绝大部分部件都不于１ｓ，能提供快速即时的连接，可大幅度提高一些需要作硬件改动，只需作软件升级。事务（如信用卡核对、远程监控等）的效率。欧洲电信标准协会（ＥＴＳＩ）指定了（４）支持ｌＰ协议和ｘ．２５协议：ＧＰＲＳ支持Ｉｎ—ＧｓＭ９００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚ和１９００ＭＨｚ三个工作频段ｔｅｍｅｔ上应用最广泛的ＩＰ协议和Ｘ．２５协议，而且用于ＧｓＭ，其中ＧｓＭ９００ＭＨｚ频段还包含Ｇ１（Ｅ．由于ＧＳＭ网络覆盖面广，使得ＧＰＲＳ能提供Ｉｎｔｅｒ—ＧＳＭ）频段和Ｐ频段。相应地，ＧＰＲＳ也工作于这三ｎｅｔ和其它分组网络的全球性无线接入。个频段，包括ＧｓＭ９００ＭＨ２的Ｇ１频段和Ｐ频段，当ＧＰＲｓ提供了一个完备的基于ＴｃＰ／ＩＰ协议的１ｅ＾ｅ■ｅ‘ｅｔｅ＾ｅ‘ｅｔｃ＾ｅｌｅ∞ｅｔｅ‘ｅ＾ｅ＾ｅ＾ｏ＾ｅ７；ｅ７ｉｅｔｅ’ｅ＾ｅ＾ｅ础＾ｅ＾ｅ７口ｅ＾ｅｌｅ＾ｅ＾ｅｌｅ＾ｅ’ｅｌｅｔｅ＾ｅ＾ｅ＾Ｒ，鹋＾Ｒ７；ｅ‘ｃ＾ｅｌｅ＾ｅｑｅ＾ｓ，出同步捕捉图６同步捕捉，同步保持和失铖示意图串｜侍ｌ●６￡肇｝／，＊ｍ．９∞Ⅻ・÷∞。∞万 方数据《电子技术》２００３年第８期通信解决方案。ＧＰＲｓ数据终端上，然后将数据打成ＩＰ包，再通过ＧＲＰｓ空中接口接人到ＧＰＲｓ网络，最终通过各种２—一ＳｃＡＤＡ系统概述————————网关和路由到达系统数据中心。ＳＣＡＤＡ（ｓｕｐｅｒ、，ｉｓｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｄａｔａａｃｑｕｉｓｉ—３．２系统设计ｔｉｏｎ）系统，即数据采集与监控系统。ｓｃＡＤＡ系统整个系统的设计内容包括ＧＰＲｓ终端与用户设的应用领域很广，可应用于电力、给水、石油、化工等备的接口、Ｔｃｐ／ＩＰ协议处理、ＧＰＲｓ终端与数据中领域的数据采集、监视控制及过程控制。心的互联、数据中心的网络接入与软件设置。ＳＣＡＤＡ系统是以计算机为基础的生产过程控ＧＰＲｓ数传终端的设计，需要解决的问题主要制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进有两点：（１）数据及控制命令的ＴＣＰ／ＩＰ协议打包行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参和分包；（２）ＧＰＲｓ终端自动附着网络。————网络、通信与多媒体——一数调节以及各类信号报警等各项功能。数据中心的设计主要包括网络的接人、数据的ｓｃＡＤＡ系统自诞生之日起就与计算机软件、通收发与安全性管理，对终端的维护以及相关的数据信、自动化、数据库、网络等技术的发展紧密相关。