CN106612288A - 一种基于gprs的远程数据安全传输模块 - Google Patents

一种基于gprs的远程数据安全传输模块 Download PDF

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CN106612288A
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吴玉香
王子辉
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Abstract

本发明公开了一种基于GPRS的远程数据安全传输模块，主要用于偏远地区工业企业的远程监控。该远程数据安全传输模块由控制芯片、GPRS模块、SIM卡和传感器模块组成。其中，控制芯片采用目前物联网最流行的Arduino控制板，它有足够多的外设I/O，多组串行通信接口，无需外接RS232等模块即可采集设备所有运行监控数据。GPRS模块采用基于TCP/IP的物联网协议MQTT作为数据传输协议，从而保证了数据传输的实时性和可靠性，而且非常经济实用。

Description

一种基于GPRS的远程数据安全传输模块
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种基于GPRS的远程数据安全传输模块。
背景技术
随之物联网、大数据时代的到来，远程数据采集与传输也将会得到越来越多的重视。现有的远程数据传输模块产品通常包括CPU控制模块、wifi模块、电源模块以及串行接口模块(232或485)。通常存在如下缺点：
1、CPU控制模块I/O接口少，可接入传感器数量受限。
2、电源模块过于复杂，功耗大。
3、不可用于偏远地区，受网络限制。
4、模块多，价格偏高。
5、通信安全性低，并且容易丢失数据。
6、配置安装复杂。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种更简便、使用范围更广、安全性更高的基于GPRS的远程数据安全传输模块。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种基于GPRS的远程数据安全传输模块，所述远程数据安全传输模块包括：控制芯片、GPRS模块、SIM卡和传感器模块，
所述SIM卡与所述GRPS模块连接，所述控制芯片分别与所述GPRS模块和所述传感器模块连接。
进一步地，所述控制芯片为arduino控制板。
进一步地，所述传感器模块包括：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、电压传感器和/或电流传感器。
进一步地，所述传感器模块实时采集数据并将数据通过串口发送给所述Arduino控制板。
进一步地，所述Arduino控制板接收到所述传感器模块的数据后，将各传感器数据整按照预先定义的数据包协议数据顺序并加上头尾字段整合成待发送数据包，通过所述GPRS模块发送到远程数据中心。
进一步地，所述GPRS模块采用基于TCP/IP的MQTT协议与远程数据中心进行数据传输。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明采用实时数据传输方式，Arduino控制板每隔一段时间才读取传感器模块数据，而读取之后会立即发送给远程数据中心，所以不需要额外添加存储模块。并且Arduino控制板只需要提高5V电压，Arduino内置有电源转换模块输出3.3V和5V电压为其他传感器供电。所以也不需要额外设计复杂的电源模块。Arduino控制板提供了60多个外设I/O，内设多个串口，可以直接连接多个传感器，无需外接RS232/RS485等模块。因而，本发明公开的基于GPRS的远程数据安全传输模块，比传统的数据传输模块更加简单，功耗更低，而且使用方便。
附图说明
图1是本发明公开的一种基于GPRS的远程数据安全传输模块的组成框图；
图2是本发明公开的一种基于GPRS的远程数据安全传输模块的数据传输流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本发明公开了一种基于GPRS的远程数据安全传输模块的组成框图。设计方案内容主要包括硬件设计和数据传输协议开发。
硬件设计如下：该基于GPRS的远程数据安全传输模块由控制芯片、GPRS模块、SIM卡和传感器模块组成。SIM卡与GRPS模块连接、控制芯片与GPRS模块和传感器模块连接。GPRS模块采用内置TCP/IP协议的SIM800A作为数据传输工具。传感器模块可以根据需要十分方便的自行添加，通常有温度传感器、湿度传感器、电压传感器、电流传感器、功率传感器和压力传感器等。
