基于CDMA 1X的远程监控系统设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
1引言 在现有的工业监控系统中,常用的信息传输方式有:数字微波、数传电台、有线光纤、有线电缆等,数字微波和数传电台将受到传输距离及频率许可的限制,而有线光纤和有线电缆的网络成本较高,不适合监控点非常分散及传输距离较远的情况下使用。 针对监控对象分散、各监控节点间缺乏有机联系、监控信息量相对较少,实时性要求较低等特点,CDMA 1X提供了一种很好的信息传输方式。 CDMA 1X愿意是指CDMA 2000的第一阶段(速率高于IS-95,低于2MB/s),可支持308kb/s的数据传输,网络部分引入分组交换,可支持移动IP业务,是在现有CDMA IS-95系统上发展出来的一种新的承载业务,目的是为CDMA用户提供分组形式的数据业务。 由于CDMA 1X采用了反向相干解调,快速前向功控、发送分集、Turbo编码等新技术,其容量比IS-95大为提高,从理论分析结果来看,如果用于传送语音业务,CDMA 1X系统的总容量是IS-95系统的2倍,如果用于传送数据业务,CDMA 1X系统的总容量是IS-95系统的3.2倍,CDMA 1X理论带宽可达300kb/s,目前的实际应用带宽大约在100kb/s左右(双向对称传输),在此信道上提供TCP/IP连接,可以用于Internet连接、数据传输等应用。 2 基于CDMA 1X的无线通信 2.1 组网方案 无线数据传输系统一般由数据业务中心、通信网络和数据终端组成,综合考虑业务数据量、安全性、可靠性、网络状况与成本等因素,采用下述组网方式:通信服务器以公网固定IP或固定的域名接入Internet,CDMA数据终端单元(DTU)上电后,主动与通信服务器建立连接,如果通信服务器没有固定IP,可以通过安装花生壳软件获得固定的域名,此方案具有成本低、通信质量稳定、安全性适中、运行可靠等特点。 2.2 无线数据传输原理 根据上述组网方案,数据的上行传输原理如下: (1)下位机通过RS232串口将数据传给DTU; (2)DTU将数据打成TCP/IP包,发送到无线网络; (3)TCP/IP数据包经系统分组数据服务节点,传输至Internet上并且去寻找在Internet上的一个指定的数据服务中心(通信服务器); (4)通信服务器将数据传给上位机并存储到历史数据库。 数据的下行传输与上述过程相反,不再赘述,系统通信结构图如图1所示。 3 系统设计 3.1 上位机设计 上位机包括实时监控系统和历史数据库两部分。 实时监控系统选用Wonderware公司的InTouch系统,主要实现以下功能:系统管理功能;数据处理功能:包括数据查询功能、数据存储功能、数据定时上报功能;告警功能:包括实时响应功能、告警联动处理功能、告警设置功能、告警确认功能、告警存储功能,操作控制功能,历史数据库选用Wonderware公司的Industrial SQL Server,主要实现以下功能:数据统计、报表功能、历史数据查询功能、历史数据曲线图、打印功能。 3.2 下位机设计 下位机选用ABB AC31系列PLC,包括CPU模块和I/O模块,CPU接收一个或多个指定监控中心对设备的操作控制命令,通过I/O模块对有关设备执行相应的操作控制动作,并向监控中心返回操作结果,下位机主要实现以下功能: 数据采集功能,数据查询功能,定时上报功能,操作控制功能。 3.3 CDMA数据传输中断 CDMA数据传输中断选用深圳宏电技术开发有限公司的CDMA H7710 DTU该终端具有如下特点: (1)H7710 DTU直接提供RS232/422/485接口,为用户的数据设备提供透明、全双工、对等的数据传输通道。 (2)普通GPRS/CDMA Modem通常需要附着在PC机上虚拟拨号上网,利用PC机的资源进行数据收发和协议转换,H7710 DTU内置自动网络连接和协议处理模块,无需后台计算机支持。 (3)H7710 DTU可以实现点-点、点-多点、中心-多点的对等数据传输,传输时延一般小于1s。 (4)H7710 DTU一开始就能自动附着到GPRS或CDMA网络上,并与您的数据中心建立通信链路,随时收发用户数据设备的数据。 (5)H7000移动数据通信可以不依赖于运营商交换中心的数据接口设备,通过Internet网络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动数据通信专用网络。 CDMA H7710 DTU在使用前必须设定出事参数:CDMA 1X网络登陆用户名和密码,通信接口参数、通信服务器的固定IP地址和端口或者通信服务器的域名、DTU的在线工作方式等等。 [b] 3.4 通信服务器的设计与实现[/b] 通讯服务器是整个系统的枢纽,主要实现不同协议之间的数据传输,通信服务器的设计基于OPC标准,OPC可理解为过程控制的对象连接和嵌入(OLC for Process Control)是在微软操作系统下开发的用于应用程序接口的一种技术,基于Client/Server模式,为了实现整个系统的通讯,在通讯服务器上需要装3个软件;Wonderware公司的OPClink,IOServer公司的IOServer,CDMA Server。通讯服务器的工作过程及各软件之间的管理如图2所示。 