廈門才茂GPRS DTU糧庫監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用方案
時間：2016-01-19 來源：本站原創(chuàng)第一部分 前言
隨著人們生活水平的提高，高科技技術(shù)的運用。很多物品的庫存量越來越多，象糧食等物品堆積在倉庫里，如果不進行妥善的 保管，就會造成不必要的損失，這就需要對其進行監(jiān)控?？上攵?，這需要很大的人力、物力。隨著計算機的普及，自動監(jiān)測系統(tǒng) 也被運用在倉庫等地方，這就減少了大量的人力、物力。使用計算機自動監(jiān)測系統(tǒng)，對糧倉內(nèi)的溫度、濕度的測量，由計算機實現(xiàn)庫內(nèi)溫度濕度的高低超限報警，并可智能地控制風(fēng)機、谷物冷卻器及糧食干燥機等輔助設(shè)計，從而使倉內(nèi)糧食達到并保持安全的儲藏條件。
通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，主控室計算機可集中監(jiān)測顯示各糧倉的溫濕度實時值、平均值及各個傳感器的短路、斷路信息和實時報警信息等，并進行歷史數(shù)據(jù)存儲及查詢、打印。
第二部分 GPRS網(wǎng)絡(luò)簡介
GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(GeneralPacketRadioService)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的，是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM同樣的無線調(diào)制標準、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu)。這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似，因此現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。相對原來GSM的撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，GPRS是分組交換技術(shù)，具有“實時在線”、“按量計費”、“快捷登錄”、“高速傳輸”、“自如切換”的優(yōu)點。
第三部分 廈門才茂GPRS DTU 產(chǎn)品特點
廈門才茂GPRS DTU是基于移動GPRS網(wǎng)絡(luò)，針對工業(yè)監(jiān)控、交通管理、金融等行業(yè)的數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用開發(fā)的。與數(shù)據(jù)中心的接口設(shè)備一起提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道，組成用戶專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
DTU：20Ppin RS232/RS485/TTL接口，內(nèi)置式，適用于各種應(yīng)用的二次開發(fā)。
DTU原理框圖參見下圖：
?32位 ARM9處理器
?64M Sram & 16M Flash
?Siemens公司高性能工業(yè)級GPRS模塊MC39I
產(chǎn)品特點：
?采用低功耗高性能的嵌入式處理器，可高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù)
?內(nèi)嵌標準的TCP/IP協(xié)議棧，數(shù)據(jù)終端永遠在線
?支持全透明方式下多中心數(shù)據(jù)傳輸
?支持根據(jù)域名和IP地址訪問中心
?多種工作模式選擇，使用方便、靈活
?軟硬件看門狗設(shè)計，保證系統(tǒng)穩(wěn)定
?采用5V~35V電壓，供電電源適應(yīng)性更寬
?抗干擾設(shè)計，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用需求
?方便的系統(tǒng)配置和維護借口
?支持串口軟件升級和遠程維護
第四部分 系統(tǒng)組成
GPRS無線網(wǎng)絡(luò)糧庫監(jiān)控系統(tǒng)是國內(nèi)先進的遠程監(jiān)控技術(shù)，利用計算機技術(shù)、移動通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及測試技術(shù)建立的軟硬件相結(jié)合平臺。該系統(tǒng)運用數(shù)字移動通信技術(shù)，改變了一線一測點的模擬信號傳輸結(jié)構(gòu)并導(dǎo)入移動通信技術(shù)，在主機與分機之間實現(xiàn)無線通訊。具有儲糧物態(tài)檢測，機械通風(fēng)控制、超值報警、遠程信息傳輸?shù)裙δ?，同時開展糧倉氣流分析、糧堆發(fā)熱結(jié)露分析等擴充功能的開發(fā)與研究。它代表了糧情測控的國內(nèi)領(lǐng)先水平和發(fā)展方向。
針對中央直屬儲備糧食倉庫監(jiān)管量大、倉庫布點分散、空間距離遙遠和糧食監(jiān)測參數(shù)繁多等特點，我們設(shè)計了用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的方式實現(xiàn)糧庫現(xiàn)場參數(shù)的數(shù)據(jù)采集和遠程傳輸方案，真正實現(xiàn)了糧庫的多點、遠程、實時、同步的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸，方便、快捷、經(jīng)濟、可靠、安全的進行糧庫的分布式集中測控。
（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
整個糧庫遠程監(jiān)控系統(tǒng)如上圖所示由三部分組成：現(xiàn)場采集控制部分、GPRS 數(shù)據(jù)傳輸部分、監(jiān)控中心。
