GPRS技术在热网监控系统中的应用(1)

    我国北方地区冬季供暖普遍采用集中供热方式。通常一个城市有几个区域供热网，一个区域供热网包含有几十个到上百个换热站。为了使热网尽可能地在最佳工况下稳定运行，热网监控系统需要将各换热站的运行数据传送给调度中心，以便调度人员随时了解各换热站的工作状况和有关信息，实现全网的热能统一调配。

    热网的特点是点多面广，距离较远，现场情况千差万别。因此，我国多数城市的热网监控系统都没有专门铺设通信线路，而是采用数传电台或电话线拨号上网^【1-3】。采用数传电台作通信设备，需要向无线电管委会申请专用频点，易受风雨雷电的影响，需要人工巡查维护，并且由于体积大和发射功率大，易对仪表运行造成干扰。利用电话线拨号上网方式，虽然安装费用低，但运行期间电话费很高，速度不稳定，也无法很好的满足系统需要。

    针对上述两种通信方式存在的不足，本文采用GPRS无线通信方式予以解决。GPRS是在现有GSM系统上发展的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务^【4】。现有的基站子系统(BSS)可以提供全面的GPRS覆盖。GPRS网络具有如下特点^【5】：永远在线、按流量计费、高速传输、组网简单灵活、维护便捷、使用安全。因此，使用GPRS构建热网监控系统，可以充分弥补现有通信方式的不足。

    热网监控系统由换热站现场测控设备、GPRS通讯终端和调度中心组成。系统的拓扑结构如图1所示。

    监控系统的工作过程一般分为以下几个步骤：

    (1) 现场测控设备实时采集热网运行数据，对数据进行处理、分析，根据分析结果对换热站设备的运行状态进行调节；

    (2) 响应GPRS通讯终端的数据发送请求，将采集处理后的数据上传给通讯终端。通讯终端将数据打成IP包，通过GPRS网络，经Internet发送至调度中心；

    (3) 调度中心软件将IP包解包，还原数据，并根据热网总体运行情况实现远程监控。

本文主要设计通讯终端和调度中心两部分。设计的主要内容包括终端硬件电路设计、TCP/IP协议处理、终端与调度中心的互联、调度中心的网络接入与功能实现等。

    通讯终端的硬件结构如图2所示，其中最主要的是微处理器和GPRS模块。本设计采用Philips LPC2106作为微处理器，它是一个支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI-S CPU。考虑到其内部已带有一个64KB的SRAM和一个128KB的高速Flash，因此无需外扩存储器。

    GPRS模块选用Siemens MC39i，可工作于EGSM900和GSM1800两种模式，支持语音、短消息、数据业务和传真等。模块内集成天线、RF和基带处理器等，支持标准RS-232接口，外接SIM卡。它支持AT指令集，与微处理器的接口比较简单。

图2  通讯终端硬件结构图

    本系统扩展了RS232和RS485通讯接口，采用LPC2106的UART0口来实现。RS232接口用于终端与PC机进行通讯，主要用于系统调试；RS485接口用于终端与用户设备之间的数据通讯。整个系统的输入电压为高质量的5V直流稳压电源，共需要4种电压。CPU内核电压为1.8V，I/O口电压为3.3V；MC39i电压范围是3.3～4.8V，取4.3V供电；其余部分5V供电。

    终端软件设计采用在嵌入式实时操作系统 下编程的方法，软件结构主要包括以下几个功能模块：终端初始化模块、GPRS通信初始化模块、TCP/IP协议处理模块和应用程序模块等。

    为了节省费用，通信终端采用了动态IP地址分配方式，即终端每次上电后GPRS网络为其分配动态IP地址和端口号，终端将此动态IP地址和端口号发给调度中心，以便于调度中心访问。终端需要定时向调度中心注册，以维持先前动态分配的IP地址和端口号。