库，此外，针对不同的用户对象，还要有一些应用层ｓｃＡ【）Ａ系统的通信技术是制约其应用范围的最主次的设计。要的因素，在很多情况下，通信条件的好坏直接决定３．３终端硬件设计、ｓｃＡＤＡ系统的性能，而ＧＰＲｓ技术发展成熟到能够ＧＰＲｓ数传终端的硬件结构采用模块化设计．应用为ｓｃＡＤＡ系统提供了一种新的通信方式。从系统结构图如图２所示。其中ＴｃＰ／ＩＰ协议处理单ＧＰＲｓ技术的特点我们看出，它具有网络覆盖范围元采用上海精致科技Ｅ５１１２协议处理芯片，硬件处Ｓ（㈣系统的应用范围。广，数据带宽宽，适应性强的优点，可以大大地提高理协议可以保证处理速度与可靠性，另外，无需自定义协议栈，可以大大节约开发时间。３系统设计Ｅ５１１２是完成ＴｃＰ／ＩＰ协议的专用芯片，用户３．１系统结构只需外接ＭＰＵ完成ＡＰＩ调用；即可完成ＩＰ网络整个系统的结构如图１所示。（如Ｉｎｔｅｍｅｔ）的接人，真正实现将嵌入式系统直接与ＩＰ网络的相连，Ｅ５１１２具有客户机功能可以主动用户终端设备通过串口或无线方式连接到请求ＴｃＰ连接远方服务器通信，使Ｅ５１１２的系统之间只要知道对方ＩＰ地址和端口号，就可以通过ＩＰ网络进行通信。Ｅ５１１２支持工业标准协议ＴｃＰ／ＩＰ４．０、ＰＰＰ、图１系统结构ｕＤＰ等，Ｅ５１１２提供透明通道和非透明通道两种工图２ＧＰＲＳ终端硬件结构万 方数据————————————————一———————————一网络、通信与多媒体《电子技术》２００３年第８期作模式，在透明通道模式下Ｅ５１１２对用户的数据不（５）ＡＴ＋ｃＧＲＥＧ？若返回为０，１则可以继续，进行处理，直接将数据发送出去，收到的数据也原封若返回Ｏ，０则返回第一步重来。不动地传递给用户。在这个模式下，终端设备的初一般情况下，当终端附着在ＧＰＲＳ网络上时，始化设置以及短消息和语音功能可以由用户自己通ＧＰＲｓ系统将为其分配一个动态ＩＰ地址，通过ＡＴ过ＡＴ命令来实现，也可以通过调用ＡＰＩ来实现。在非透明通道模式下，用户通过串口采用帧格式与Ｅ５１１２通信，可以通过调用ＡＰｌ来实现。ＧＰＲｓ模块采用法国ｗａｖｅｃｏｍ公司的ｗｉｓｍ０２ｄ模块，此模块为双频ＧｓＭ模块（ＥＧＳＭ９００／１８００ＭＨｚ或ＥＧｓＭ９００／１９００ＭＨｚ），适合于手持蜂窝移动电话及其他无线通信产品应用，其设计及开发符合ＥＴＳＩＧＳＭＰｈａｓｅ２＋标准。模块基本功能有：（１）话音功能（ＧＳＭ状态）；（２）ＧｓＭ电路数据／传真功能；（３）ＧＰＲｓ数据传输功能；（４）短消息服务功能（ＧｓＭ或ＧＰＲｓ状态）。与同类型ＧＰＲｓ模块相比，该模块在同等功能前提下设计更为小巧，重量轻，此外性价比也比较高。系统工作方式如图３所示。编程实现控制ＩＰ协议模块相关指令及ＧＰＲｓ模块相关指令，完成上网、建立连接、发送数据等功能。