客戶通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備PLC完成與 GPRS DTU 的數(shù)據(jù)交互。PLC 將糧庫里各信息參數(shù)實時采集后通過 RS-485 (RS232/RS442/TTL可選) 串口通信方式定時將數(shù)據(jù)送往 GPRS DTU，在由DTU通過Internet轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)中心；同時，PLC 實時接收由中心通過 GPRS DTU 傳輸發(fā)來的數(shù)據(jù)指令完成相應(yīng)控制功能。
監(jiān)控中心通過GPRS DTU接收來自各糧庫的信息數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行存儲、歷史趨勢分析、報表打印等。
（三）系統(tǒng)主要功能
遠程自動監(jiān)測功能：能根據(jù)用戶的要求，對糧庫的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集、統(tǒng)計、 分析、并自動生成各種報表和圖表，建立和存儲糧庫的倉儲歷史檔案；故障告警和提示功 能：能監(jiān)測現(xiàn)場糧情，并上報管理中心，通知庫管人員前去處理；
遙測功能：能在糧庫管理中心對轄區(qū)內(nèi)各糧庫的溫度、濕度、蟲情、庫容、陳化度、水分、煙霧和防盜等進行測量；
A.公網(wǎng)方案
中心用一個服務(wù)器組作為中心接收，中心采用 ADSL 等 INTELNET 公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定 IP 或者公網(wǎng)動態(tài) IP+DNS 解析服務(wù)。此種方案先向 INTERNET 運營商申請 ADSL 等寬帶業(yè)務(wù)。 1) 中心公網(wǎng)固定IP：監(jiān)控點直接向中心固定 IP 發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。（固定 IP 費用比較貴） 2) 中心公網(wǎng)動態(tài) IP+DNS 解析服務(wù)：大部分 IP 都是動態(tài)的，而且費用相對便宜。 客戶先與 DNS 服務(wù)商聯(lián)系開通動態(tài)域名，動態(tài)域名解析軟件網(wǎng)址如下：（可以先申請免費的二級域名進行測試）
花生殼域名解析 http://www.oray.net/mian
88IP 域名解析 http://www.88ip.com/
注意：監(jiān)控點先采用域名尋址方式連接 DNS 服務(wù)器，再由 DNS 服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動態(tài) IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定 IP 的費用，但穩(wěn)定性受制于 DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的 DNS 服務(wù)商。
B.專網(wǎng)方案
1、根據(jù)客戶內(nèi)部網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)安全的特殊要求，決定采用中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)的專用APN形式入網(wǎng)：
?通過一條2M專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有IP地址進行廣域連接，在移動認證路由器與用戶認證路由器之間建立加密隧道。
?為客戶分配專用的APN，普通用戶不能進入該APN。只有GPRS專網(wǎng)卡才能進入該APN網(wǎng)絡(luò)，防止其他非法用戶的進入。
?用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠程認證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。
?用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。
?端到端加密：移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。
?雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
2．APN業(yè)務(wù)流程
GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)終端上網(wǎng)登錄服務(wù)器平臺的流程為：
1）用戶發(fā)出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)專門分配的專網(wǎng)APN；
2）根據(jù)請求中的APN，SGSN向DNS服務(wù)器發(fā)出查詢請求，找到與企業(yè)服務(wù)器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN；
3）GGSN將用戶認證信息（包括手機號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進行認證；
4）Radius認證服務(wù)器看到手機號等認證信息，確認是合法用戶發(fā)來的請求，向DHCP服務(wù)器請求分配用戶地址；
5）Radius認證通過后，由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶地址的確認信息；
6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數(shù)據(jù)包，對GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)信息查詢和業(yè)務(wù)處理平臺進行訪問。
第六部分 結(jié)束語
