CN114979825A - 一种基于无线通信的数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无线通信的数据采集系统，所述系统包括无线采集模块以及GPRS传输模块，且无线采集模块采集现场电力数据，电力数据通过GPRS传输模块传输回远程终端。数据采集系统将无线采集模块与GPRS传输模块器组合成具有远程无线通信功能的数据采集系统，通过相应的监控软件对传感器节点温度采集，从而掌握了整个网络的温度状况，对采集到的温度信息以直观的数字、图片形式反映出来，利用GPRS终端组建远程无线通信网络，进行GPRS终端的硬件设计，通过GSM网络以SMS的方式完成了监控中心服务器端对各桥梁现场主站的应变信息采集，便于使用。

Description

一种基于无线通信的数据采集系统
技术领域
本发明涉及数据采集系统领域，具体涉及一种基于无线通信的数据采集系统。
背景技术
长期以来，大部分供暖单位对用户供暖信息采集都采用人工作业，即当住户反映问题后，派人到各住户家中人工采集温度信息，这种人工采集方式主要有以下缺陷：住户供暖出现问题，供暖单位采集供暖信息只能在早、晚住户休息时间进行，采集成功率很低，工作强度大，因为多数用户住在较高楼层，因此人工温度采集变成了劳动强度很大的工作，对住户供暧信息掌握不清，供暖质量问题引发纠纷，当供电单位在供暖质量上无法达到用户的满意时，常常会引起双方的供暖纠纷。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无线通信的数据采集系统，以解决背景技术中不足。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于无线通信的数据采集系统，所述系统包括无线采集模块以及GPRS传输模块，且无线采集模块采集现场电力数据，电力数据通过GPRS传输模块传输回远程终端。
优选的，所述无线采集模块包括数据采集单元、MCU单元、无线收发单元、供电单元、串口通信单元以及地址单元，根据选择的器件、设计外围应用电路和接口电路，提出适合本系统的抗干扰措施；
优选的，数据采集单元：数据采集节点依靠自身装载的传感器来获取信息，传感器将信号转换为电平信号后，根据协议帧的转换格式，通过串口传给数据处理模块；
优选的，MCU单元：在系统中主要承担数据融合、协议处理和通信相关的处理的任务；数据融合、协议处理和与通信相关的处理；
优选的，无线收发单元：无线收发模块完成基带信号与空间信号之间转换的功能，设计中要考虑能源受限、体积受限等因素；
优选的，供电单元：采用DC电池作为电源，并在每个电路板上分别进行AC-DC模块转换，并将变换出的直流电压为电路供电；由于工作时间很长电池的值守电流也是节点最大的能量消耗，所以节点中使用的电池的值守电流应尽可能地小；
优选的，串口通讯单元：实现主数据采集器与PC机的数据通讯；
优选的，地址单元：通过手动更改数据采集节点的物理地址，以区分各数据采集节点的位置和无线数据传输中的职能。
优选的，GPRS传输模块是在现有的GSM网络中增加了网关支持节点和服务支持节点两个节点来实现的，原有的GSM系统中的绝大部件都不需要做硬件改动，只需进行软件升级；
优选的，GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、调频规则以及相同的时分多址帧结构，可以这样说，GPRS网络只是GSM网络的一个升级，它是向下兼容的，在GSM网络中具有的功能，在GPRS网络中同样存在，只是GPRS网络的功能更加强大、更加丰富；
优选的，GPRS传输模块包括移动单元、基站单元、业务交换单元、服务支持节点、网关支持节点、归属位置寄存器以及设备识别寄存器，其中：
优选的，移动单元：它是接入移动通信系统的电信业务设备，它是由移动设备和用户身份模块组成；
优选的，基站单元：它由基站收发信台和基站台控制器组成，它与移动业务交换中心(MSC)的接口符合GSM08系列建议，负责在一定区域内和移动单元通信，一个BSS的无线设备可以覆盖一个或多个小区，一个BSS包含一个或多个基站；