控制芯片采用目前物联网最流行的Arduino控制板，它有足够多的外设I/O，多组串行通信接口，无需外接RS232等模块即可采集设备所有运行监控数据。
传感器模块现场采集设备运行数据，通过串口发送给Arduino控制板，Arduino控制板将各传感器数据整合成定义好的MQTT协议数据格式，加上头部和尾部字段，通过GPRS模块根据自主设计的MQTT协议发送到远程数据中心。
本发明采用的是实时数据传输方式，Arduino控制板每隔一段时间才读取传感器模块数据，而读取之后会立即发送给远程数据中心，所以不需要额外添加存储模块。并且Arduino控制板只需要提高5V电压，Arduino内置有电源转换模块输出3.3V和5V电压为其他传感器供电。所以也不需要额外设计复杂的电源模块。Arduino控制板提供了60多个外设I/O，内设多个串口，可以直接连接多个传感器，无需外接RS232/RS485等模块。因而，本发明公开的一种基于GPRS的远程数据安全传输模块，比传统的数据传输模块更加简单，功耗更低，而且使用方便。
该基于GPRS的远程数据安全传输模块工作原理如下：首先传感器模块中包括的温度传感器、湿度传感器、压力传感器、电压传感器、电流传感器和功率传感器，将检测到的温度、湿度、压力、电压、电流和功率数据通过串口发送到Arduino控制板，Arduino控制板将各传感器采集的数据根据传输协议封装成数据包，然后在头部和尾部加上相应字段。然后通过GPRS模块发送给远程数据中心。头部字段和尾部字段作为识别标识，用于让远程数据中心识别此为数据包，并且可以检验数据的完整性。
如图2所示，本发明公开的一种基于GPRS的远程数据安全传输模块的数据传输流程图。GPRS数据传输流程主要有：初始化、连接服务器、发送数据和失败重连、失败重发初着几个关键步骤。始化主要包括：选择Client或Server模式，分别代表发送数据或接收数据；选择定时发送时间间隔；设置远程数据中心IP地址。初始化成功后会连接服务器，连接过程如果失败会重新连接，如果连接超过最高连接次数还未连成功则返回错误码。连接成功只发送封装好的数据包，如果失败会重新发送，如果发送超过最高发送次数还未成功则返回错误码。发送成功则断开本次连接，结束本次数据传输。经过初始化设定的时间后再次重新连接发送数据。
数据传输协议开发主要是封装符合自主应用需要的数据格式(即MQTT数据包)与传输失败处理，MQTT协议是为工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议。MQTT本身属于是会屏蔽数据内容，有很高的安全性。在发送数据前，将各传感器数据安装一定顺序组合，并且受到加入头部和尾部，这样数据传输与接收会更加的可靠。为了确保数据不丢失并，数据传输失败会重新发送。GPRS模块失败重连与失败重发都人为设定一个最高次数，避免可能的死循环，而导致数据传输模块瘫痪。错误超过最高次数会，将会返回错误码，等待下一次数据。本发明采用MQTT协议是一种小型传输，开销小、网络流量低，并且比传统的数据传输协议更安全、更可靠。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于GPRS的远程数据安全传输模块，其特征在于，所述远程数据安全传输模块包括：控制芯片、GPRS模块、SIM卡和传感器模块，
所述SIM卡与所述GRPS模块连接，所述控制芯片分别与所述GPRS模块和所述传感器模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于GPRS的远程数据安全传输模块，其特征在于，所述控制芯片为arduino控制板。
3.根据权利要求1所述的一种基于GPRS的远程数据安全传输模块，其特征在于，所述传感器模块包括：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、电压传感器和/或电流传感器。
4.根据权利要求2所述的一种基于GPRS的远程数据安全传输模块，其特征在于，所述传感器模块实时采集数据并将数据通过串口发送给所述Arduino控制板。
5.根据权利要求4所述的一种基于GPRS的远程数据安全传输模块，其特征在于，所述Arduino控制板接收到所述传感器模块的数据后，将各传感器数据整按照预先定义的数据包协议数据顺序并加上头尾字段整合成待发送数据包，通过所述GPRS模块发送到远程数据中心。
6.根据权利要求5所述的一种基于GPRS的远程数据安全传输模块，其特征在于，所述GPRS模块采用基于TCP/IP的MQTT协议与远程数据中心进行数据传输。
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