無線數(shù)傳電臺在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用與設(shè)計

吳忠華

【摘 要】本設(shè)計分析討論了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控中心和監(jiān)控單元之間如何能夠通過無線電臺傳輸數(shù)據(jù)，構(gòu)成無線監(jiān)控系統(tǒng)，所制定的通信協(xié)議可以很好的完成無線數(shù)傳電臺間通信數(shù)據(jù)的可靠接收與發(fā)送。采用無線通訊組網(wǎng)方式來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)傳輸，適用于布線或線路維護(hù)不便，需頻繁傳送大流量數(shù)據(jù)的應(yīng)用場合。

【關(guān)鍵詞】遠(yuǎn)程監(jiān)控;無線電臺;通信協(xié)議;無線通訊

0 緒論

隨著無線電技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，無線數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)已成為當(dāng)前應(yīng)用的熱點(diǎn)，特別是對于交通、電力、供電等場所不固定、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控實(shí)時性要求不是特別嚴(yán)格且有線網(wǎng)絡(luò)加設(shè)受到種種條件限制的環(huán)境下，采用基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有其它方式無可比擬的優(yōu)勢。

數(shù)傳電臺是指借助DSP技術(shù)和無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高性能專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸電臺。即采用數(shù)字信號處理、數(shù)字調(diào)制解調(diào)、具有前向糾錯、均衡軟判決等功能的無線數(shù)據(jù)傳輸電臺。區(qū)別與模擬調(diào)頻電臺加MODEM的模擬式數(shù)傳電臺，數(shù)字電臺提供透明的RS232接口，傳輸速率達(dá)19.2Kbps，收發(fā)轉(zhuǎn)換時間小于10ms，具有場強(qiáng)、溫度、電壓等指示，誤碼統(tǒng)計、狀態(tài)告警、網(wǎng)絡(luò)管理等功能。

用無線電臺方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，監(jiān)視與控制，相對于架設(shè)專用電纜，具有造價低廉，施工快捷，運(yùn)行可靠，維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。此外，無線電臺傳輸?shù)幕緝?nèi)容是無線數(shù)字通信系統(tǒng)，與模擬通信系統(tǒng)相比，抗干擾能力強(qiáng)、誤碼率低、信號格式統(tǒng)一。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由三層組成：上層是監(jiān)控PC機(jī)，中間層是數(shù)傳電臺及無線點(diǎn)破組成的通訊鏈路層，下層是下位機(jī)、外圍PC及各種變送儀表等。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

1.1 下位機(jī)的功能簡介

監(jiān)控機(jī)采用PC，它能為操作人員提供一個良好的人機(jī)界面，PC通過RS-232與數(shù)傳電臺相連進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，它的主要功能是信道的建立，數(shù)據(jù)的接收、校驗處理與打包發(fā)送，參數(shù)和狀態(tài)的查詢、報表與圖表輸出，數(shù)據(jù)庫的更新與維護(hù)。

下位機(jī)是各種壓力、流量、溫度、氣體探側(cè)報警等變送儀表，通過轉(zhuǎn)換電器進(jìn)入計算機(jī)。主要功能是對被測對象進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測和控制，數(shù)據(jù)采集和對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送，對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗和拆包，同時能主動建立通信鏈路存儲、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給監(jiān)控機(jī)。

1.2 無線電臺的設(shè)計及使用步驟

無線數(shù)傳電臺采用DSP技術(shù)、數(shù)字調(diào)制解調(diào)、信道編碼、前向糾錯、尾噪聲抑制等多項技術(shù)。設(shè)備具有發(fā)射啟動快、收發(fā)轉(zhuǎn)換快，可以連續(xù)發(fā)射、功耗低、工作溫度范圍廣。它可以半雙工或單工方式上作，而其電臺本身的數(shù)據(jù)接口為標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口。

MDS數(shù)字電臺可用于一點(diǎn)對多點(diǎn)通訊及一對一的通訊，對于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)一般都是到多個監(jiān)控單元和監(jiān)控中心的通訊，所以采用一點(diǎn)對多點(diǎn)的通訊方式。