下面分别讲述通讯服务器上的3个通讯软件的功能及应用。 3.4.1 OPClink OPClink是工作在Windows平台下的应用软件,主要作用是通过协议转换来实现OPC服务器和InTouch吴志剑的数据传输。OPCLink可以与现地或者远程的OPC服务器端软件(如IOServer,RSLinx)进行连接,他将InTouch的命令转换成OPC协议然后发送到OPC服务器端软件,并从OPC服务器端软件读取数据,返回到InTouch。同样,OPCLink也可以连接到现地或者远程的InTouch。 3.4.2 IOServer IOServer的作用是实现不同协议间的数据传输,IOServer支持以下14种协议:Modbus协议,AB协议、ASCII协议、Courier协议、DNP协议、GE协议、HR6000协议、IEC103协议、KingFisher协议、LoopBack协议、Melsec协议、Omron协议、TI505协议、UCA2协议。在本系统中,ABB PLC采用的是Modbus协议、因此,IOServer从CDMA Server上读取ABB PLC的数据,并转换成TCP/IP协议,传送给OPCLink。 IOServer的配置主要包含以下3部分: (1)Board(接口配置):IOServer支持多种接口,其中最常用的是TCP/IP和串口,在配置接口的时候,需要定义所连接设备的协议; (2)OPC Explorer:提供内部测试的平台,也可进行数据观察和监视。 (3)OPC Gateway:允许基于不同协议的各OPC服务器之间的数据传输,以及IOServer和某个控制单元之间的数据传输。 3.4.3 CDMA Server 在本系统中,使用VisualC++6.0编写CDMA Server软件,CDMA Server作为整个系统的通讯枢纽,包括两部分功能:与IOServer进行通讯,与DTU进行通讯。 CDMA Server与IOServer的通讯基于SOCKET编程,采用TCP/IP协议进行传输,需要设置端口和IP地址,IOServer通过此端口和IP地址与CDMA Server建立通讯。 CDMA Server和DTU之间的通讯使用开发包中动态库wcomm_dll.dll,该文件包括和DTU通讯所需要的全部API函数,包括服务的启动、数据发送、数据接收、关闭服务等。 OPC Server与DTU的通信设计是基于开发工具包的用户程序接口,即动态链接库cdmagprs.dll,该库包括了与DTU通信所需要的全部API函数,例如: start_gprs_server:该函数用于启动底层服务,服务启动后和DTU通讯,启动该服务后,主窗口中要有响应消息的函数,以便和底层服务通讯。 stop_gprs_server:停止服务; do_read_proc:读数据。底层服务接收到DTU发送的数据后,会向启动服务函数中指定的DSC的窗口发送消息,该窗口中的消息响应函数应立即调用读数据函数将DBU发送过来的数据读出; do_send_user_data:向DTU发送数据; da_close_one_user:关闭一个DTU终端,令其下线; do_close_all_user:关闭所有的在线DTU终端,一般停止服务前执行该API。 由于Windows基于消息驱动的,底层服务接收到远端DTU的数据后,会向启动函数的窗口发送一个消息,因此,我们可以在程序中定义一个消息响应函数来处理中心与DTU的数据传输,消息响应函数中,通过调用动态链接库中的数据接收函数和数据发送函数来传输数据,当数据传输结束后,调用关闭服务函数来结束通讯。 4 实验及结果分析 实验步骤如下: (1)设置DTU主要参数: DTU身份识别码:139******** 在线报告时间间隔:40s 本地通讯端口:5001 最大传输包长:1000B 主DSC IP地址:219.229.3.24 (2)在CDMA Server上添加用户,如图3所示,其中终端端口与DTU上设置一致,为5001。网关出口端口,即CDMA Server与IOServer连接端口设置为5002。 (3)在IOServer上添加端口与设备,如图4所示,在本系统中,由于IOServer和CDMA Server装在同一台机子上,因此IP地址设为127.0.0.1,端口号与CDMA Server提供的端口对应,即5002。 经过上述步骤,已建立起IOServer和DTU之间的通讯,接下去只需要IOServer和OPCLink上配置具体的Group和Item即可,在此不再赘述。 本系统已应用到实际项目,与有线数据采集系统相比,本系统具有以下优点: (1)降低了通讯线路的建设成本和维护成本; (2)提高了系统的灵活性,监控范围不受地域限制,节点控制目标可以任意扩充。 (3)通讯线路比较稳定,不易发生通讯故障,就算出现问题,也能迅速发现和排除。 5 结论 相信随着CDMA无线通信的高速发展和3G牌照的发布,必将引领无线通讯的潮流,而基于CDMA无线通信的远程监控系统,将会有更加广泛的应用。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sensor/200703/8970.html
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