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一、概述

隨著社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種地震監(jiān)測站點尤其是地震高發(fā)地區(qū)越來越多，監(jiān)測點數(shù)據(jù)的采集和及時傳輸是監(jiān)測網(wǎng)穩(wěn)定、可靠運行的保證，要求計算機(jī)監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)必須能夠在較低費用的前提下提供及時、準(zhǔn)確的信息。在使用的過程中，傳統(tǒng)有線、部分監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的不足之處逐漸凸顯出來。采用電話線傳輸數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)采集子站進(jìn)行專線鋪設(shè)，更不能承擔(dān)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(shù)傳設(shè)備(GPRS/CDMA DTU)，依托穩(wěn)定、可靠的GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)，在保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r、準(zhǔn)確的前提下，將監(jiān)測網(wǎng)現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)運行費用也降低到了最低;同時通信鏈路是由專業(yè)的運營商來維護(hù)，這就避免了用戶在使用監(jiān)控系統(tǒng)的同時，還需要耗費很大精力去維護(hù)通信線路等問題;節(jié)約了用戶的初期建設(shè)投資和運行維護(hù)費用。

二、系統(tǒng)特點

GPRS/CDMA無線監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點：

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

2、遠(yuǎn)程儀器設(shè)備可雙向通信：由于采用GPRS/CDMA雙向傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以反向?qū)崿F(xiàn)對儀器設(shè)備的時間校正、狀態(tài)報告、開關(guān)以及其他監(jiān)測、控制等功能。

3、建設(shè)成本低：可充分利用現(xiàn)有GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備安裝即接通，而采用超短波通信時需要充分考慮現(xiàn)場環(huán)境，還需要配備天線鐵架等附屬設(shè)備。

4、安裝調(diào)試簡單，建設(shè)周期短：利用現(xiàn)有成熟GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)投入運行時基本不需要調(diào)試，安裝簡捷。

5、覆蓋范圍廣：構(gòu)建無人值守地震監(jiān)測系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。 由于監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量眾多，分布在全市范圍內(nèi)，部分監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)控點位于偏僻地區(qū)，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(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以實現(xiàn)監(jiān)控。

6、數(shù)據(jù)傳輸速率高：GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171。2/372kbit/s，實際應(yīng)用時數(shù)據(jù)傳輸速率在40-80Kbps左右，而目前一般的超短波數(shù)傳電臺傳送速率多為2。4kbit/s或更低。

7、系統(tǒng)的傳輸容量大：監(jiān)控中心站要和每一個監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)控點實現(xiàn)實時連接。由于監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS/CDMA技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

8、通信費用低，可按時長和流量進(jìn)行收費。

9、系統(tǒng)監(jiān)控點易于擴(kuò)展，可連接各種基于485，232 ，或者USB的設(shè)備可連接所有的中泰RM，USB ，EM系列的產(chǎn)品。

三，系統(tǒng)組織：

監(jiān)測系統(tǒng)由中心站、無線通訊部分和監(jiān)測站組成，中心站主要負(fù)責(zé)監(jiān)控和管理，監(jiān)測站采用RTU模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲、控制，通訊部分采用GPRS/CDMA DTU進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

1、監(jiān)測站

監(jiān)測站利用中泰USB-7660模塊對監(jiān)測站的溫度傳感器、壓力傳感器、電流傳感器、數(shù)據(jù)啟停采集及處理，USB-7660作為一個RTU設(shè)備通過RS232/RS485串口和GPRS/CDMA DTU連接。采集到的數(shù)據(jù)USB-7660通過RS232/ RS485串口傳送給GPRS/CDMA DTU然后再通過GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行采集。該系統(tǒng)可以對監(jiān)測站進(jìn)行實時自動監(jiān)控，操作人員在主站可以看到監(jiān)測站的各項數(shù)據(jù)，并對監(jiān)測站采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和保存分析，實現(xiàn)監(jiān)測站無人值守。

每個監(jiān)測點需要安裝一個監(jiān)測箱，監(jiān)測箱要求合乎IPC55防護(hù)等級要求。在監(jiān)測箱內(nèi)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(nèi)配一個220V/24VD或者12V的開關(guān)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(shè)備，由24V供電。

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

2、無線數(shù)據(jù)通訊部分

無線數(shù)據(jù)通訊部分主要是借助GPRS/CDMA DTU通過GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集端和監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)通訊工作。

DTU是指數(shù)據(jù)終端設(shè)備(Data Terminal unit)，可以理解為下位GPRS/CDMA發(fā)射終端，在進(jìn)行通信時，在它的作用下對所傳信息進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)整理校驗。

GPRS/CDMA DTU全稱GPRS/CDMA數(shù)據(jù)傳輸單元，在國內(nèi)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(shù)據(jù)通過GPRS /CDMA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的GPRS/CDMA無線設(shè)備。