一＠图３系统工作方式终端的ＧＰＲＳ上网功能实现即由单片机ＭＣｕ３．４终端软件设计终端软件实现各模块的初始化、数据中心ＩＰ地址和端口设置、上网指令及相关操作、状态检测、数据处理等功能。ＧＰＲｓ核心模块的初始化、语音或数据操作及状态检测等都是基于ＯｐｅｎＡＴ指令完成的，ｗｉｓ．ｍ０２ｄ模块的ＧＰＲＳ上网设置相关部分ＡＴ指令如下：（１）ＡＴ＋ｃＧＣＬＡｓｓ为“Ｂ”：置为“Ｂ”模式。（２）ＡＴ＋ＣＧＤＣｏＮＴ为１，“ＩＰ”，“ＣＭＮＥＴ”：设置ＡＰＮ。（３）ＡＴ＋ＣＳＱ为检查信号，若返回１０～３１，０之间的信号数字则继续，如果信号是９９，则系统重复发送Ａ／命令，不停地让模块去搜寻网络。重试次数超过预定次数，可定义其他方式发送错误报告。（４）ＡＴ十ｃＧＡｃＴ为１，表示激括，返回０Ｋ则继续。２８万 方数据＋ＣＧＲＡＤＤＲ命令可以得到本地ｌＰ地址，然后将此地址按一定格式发送给预先设置好的数据中心ＩＰ地址和端口，即可实现与中心的数据互通。此外，系统循环调用ＧＰＲｓ网络注册状态命令ＡＴ十ｃＧＲＥＧ和ＧＰＲｓ相关的错误命令ＡＴ＋ｃＭＥＥＲＲｏＲ来检查系统状态。当网络出现异常或终端与ＧＰＲｓ网络脱离时，终端可以自动切换到短信方式或ＧｓＭ电路数据方式保证数据的传输，并向中心发送错误报告。当系统回复正常，立即切换回ＧＰＲｓ状态，并发送回中心更新数据状态。部分代码实例（ＵＤＰ方式）如下：／／函数ＡｐｉｓｙｓＩｎｌｔ功能：设置ｌｓＰ的电话号码、上网用户名和密码／／函数ＡｐｉＤｉａｌ功能：开始Ｍｏｄｅｍ拨号，直到ＰＰＰ协商成功。ＡｐｉＳｙｓＩｎｉｔ（ｉｓｐｎｕｍｂｅｒ，ｕＳｅｒｎａｍｅ，ｐａｓｓｗｏｒｄ）；ｗｈｌｌｅ（ＡｐｉＦｒａｍｅＴｙｐｅ＝＝０）；／／等待应答帧ｉｆ（ＡｐｌＦｒａｍｅＴｙｐｅ＝＝Ｅ—Ｅ５１ＡｃＫＦＲＡＭＥ）／／表示收到应答帧ＡｐｉＦｒａｍｅＴｙｐｅ＝Ｏ；ＡｐｉＤｉａｌ（）；ｗｈｉｌｅ（ＡｐｉＦｒａｍｅＴｙｐｅ＝＝０）；／／等待ＰＰＰ协商是否成功ｉｆ（ＡｐｉＦｍｍｅＴｙｐｅ＝＝Ｅ—ＰＰＰ．ｏＫＨｔＡＭＥ）／／这表示ＰＰＰ协商成功……／／其他应答帧处理ｍｙｓｏｃｋｌｏｃａｌｉｐａｄｄｒｅ鼹＝ｍｙｉｐ；／砌始化变量ｍｙｓｏｃｋｍｙｓｏｃｋｒｅｍ。ｔｅｉｐａｄｄｒ魄ｓ＝ｄｎｓｉｐ；ｍｙｓｏｃｋ１０ｃａＩｐｏｒｔ＝０柚５１０；ｍｙｓｏｃｋ．ｒｅｎｌｏｃｅｐｏｒｔ＝０ｘ３５；ＡｐｉＳｔａｎｓｏｃｋｅｔ（ｍｙｓｏｃｋ）；ｉｆ（ＡｐｉＦｆａｍｅＴｙｐｅ＝＝ＥＥ５ｌ—ＡｃＫＦＲＡＭＥ）／／表示收到应答帧｛ＡｐｉＦｈｍｅＴ”ｅ＝Ｏ；Ａｐ汀ｘＵＤＰ（ｕｓｅｒｄａｔａ，ｄａｔａＬｅｎｇｔｈ）；／／发送ＵＤＰ数据ｉｆ（ＡｐｉＦｒ８ｍｅＴｙｐｅ＝＝Ｅ—ＳＯｃＫＥＴ—ＤＡＴＡＦＲＡＭＥ）｛ＡｐｉＦｒ∞订ｙ∞＝０；ＡｐｉＲｘＵＰＤ（ｕｄｐｄａｔａ，（ＩＮＴ８Ｕ＊）＆ｕｄｐｌｅｎｇｔｈ）；／／接收ＵＤＰ数据Ａｐｉａｏｓｅｓｏｃｋｅｔ（ＭＰＵ—ＩＮＤＥｘＵＤＰ—ＥＮ）；／／关闭ｕＤＰ插口手霉髂｜嚣５却？