优选的，业务交换单元：是协调去GSM系统或来自GSM系统的呼叫，它主要由交换机及支持呼叫所需的几个数据库组成，它还是GSM网和公共交换电话网之间的接口，并且完成由MSC负责区域移动用户所有的交换和信令功能；
优选的，服务支持节点：它是GPRS骨干网与无线接入网之间的接口，它是为移动单元提供业务的节点，在激活GPRS业务时，建立起一个移动性管理环境，包含关于这个移动单元的移动性和安全性方面的信息，服务支持节点的功能包括：
A、将分组交换到正确的BSS建立数据到相应网关支持节点的路由；
B、对移动单元的加密、认证、移动性管理和逻辑链路管理；
C、提供到HLR等数据库的连接，支持计费数据收集和话务管理；
优选的，网关支持节点：它是外部数据网与GPRS核心网之间的网关节点，网关支持节点通过配置一个分组数据协议地址被分组数据网接入，它存储属于这个节点的GPRS业务用户的路由信息，并根据该信息将分组数据单元利用隧道技术发送到MS的当前的业务接入点，即SGSN，网关支持节点主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN以及LAN等，网关支持节点可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络；
优选的，归属位置寄存器：它是用于移动用户管理的数据库，从逻辑上讲，每个移动网有一个HLR，HLR所存储的用户信息分为两类：一类是一些永久性的信息，例如用户类别、业务限制、电信业务、承载业务、补充业务、用户的国际移动用户识别码以及用户的保密参数等；另一类是有关用户当前位置的临时性信息，例如移动用户漫游号等，用于建立至移动单元的呼叫路由；
优选的，设备识别寄存器：它是存储有关移动单元设备参数的数据库，设备识别寄存器实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动单元使用。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
(1)该数据采集系统将无线采集模块与GPRS传输模块器组合成具有远程无线通信功能的数据采集系统，通过相应的监控软件对传感器节点温度采集，从而掌握了整个网络的温度状况，对采集到的温度信息以直观的数字、图片形式反映出来；
(2)系统可自适应选择无线传输路径的路由协议，通过采用借助中间节点以多跳路由的方式将数据传送到目的节点，增强了网络运行的可靠性，信息的传输性能、温度检测精度得到显著提升，系统的整体性能更加稳定；
(3)利用GPRS终端组建远程无线通信网络，进行GPRS终端的硬件设计，通过GSM网络以SMS的方式完成了监控中心服务器端对各桥梁现场主站的应变信息采集，便于使用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明无线采集模块的网络结构示意图。
图2为本发明GPRS传输模块的网络结构示意图。
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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
实施例1
请参阅图1所示，本实施例所述一种基于无线通信的数据采集系统，所述系统包括无线采集模块以及GPRS传输模块，且无线采集模块采集现场电力数据，电力数据通过GPRS传输模块传输回远程终端。
进一步的，所述无线采集模块包括数据采集单元、MCU单元、无线收发单元、供电单元，所述无线采集模块包括数据采集单元、MCU单元、无线收发单元以及供电单元，数据采集单元采集数据发送至MCU单元处理，MCU单元通过无线收发单元与供电单元远程通信，根据选择的器件、设计外围应用电路和接口电路，提出适合本系统的抗干扰措施；
(1)数据采集单元：数据采集节点依靠自身装载的传感器来获取信息，传感器将信号转换为电平信号后，根据协议帧的转换格式，通过串口传给数据处理模块；
(2)MCU单元：在系统中主要承担数据融合、协议处理和通信相关的处理的任务；数据融合、协议处理和与通信相关的处理；
(3)无线收发单元：无线收发模块完成基带信号与空间信号之间转换的功能，设计中要考虑能源受限、体积受限等因素；