GPRS/CDMA DTU功能及特點

◆內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議棧

GPRS/CDMA DTU內(nèi)部封裝了PPP撥號協(xié)議以及TCP/IP協(xié)議棧并且具有嵌入式操作系統(tǒng)，從硬件上，它可看作是嵌入式PC與無線GPRS/CDMA MODEM的結(jié)合;它具備GPRS/CDMA撥號上網(wǎng)以及TCP/IP數(shù)據(jù)通信的功能。

◆提供串口數(shù)據(jù)雙向轉(zhuǎn)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(shè)計上大都將串口數(shù)據(jù)設(shè)計成"透明轉(zhuǎn)換"的方式，也就是說GPRS/CDMA DTU可以將串口上的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳送，而不需要改變原有的數(shù)據(jù)通信內(nèi)容。因此，GPRS/CDMA DTU可以和各種使用串口通信的用戶設(shè)備進(jìn)行連接，而且不需要對用戶設(shè)備作改動。

◆支持自動心跳，保持永久在線

GPRS/CDMA通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點之一就是支持GPRS/CDMA終端設(shè)備永久在線，因此典型的GPRS/CDMA DTU在設(shè)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(dāng)長時間沒有數(shù)據(jù)通信時，移動網(wǎng)關(guān)將斷開DTU與中心的連接，心跳包就是DTU與數(shù)據(jù)中心在連接被斷開之前發(fā)送一個小數(shù)據(jù)包，以保持連接不被斷開)、支持?jǐn)嗑€自動重連、自動重?fù)芴柕忍攸c。

◆支持參數(shù)配置，永久保存

GPRS/CDMA DTU作為一種通信設(shè)備，其應(yīng)用場合十分廣泛。在不同的應(yīng)用中，數(shù)據(jù)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(yīng)支持參數(shù)配置，并且將配置好的參數(shù)保存內(nèi)部的永久存儲器件內(nèi)(一般為FLASH或EEPROM等)。一旦上電，就自動按照設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行工作。

◆支持用戶串口參數(shù)設(shè)置

不同用戶設(shè)備的串口參數(shù)有所不同，DTU連接用戶設(shè)備的串口時，要根據(jù)用戶設(shè)備串口的實際參數(shù)對DTU端進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，保證用戶設(shè)備的正常通信和可靠數(shù)據(jù)傳輸。

◆符合工業(yè)化設(shè)計適應(yīng)惡劣環(huán)境能力更強

◆ RS232 串口速率高達(dá)230400 bps

◆ 支持RS232 三線標(biāo)準(zhǔn)或九線標(biāo)準(zhǔn)

◆ 內(nèi)置TCP/IP 協(xié)議棧，支持TCP/UDP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

◆ 數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線

◆ 掉線自動重?fù)芄δ?/p>

◆ 通過超級終端類似于AT 指令方式或?qū)Ｓ迷O(shè)置程序來設(shè)置通信參數(shù)

◆ 設(shè)備之間透明傳輸/非通明傳輸

◆ 支持靜態(tài)IP 或域名方式連接遠(yuǎn)程主機(jī)

◆ 供電：+5V，可根據(jù)客戶需要提供寬電壓產(chǎn)品+5V~+40V

◆ 耗電：待機(jī)狀態(tài)230~330mA;上網(wǎng)狀態(tài)450~460mA;傳輸狀態(tài)460~470mA

◆ 工作溫度：-40℃ ~ +70℃

◆ 儲存溫度：-50℃ ~ +85℃

◆ 支持RS232/RS485/RS422串口進(jìn)行通訊

3、監(jiān)控中心

監(jiān)控中心主站采用PC計算機(jī)，連接互聯(lián)網(wǎng)或無線專網(wǎng)，主站向從站發(fā)送數(shù)據(jù)，并接收從站發(fā)來的數(shù)據(jù)。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(fā)生，可進(jìn)行聲音報警，提醒操作人員采取措施，防止事故發(fā)生。系統(tǒng)有在線組態(tài)功能，根據(jù)整個監(jiān)測系統(tǒng)的狀況，自動對各從機(jī)在線組態(tài)，控制整個系統(tǒng)自動運行。主機(jī)可自動生成各種報表，并設(shè)有值班檢查功能及定時打印、隨機(jī)打印功能，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)自動化管理。

監(jiān)控中心監(jiān)測軟件采用通用編程工具開發(fā)，具有靈活性好、針對性強的特點，可以對采集來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進(jìn)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(xiàn)整個系統(tǒng)的遠(yuǎn)程抄表、實時監(jiān)測及自動化管理功能。界面友好、操作簡單方便，真正實現(xiàn)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(xié)議，也可根據(jù)用戶的要求增加用戶自己的通信協(xié)議。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫使網(wǎng)絡(luò)化管理變得簡單易行。對于傳輸過程中通訊協(xié)議可以調(diào)用動態(tài)庫。

四、安全措施

數(shù)據(jù)中心可通過到中國電信CDMA網(wǎng)中數(shù)據(jù)網(wǎng)(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(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。網(wǎng)中數(shù)據(jù)網(wǎng)(VPDN)業(yè)務(wù)提供方案如下圖所示。