力白ⅣⅣ．％ｑⅫｊ∞ｍ．∞——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————一——《电子技术》２００３年第８期网络、通信与多媒体ｗｈｉｌｅ（１）３．５中，厶软件设计系统中心软件的主要功能是实现接受发送ｕＤＰ或ＴｃＰ协议的ＩＰ包，以实现与ＧＰＲｓ终端的ＩＰ协议通信。实现通信后，中心软件预留接口，针对不同类型的应用数据格式与协议，实现ＳＣＡＤＡ系统的远程数据监控。中心软件的设计语言采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ公司的Ｖｉ—ｓｕａｌＣ＋十编程语言，Ｃ＋＋语言应用灵活功能强大，并对网络编程有强大的支持。由于ｃ＋＋语言对底层操作的优越性，许多文章都曾经介绍过用ｖｃ＋＋进行Ｓｏｃｋｅｔ编程的方法。但由于都是直接利用动态连接库ｗｓｏｃｋ３２．ｄｌＩ进行操作，实现比较繁琐。其实，ｖｃ＋＋的ＭＦｃ类库中提供了ｃＡｓｙｎｃ—Ｓｏｃｋｅｔ这样一个套接字类，用它来实现Ｓ０ｃｋｅｔ编程，是非常方便的。ｃＡｓｙｎｃＳ０ｃｋｅｔ类用ＤＯＣａｌｌＢａｃｋ函数处理ＭＦＣ消息，当一个网络事件发生时，Ｄ∽ａｌｌＢａｃｋ函数按网络事件类型：ＦＤ～ＲＥＡＤ、ＦＤ—ｗＲＩＴＥ、ＦＤ—ＡＣ．ＣＥＰＴ、ＦＤ—ＣＯＮＮＥＣＴ分别调用ｏｎＲｅｃｅｉｖｅ、Ｏｎ—Ｓｅｎｄ、ＯｎＡｃｃｅｐｔ、ｏｎＣｏｎｎｅｃｔ函数。ＭＦＣ把这些事件处理函数定义为虚函数，所以要生成一个新Ｃ＋＋类，以重载这些函数，做法如下：以Ｐｕｂｌｉｃ方式继承ｃＡｓｙｎｃＳｏｃｋｅｔ类，生成新类ＭｙＳｏｃｋ；为ＭｙＳｏｃｋ类添加虚函数０ｎＲｅｃｅｉｖｅ、ＯｎＣｏｎｎｅｃｔ、０ｎＳｅｎｄ。中心程序基本流程（以ＴｃＰ为例）如图４所示。图４中心程序主流程图部分代码实例如下：ｖｏｉｄＭｙｓｏｃｋ：：ＯｎＣ０ｎｎｅｃｔ（ＩｎｔｎＥｆｒｏｒＣ。ｄｅ）｛ｉｆ（ｎＥｒｍｒｃｏｄｅ＝＝０）｛ｍｂｃｏｎｎｅｃｔｅｄ＝ＴＲＵＥ：ＣｃＳｏｃｋａｉｅｎｔＡｐｐ＋ｐＡｐｐ＝（ｃｃＳｏｃｋＣｌｉｅｎｔＡｐｐ。）ＡｆｘＧｅ—ｔＡｐｐ（）；牵蜀传矗嚣６沏？所ＰⅣ＂÷％Ｂ９”？㈣ｉ∞万 方数据ＣＣｓｏｃｋｃｌｉｅｎｔＤｌｇ。ｐＤｌｇ＝（ＣＣｓＣｃｋｃｌｉｅｎｔＤｌｇ＋）ｐＡｐｐ一＞ｍｐＭａｉｎＷｎｄ；ｍｅｍｃｐｙ（ｍ—ｓｚＢｕｆｆｅｒ，“ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏ”，１３）；ｓｔｍｃａｔ（ｍ龆Ｂｕ“ｅｒ，ｐＤｌｇ－＞ｍｓ。