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中泰研創無人值守地震監測點GPRS/CDMA無線數據傳輸應用方案

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一、概述

隨著社會與經濟的發展，各種地震監測站點尤其是地震高發地區越來越多，監測點數據的采集和及時傳輸是監測網穩定、可靠運行的保證，要求計算機監測網監測系統必須能夠在較低費用的前提下提供及時、準確的信息。在使用的過程中，傳統有線、部分監測網監測系統的不足之處逐漸凸顯出來。采用電話線傳輸數據，不能保證實時性;采用無線電臺，解決誤碼率和波特率的矛盾尤其抗干擾是一個令人頭疼的問題;采用專線電路，不可能對所有大面積分散的數據采集子站進行專線鋪設，更不能承擔高昂的運行費用。

針對這些問題，通過采用成熟的GPRS/CDMA無線數傳設備(GPRS/CDMA DTU)，依托穩定、可靠的GPRS/CDMA網絡，在保證數據傳輸的及時、準確的前提下，將監測網現場監控系統運行費用也降低到了最低;同時通信鏈路是由專業的運營商來維護，這就避免了用戶在使用監控系統的同時，還需要耗費很大精力去維護通信線路等問題;節約了用戶的初期建設投資和運行維護費用。

二、系統特點

GPRS/CDMA無線監控系統具備如下特點：

1、良好的實時響應與處理能力：與短消息服務比較，由于GPRS/CDMA具有實時在線特性，系統無時延，系統能夠同時實時收取、處理多個/所有監測點的各種數據，無需輪巡就可以同步監測點的時鐘可很好的滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。

2、遠程儀器設備可雙向通信：由于采用GPRS/CDMA雙向傳輸系統，監控中心可以反向實現對儀器設備的時間校正、狀態報告、開關以及其他監測、控制等功能。

3、建設成本低：可充分利用現有GPRS/CDMA網絡，設備安裝即接通，而采用超短波通信時需要充分考慮現場環境，還需要配備天線鐵架等附屬設備。

4、安裝調試簡單，建設周期短：利用現有成熟GPRS/CDMA網絡，系統投入運行時基本不需要調試，安裝簡捷。

5、覆蓋范圍廣：構建無人值守地震監測系統要求數據通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由于監測網監控點數量眾多，分布在全市范圍內，部分監測網監控點位于偏僻地區，而且地理位置分散。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有30多公里;而采用GPRS/CDMA方式，在無線GPRS/CDMA網絡的覆蓋范圍之內，都可以實現監控。

6、數據傳輸速率高：GPRS/CDMA網絡傳送速率理論上可達171。2/372kbit/s，實際應用時數據傳輸速率在40-80Kbps左右，而目前一般的超短波數傳電臺傳送速率多為2。4kbit/s或更低。

7、系統的傳輸容量大：監控中心站要和每一個監測網監控點實現實時連接。由于監測網監控點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS/CDMA技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。

8、通信費用低，可按時長和流量進行收費。

9、系統監控點易于擴展，可連接各種基于485，232 ，或者USB的設備可連接所有的中泰RM，USB ，EM系列的產品。

三，系統組織：

監測系統由中心站、無線通訊部分和監測站組成，中心站主要負責監控和管理，監測站采用RTU模塊實現數據采集、存儲、控制，通訊部分采用GPRS/CDMA DTU進行數據通訊。

1、監測站

監測站利用中泰USB-7660模塊對監測站的溫度傳感器、壓力傳感器、電流傳感器、數據啟停采集及處理，USB-7660作為一個RTU設備通過RS232/RS485串口和GPRS/CDMA DTU連接。采集到的數據USB-7660通過RS232/ RS485串口傳送給GPRS/CDMA DTU然后再通過GPRS/CDMA無線網絡傳送到中心站，同時接受中心站傳來的命令對采集壓力傳感器等進行采集。該系統可以對監測站進行實時自動監控，操作人員在主站可以看到監測站的各項數據，并對監測站采集的數據進行處理和保存分析，實現監測站無人值守。

每個監測點需要安裝一個監測箱，監測箱要求合乎IPC55防護等級要求。在監測箱內安裝1臺或者多臺RTU(USB7660模塊)和一臺GPRS/CDMA DTU，采用5V供電。箱內配一個220V/24VD或者12V的開關電源，給模塊和GPRS/CDMA DTU、傳感器器供電。

◆GPRS/CDMA DTU采用CG-12或CC-12型號。

◆溫度變送器選用PT100的溫度變送器，輸入為3線制，輸出為2線制。

◆壓力傳感選用4線制的設備，由24V供電。

USB-7660-G RTU 設備一分鐘采集8個通道的壓力值或者預應力傳感器的電壓值(±5V)并保存在USB-7660-G RTU 的設備內，保存時間三天。

2、無線數據通訊部分

無線數據通訊部分主要是借助GPRS/CDMA DTU通過GPRS/CDMA無線網絡進行數據采集端和監控中心之間的數據通訊工作。

DTU是指數據終端設備(Data Terminal unit)，可以理解為下位GPRS/CDMA發射終端，在進行通信時，在它的作用下對所傳信息進行格式轉換和數據整理校驗。