具體使用步驟如下：

（1）電臺連接，電臺上的接口都是透明的，與計算機(jī)連接起來很方便。通過轉(zhuǎn)接線，把電臺的RS-232接口與計算機(jī)的串行口相連。

（2）電臺初始化，接通電源，電臺開始上作之前，要初始化設(shè)置。電臺的設(shè)置與計算機(jī)串口的設(shè)置相同。其它參數(shù)取默認(rèn)值。當(dāng)然，兩臺電臺的設(shè)置是相同的。

（3）啟動電臺進(jìn)行通訊，參數(shù)設(shè)置成功后，電臺就可以供作了。該型號的電臺是靠數(shù)據(jù)直接啟動，在沒有數(shù)據(jù)時，電臺處于體眠等待狀態(tài)，一旦數(shù)據(jù)來臨就啟動發(fā)送或接收電路，開始工作。如果一定時間段內(nèi)沒有數(shù)據(jù)來臨，電臺重回體眠狀態(tài)。

2 系統(tǒng)的通信協(xié)議的設(shè)計

為了保證監(jiān)控中心與遠(yuǎn)動終端實(shí)現(xiàn)通訊，兩者必須有一定的通訊格式。由于一個監(jiān)控中心同時監(jiān)控多臺監(jiān)控終端，所以本設(shè)計系統(tǒng)采用的是地址位模式的廣播通訊方式，其基本的通訊格式為：

1）主機(jī)回送數(shù)據(jù)的命令格式

2）主機(jī)對監(jiān)控終端的參數(shù)設(shè)定

在實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)中，有時需要對監(jiān)控參數(shù)的超限值進(jìn)行設(shè)定，以達(dá)到當(dāng)監(jiān)控參數(shù)超限時進(jìn)行報警或保護(hù)。參數(shù)設(shè)定的通訊格式與回送數(shù)據(jù)的通訊格式大體相同。

其命令格式表示為：

3）監(jiān)控終端向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)格式

監(jiān)控終端向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)格式與前述的大體相同。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

對于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控中心采用主從式半雙工與監(jiān)控終端通信，監(jiān)控中心主動查詢從站，從站在接收到數(shù)據(jù)正確數(shù)據(jù)包后，做出響應(yīng)。由于監(jiān)控中心與監(jiān)控終端通信時，數(shù)據(jù)包的長度隨著不同的命令而不同，通信的時間也不相同。監(jiān)控終端就需要能夠適應(yīng)監(jiān)控中心的任何時刻的任一種控制命令的正常通信。為了能夠適應(yīng)以上的各種情況，監(jiān)控終端采用中斷的方式與監(jiān)控中心之間的通信。

上位機(jī)通信程序用VB編程，下位機(jī)用匯編語言編寫，上位機(jī)的通訊流程圖如圖2所示。

監(jiān)控終端與監(jiān)控中心之間的通信遵循設(shè)計的通訊協(xié)議，包括幀開始，命令字，數(shù)據(jù)，幀校驗和幀結(jié)束標(biāo)志等。對于某一特定的命令字，幀的長度是固定的。監(jiān)控終端接收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)形式可以判斷數(shù)據(jù)幀的類型和長度。

4 結(jié)論

無線數(shù)傳電臺作為一種通訊媒介，提供某些特殊條件下專網(wǎng)中監(jiān)控信號的實(shí)時、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，具有成本低、安裝維護(hù)方便、繞射能力強(qiáng)、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活、覆蓋范圍遠(yuǎn)的特點(diǎn)，適合點(diǎn)多而分散、地理環(huán)境復(fù)雜等場合。所制定的通信協(xié)議可以很好的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠接收和發(fā)送，并且增加了軟件上的糾錯功能來克服一些突發(fā)干擾。無線數(shù)傳電臺可廣泛應(yīng)用于電力、油田、煤礦、城市水處理、集中供熱等一些市政工程以及鐵路監(jiān)控、報警系統(tǒng)、現(xiàn)代工業(yè)設(shè)施、灌溉、森林等系統(tǒng)或設(shè)施中的數(shù)據(jù)傳輸。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]