ｓｅｒｖｅｒＡｄｒ，ｓｉｚｅｏｆ（ｐＤｌｇ＿＞ｍｓ。ｓｅⅣｅｒＡｄｒ））；ｐＤｌｇ一＞ｍＭｓＧｓＩｎｓｅｒｔＳｔｄ“ｇ（０，ｍｓｚＢｕｆｆｅｒ）；ＡｓｖｎｃＳｅｌｅｃｔ（ＦＤＲＥＡＤ）；／便请一个“读”的网络事件准备接收ＣＡｓｖｎｃＳ。ｃｋｅｔ：：０ｎＣ。ｎｎｅｃｔ（ｎＥｒｒ。ｒＣ０ｄｅ）ｃＡｓｖｎｃＳ０ｃｋｅｔ类为我们使用Ｓ０ｃｋｅｔ提供了极大方便。建立Ｓｏｃｋｅｔ的ｗｓＡｓｔａｒｔｕｐ过程和ｂｉｎｄ过程被简化成为ｃｒｅａｔｅ过程，ＩＰ地址类型转换、主机名和ＩＰ地址转换的过程中许多复杂的变量类型都被简化成字符申和整数操作，特别是ｃＡｓｙｎｃＳ０ｃｋｅｔ类的异步特点，完全可以替代繁琐的线程操作。４结束语ＧＰＲｓ移动数据传输系统的应用范围广泛，几乎所有中低速率的数据传输业务都能应用。除了支持传统的互联网应用，ＧＰＲｓ也可使无线终端支持ＢＴｂＢ、ＢＴｏｃ的电子商务和电子支付、股票交易、银行转帐等应用。ＧＰＲｓ同样可以应用于公司内部网（Ｉｎｔｍｎｅｔ），基于ｌＰ的远程ＬＡＮ接入，使无线终端成为ＬＡＮ的延伸。参考文献ｌＧＳＭ０１６１．ＤｉｇｉｔａｌｃｅｌｌｕｌａｒＴｅｌｅ∞ｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｙｓｔｅｍ（Ｐｈａ鸵２＋）ＧＰＲＳｃｉｐｈｅＨｌｇＡｌｇ舐ｔｈｍＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ（ｖｅ硌ｉｏｎ６０．１）．２０００．３２ＧＳＭ０２６０ＤｉｇｉｔｄＣｄｌｕｈｒＴｅｌｅｃ。ｍｍｕｎｉｃａｔｌｏｎｓＳｙｓｔｅｍ（Ｐｈａ鸵２＋）．ＧＰＲｓＳｅ州ｃｅＤｅｓｃｄｐｔｉｏｎＳｔａｇｅ１（ｖｅｒｓｉｏｎ７４．０）．２０００３３ＧＳＭ０２６０ＤｉｇｉｔａｌＣｄｌ山ｒＴｅｌｅｏｏⅡｌｍｕｎｉｃａｔｉｏ璐ＳｙＳｔｅｍ（Ｐｈａｓｅ２＋）Ｓｅｃｕ＾ｔｙＲｅｌａｔｅｄＮｅｔｗｏｒｋＦｕｎｃｔｉｏｎｓ（ｖｅｆｓｉｏｎ８００），２０００．１０４ＧｓＭ０３６０ＤｉｇｉｔａｌｃｄｌｕｌａｒＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｙｓｔｅｍ（ＰＩｌａ∞２＋）ＧＰＲｓＳｅｒｖｉｃｅＤｅｓｃｄｐｔｉｏｎ，Ｓｔａｇｅ２（ｖｅｒｓｉｏｎ７．３１），２０００．７５Ｓｅｂ鹕ｔｋｎＬ髓ｒｅｌ．ＡＴＣｏｍｍａｒＩｄｓｆｏｒＧＰＲＳ（ｖｅ娼｜０ｎｌ３），２０００．１１６Ｗａｖｅ㈣ＷＩＳＭＯＱｕｉｋＱ２４０３ＳｅｒｉｅｓＰｒｏｄｕｃｔＳＤｅｃｍｃａ—ｔｉｏｎ．２００２．３７吕捷ＧＰＲｓ技术北京邮电大学出版社。２００ｌ８８上海精致科技有限公司Ｅ５１１２用户手册Ｐｎｌｉｍｉｎａｒｖ、，２．１．２００２２９