(4)供电单元：采用DC电池作为电源，并在每个电路板上分别进行AC-DC模块转换，并将变换出的直流电压为电路供电；由于工作时间很长电池的值守电流也是节点最大的能量消耗，所以节点中使用的电池的值守电流应尽可能地小；
(5)串口通讯单元：实现主数据采集器与PC机的数据通讯；
(6)地址单元：通过手动更改数据采集节点的物理地址，以区分各数据采集节点的位置和无线数据传输中的职能。
实施例2
请参阅图2所示，GPRS传输模块是在现有的GSM网络中增加了网关支持节点和服务支持节点两个节点来实现的，原有的GSM系统中的绝大部件都不需要做硬件改动，只需进行软件升级；
GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、调频规则以及相同的时分多址帧结构，可以这样说，GPRS网络只是GSM网络的一个升级，它是向下兼容的，在GSM网络中具有的功能，在GPRS网络中同样存在，只是GPRS网络的功能更加强大、更加丰富；
GPRS传输模块包括移动单元、基站单元、业务交换单元、服务支持节点、网关支持节点、归属位置寄存器以及设备识别寄存器，其中：
(1)移动单元：它是接入移动通信系统的电信业务设备，它是由移动设备和用户身份模块组成；
(2)基站单元：它由基站收发信台和基站台控制器组成，它与移动业务交换中心(MSC)的接口符合GSM08系列建议，负责在一定区域内和移动单元通信，一个BSS的无线设备可以覆盖一个或多个小区，一个BSS包含一个或多个基站；
(3)业务交换单元：是协调去GSM系统或来自GSM系统的呼叫，它主要由交换机及支持呼叫所需的几个数据库组成，它还是GSM网和公共交换电话网之间的接口，并且完成由MSC负责区域移动用户所有的交换和信令功能；
(4)服务支持节点：它是GPRS骨干网与无线接入网之间的接口，它是为移动单元提供业务的节点，在激活GPRS业务时，建立起一个移动性管理环境，包含关于这个移动单元的移动性和安全性方面的信息，服务支持节点的功能包括：
A、将分组交换到正确的BSS建立数据到相应网关支持节点的路由；
B、对移动单元的加密、认证、移动性管理和逻辑链路管理；
C、提供到HLR等数据库的连接，支持计费数据收集和话务管理；
(5)网关支持节点：它是外部数据网与GPRS核心网之间的网关节点，网关支持节点通过配置一个分组数据协议地址被分组数据网接入，它存储属于这个节点的GPRS业务用户的路由信息，并根据该信息将分组数据单元利用隧道技术发送到MS的当前的业务接入点，即SGSN，网关支持节点主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN以及LAN等，网关支持节点可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络；
(6)归属位置寄存器：它是用于移动用户管理的数据库，从逻辑上讲，每个移动网有一个HLR，HLR所存储的用户信息分为两类：一类是一些永久性的信息，例如用户类别、业务限制、电信业务、承载业务、补充业务、用户的国际移动用户识别码以及用户的保密参数等；另一类是有关用户当前位置的临时性信息，例如移动用户漫游号等，用于建立至移动单元的呼叫路由；
(7)设备识别寄存器：它是存储有关移动单元设备参数的数据库，设备识别寄存器实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动单元使用。
实施例3
请参阅图2所示，GPRS传输模块是在现有的GSM网络中增加了网关支持节点和服务支持节点两个节点来实现的，原有的GSM系统中的绝大部件都不需要做硬件改动，只需进行软件升级；
GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、调频规则以及相同的时分多址帧结构，可以这样说，GPRS网络只是GSM网络的一个升级，它是向下兼容的，在GSM网络中具有的功能，在GPRS网络中同样存在，只是GPRS网络的功能更加强大、更加丰富；
GPRS传输模块包括移动单元、基站单元、业务交换单元、服务支持节点、网关支持节点、归属位置寄存器以及设备识别寄存器，其中：