GPRS/CDMA DTU全稱GPRS/CDMA數據傳輸單元，在國內目前實際上對GPRS/CDMA DTU具有更加明確的約定：GPRS /CDMA DTU是專門用于將串口數據通過GPRS /CDMA網絡進行傳送的GPRS/CDMA無線設備。

GPRS/CDMA DTU功能及特點

◆內部集成TCP/IP協議棧

GPRS/CDMA DTU內部封裝了PPP撥號協議以及TCP/IP協議棧并且具有嵌入式操作系統，從硬件上，它可看作是嵌入式PC與無線GPRS/CDMA MODEM的結合;它具備GPRS/CDMA撥號上網以及TCP/IP數據通信的功能。

◆提供串口數據雙向轉換功能

GPRS/CDMA DTU提供了串行通信接口，包括RS232，RS485，RS422等都屬于常用的串行通信方式，而且GPRS/CDMA DTU在設計上大都將串口數據設計成"透明轉換"的方式，也就是說GPRS/CDMA DTU可以將串口上的原始數據轉換成TCP/IP數據包進行傳送，而不需要改變原有的數據通信內容。因此，GPRS/CDMA DTU可以和各種使用串口通信的用戶設備進行連接，而且不需要對用戶設備作改動。

◆支持自動心跳，保持永久在線

GPRS/CDMA通信網絡的優點之一就是支持GPRS/CDMA終端設備永久在線，因此典型的GPRS/CDMA DTU在設計上都支持永久在線功能，這就要求DTU包含了上電自動撥號、采用心跳包保持永久在線(當長時間沒有數據通信時，移動網關將斷開DTU與中心的連接，心跳包就是DTU與數據中心在連接被斷開之前發送一個小數據包，以保持連接不被斷開)、支持斷線自動重連、自動重撥號等特點。

◆支持參數配置，永久保存

GPRS/CDMA DTU作為一種通信設備，其應用場合十分廣泛。在不同的應用中，數據中心的IP地址及端口號，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS/CDMA DTU都應支持參數配置，并且將配置好的參數保存內部的永久存儲器件內(一般為FLASH或EEPROM等)。一旦上電，就自動按照設置好的參數進行工作。

◆支持用戶串口參數設置

不同用戶設備的串口參數有所不同，DTU連接用戶設備的串口時，要根據用戶設備串口的實際參數對DTU端進行相應設置，保證用戶設備的正常通信和可靠數據傳輸。

◆符合工業化設計適應惡劣環境能力更強

◆ RS232 串口速率高達230400 bps

◆ 支持RS232 三線標準或九線標準

◆ 內置TCP/IP 協議棧，支持TCP/UDP 網絡協議

◆ 數據終端永遠在線

◆ 掉線自動重撥功能

◆ 通過超級終端類似于AT 指令方式或專用設置程序來設置通信參數

◆ 設備之間透明傳輸/非通明傳輸

◆ 支持靜態IP 或域名方式連接遠程主機

◆ 供電：+5V，可根據客戶需要提供寬電壓產品+5V~+40V

◆ 耗電：待機狀態230~330mA;上網狀態450~460mA;傳輸狀態460~470mA

◆ 工作溫度：-40℃ ~ +70℃

◆ 儲存溫度：-50℃ ~ +85℃

◆ 支持RS232/RS485/RS422串口進行通訊

3、監控中心

監控中心主站采用PC計算機，連接互聯網或無線專網，主站向從站發送數據，并接收從站發來的數據。主站接收從站傳來的各自信號，處理后顯示輸出，如果有異常情況發生，可進行聲音報警，提醒操作人員采取措施，防止事故發生。系統有在線組態功能，根據整個監測系統的狀況，自動對各從機在線組態，控制整個系統自動運行。主機可自動生成各種報表，并設有值班檢查功能及定時打印、隨機打印功能，實現對整個系統自動化管理。

監控中心監測軟件采用通用編程工具開發，具有靈活性好、針對性強的特點，可以對采集來的現場數據和實時數據進行分析、處理、保存、入庫，制作輸出報表、繪出各種曲線，從而實現整個系統的遠程抄表、實時監測及自動化管理功能。界面友好、操作簡單方便，真正實現了高效率和辦公自動化。可同時兼容多個二次儀表廠家的通信協議，也可根據用戶的要求增加用戶自己的通信協議。系統的網絡數據庫使網絡化管理變得簡單易行。對于傳輸過程中通訊協議可以調用動態庫。

四、安全措施

數據中心可通過到中國電信CDMA網中數據網(VPDN)接入，采用VPDN方式成本比較低，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。網中數據網(VPDN)業務提供方案如下圖所示。

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