(1)移动单元：它是接入移动通信系统的电信业务设备，它是由移动设备和用户身份模块组成；
(2)基站单元：它由基站收发信台和基站台控制器组成，它与移动业务交换中心(MSC)的接口符合GSM08系列建议，负责在一定区域内和移动单元通信，一个BSS的无线设备可以覆盖一个或多个小区，一个BSS包含一个或多个基站；
(3)业务交换单元：是协调去GSM系统或来自GSM系统的呼叫，它主要由交换机及支持呼叫所需的几个数据库组成，它还是GSM网和公共交换电话网之间的接口，并且完成由MSC负责区域移动用户所有的交换和信令功能；
(4)服务支持节点：它是GPRS骨干网与无线接入网之间的接口，它是为移动单元提供业务的节点，在激活GPRS业务时，建立起一个移动性管理环境，包含关于这个移动单元的移动性和安全性方面的信息，服务支持节点的功能包括：
A、将分组交换到正确的BSS建立数据到相应网关支持节点的路由；
B、对移动单元的加密、认证、移动性管理和逻辑链路管理；
C、提供到HLR等数据库的连接，支持计费数据收集和话务管理；
(5)网关支持节点：它是外部数据网与GPRS核心网之间的网关节点，网关支持节点通过配置一个分组数据协议地址被分组数据网接入，它存储属于这个节点的GPRS业务用户的路由信息，并根据该信息将分组数据单元利用隧道技术发送到MS的当前的业务接入点，即SGSN，网关支持节点主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN以及LAN等，网关支持节点可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络；
(6)归属位置寄存器：它是用于移动用户管理的数据库，从逻辑上讲，每个移动网有一个HLR，HLR所存储的用户信息分为两类：一类是一些永久性的信息，例如用户类别、业务限制、电信业务、承载业务、补充业务、用户的国际移动用户识别码以及用户的保密参数等；另一类是有关用户当前位置的临时性信息，例如移动用户漫游号等，用于建立至移动单元的呼叫路由；
(7)设备识别寄存器：它是存储有关移动单元设备参数的数据库，设备识别寄存器实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动单元使用.
本实施例中，GPRS传输模块的GPRS终端采用WaveCom公司的Q2403A核心模块，Q2403A核心模块基于EGSM/GPRS900/1800MHz双频，带有16M的闪存和2M的SRAM，支持class2，通过AT指令控制，具有如下特点：
体积大小：58.3X32.2X3.9mm，执行ETSIGSMPhase2+的标准；下载速率：26.8kbps，上传速率：13.4kbps，功耗为2W(900M)和1W(1800M)，SIM3V/5V和SIM检测，支持GPRSWAP；
Q2403A核心模块有三个部分与外部连接：RF无线射频连接点(与天线连接)，RF板和IMP板间连接器，与数字、键盘、音频和电源连接的连接器；
Q2403A核心模块的正常运行需要相应的外围电路与其配合，共有60个引脚，通过接口分别与电源电路、启动与关机电路、数据通信电路、SIM卡电路、指示灯电路等连接；
主要接口有：单一天线接口，电源，3VSIM卡和SIM卡监测(5VSIM卡需要外围电路转换)，两个麦克风输入和两个扬声器输出，串口接口，模拟到数字转换：5X5键盘10线输入，一个蜂鸣器输出，另外与RS-232串口连接支持AT命令控制43，44)，支持的波特率为：300-115，200bps，自动波特率监测(300-38，400bps)；
连接器的60引脚用于连接Q2403A核心模块和主板中的各个功能模块，如LCD模块，键盘，SIM卡连接器或电源等，其中，RF无线射频功能满足Phase2EGSM900/GSM1800标准；
射频部分包括以下特定双频芯片：低中频接收器、双端射频合成器、数字降频转换器、补偿式锁相回路发射器以及双频段PA模块，电源是设计GPRS终端中的一个关键问题，电路设计中需要提供两个不同输入电源，其中一个电源用于驱动RF部分，另一个电源用于驱动基带部分，工作电压在3.3V-4.SV范围，所以我们可以把VBATT和VDD直接连接，但如果两个电源是互相独立存在，它们的状态必须要一致，比如同时激活或不激活。
Q2403A核心模块通过SPI总线或两个有线接口连接到LCD模块驱动器，其中SPI总线包括一个CLK信号，一个I0信号和一一个使能信号，符合SPI总线标准，最大传输率为3.25Mbps，两个有线接口包括一个CLK信号和一个数据信号，符合标准96KHz接口，最大传输率为400Kbps，此外还有一个SPI片使能端，必须通过一个SPI外围设备才能连接到Q2403A核心模块；
对于键盘接口，实现其功能并不能完全依靠使用AT命令，利用AT+CMER命令我们可以从输入端获得按键码，但按键码的处理必须使用应用程序。SIM接口主要用于控制一个3VSIM卡，SIM卡的接口功能完全遵从GSM11.11标准，Q2403A核心模块提供了六个通用输入/输出口，三个通用输出口和一个通用输入口，它们用于控制所有外部设备，如LCD等；
(1)该数据采集系统将无线采集模块与GPRS传输模块器组合成具有远程无线通信功能的数据采集系统，通过相应的监控软件对传感器节点温度采集，从而掌握了整个网络的温度状况，对采集到的温度信息以直观的数字、图片形式反映出来；
(2)系统可自适应选择无线传输路径的路由协议，通过采用借助中间节点以多跳路由的方式将数据传送到目的节点，增强了网络运行的可靠性，信息的传输性能、温度检测精度得到显著提升，系统的整体性能更加稳定；
(3)利用GPRS终端组建远程无线通信网络，进行GPRS终端的硬件设计，通过GSM网络以SMS的方式完成了监控中心服务器端对各桥梁现场主站的应变信息采集，便于使用。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于无线通信的数据采集系统，其特征在于：所述系统包括无线采集模块以及GPRS传输模块，且无线采集模块采集现场电力数据，电力数据通过GPRS传输模块传输回远程终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的数据采集系统，其特征在于：所述无线采集模块包括数据采集单元、MCU单元、无线收发单元以及供电单元，数据采集单元采集数据发送至MCU单元处理，MCU单元通过无线收发单元与供电单元远程通信。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线通信的数据采集系统，其特征在于：所述数据采集单元数据采集节点依靠自身装载的传感器来获取信息，传感器将信号转换为电平信号。
4.根据权利要求3所述的一种基于无线通信的数据采集系统，其特征在于：所述无线收发单元完成基带信号与空间信号之间的转换。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的数据采集系统，其特征在于：所述GPRS传输模块包括移动单元、基站单元、业务交换单元、服务支持节点、网关支持节点、归属位置寄存器以及设备识别寄存器。
6.根据权利要求5所述的一种基于无线通信的数据采集系统，其特征在于：所述移动单元接入移动通信系统的电信业务设备，由移动设备和用户身份模块组成。
7.根据权利要求6所述的一种基于无线通信的数据采集系统，其特征在于：所述服务支持节点是GPRS骨干网与无线接入网之间的接口，为移动单元提供业务的节点，在激活GPRS业务时，建立起一个移动性管理环境，包含关于这个移动单元的移动性和安全性方面的信息，服务支持节点的功能包括：
A、将分组交换到正确的BSS建立数据到相应网关支持节点的路由；
B、对移动单元的加密、认证、移动性管理和逻辑链路管理；
C、提供到HLR等数据库的连接，支持计费数据收集和话务管理。
8.根据权利要求5-7任一项所述的一种基于无线通信的数据采集系统，其特征在于：所述网关支持节点是外部数据网与GPRS核心网之间的网关节点，网关支持节点通过配置一个分组数据协议地址被分组数据网接入，存储属于这个节点的GPRS业务用户的路由信息，并根据该信息将分组数据单元利用隧道技术发送到MS的当前的业务接入点。
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