以GPRS為基礎(chǔ)的無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)有很廣泛的應(yīng)用，GPRS使互聯(lián)網(wǎng)進入無線領(lǐng)域，一直延伸到手掌上。除了支持傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，GPRS也可使無線終端支持B2B、B2C的電子商務(wù)和電子支付、股票交易、銀行轉(zhuǎn)帳等應(yīng)用。GPRS同樣可以應(yīng)用于公司內(nèi)部網(wǎng)(INTRANET)，基于IP的遠程LAN接入，使無線終端成為LAN的延伸，幾乎所有低速率的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)都可以應(yīng)用，如對電力系統(tǒng)自動化、工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象、金融、環(huán)保監(jiān)測、煤礦、油田、證券等行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
隨著人們生活水平的提高，高科技技術(shù)的運用。很多物品的庫存量越來越多，象糧食等物品堆積在倉庫里，如果不進行妥善的 保管，就會造成不必要的損失，這就需要對其進行監(jiān)控?？上攵?，這需要很大的人力、物力。隨著計算機的普及，自動監(jiān)測系統(tǒng) 也被運用在倉庫等地方，這就減少了大量的人力、物力。使用計算機自動監(jiān)測系統(tǒng)，對糧倉內(nèi)的溫度、濕度的測量，由計算機實現(xiàn)庫內(nèi)溫度濕度的高低超限報警，并可智能地控制風(fēng)機、谷物冷卻器及糧食干燥機等輔助設(shè)計，從而使倉內(nèi)糧食達到并保持安全的儲藏條件。
通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，主控室計算機可集中監(jiān)測顯示各糧倉的溫濕度實時值、平均值及各個傳感器的短路、斷路信息和實時報警信息等，并進行歷史數(shù)據(jù)存儲及查詢、打印。
第二部分 GPRS網(wǎng)絡(luò)簡介
GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(GeneralPacketRadioService)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的，是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM同樣的無線調(diào)制標準、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu)。這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似，因此現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。相對原來GSM的撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，GPRS是分組交換技術(shù)，具有“實時在線”、“按量計費”、“快捷登錄”、“高速傳輸”、“自如切換”的優(yōu)點。
第三部分 廈門才茂GPRS DTU 產(chǎn)品特點
廈門才茂GPRS DTU是基于移動GPRS網(wǎng)絡(luò)，針對工業(yè)監(jiān)控、交通管理、金融等行業(yè)的數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用開發(fā)的。與數(shù)據(jù)中心的接口設(shè)備一起提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道，組成用戶專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
DTU：20Ppin RS232/RS485/TTL接口，內(nèi)置式，適用于各種應(yīng)用的二次開發(fā)。
DTU原理框圖參見下圖：
?32位 ARM9處理器
?64M Sram & 16M Flash
?Siemens公司高性能工業(yè)級GPRS模塊MC39I
產(chǎn)品特點：
?采用低功耗高性能的嵌入式處理器，可高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù)
?內(nèi)嵌標準的TCP/IP協(xié)議棧，數(shù)據(jù)終端永遠在線
?支持全透明方式下多中心數(shù)據(jù)傳輸
?支持根據(jù)域名和IP地址訪問中心
?多種工作模式選擇，使用方便、靈活
?軟硬件看門狗設(shè)計，保證系統(tǒng)穩(wěn)定
?采用5V~35V電壓，供電電源適應(yīng)性更寬
?抗干擾設(shè)計，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用需求
?方便的系統(tǒng)配置和維護借口
?支持串口軟件升級和遠程維護
第四部分 系統(tǒng)組成
GPRS無線網(wǎng)絡(luò)糧庫監(jiān)控系統(tǒng)是國內(nèi)先進的遠程監(jiān)控技術(shù)，利用計算機技術(shù)、移動通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及測試技術(shù)建立的軟硬件相結(jié)合平臺。該系統(tǒng)運用數(shù)字移動通信技術(shù)，改變了一線一測點的模擬信號傳輸結(jié)構(gòu)并導(dǎo)入移動通信技術(shù)，在主機與分機之間實現(xiàn)無線通訊。具有儲糧物態(tài)檢測，機械通風(fēng)控制、超值報警、遠程信息傳輸?shù)裙δ?，同時開展糧倉氣流分析、糧堆發(fā)熱結(jié)露分析等擴充功能的開發(fā)與研究。它代表了糧情測控的國內(nèi)領(lǐng)先水平和發(fā)展方向。
針對中央直屬儲備糧食倉庫監(jiān)管量大、倉庫布點分散、空間距離遙遠和糧食監(jiān)測參數(shù)繁多等特點，我們設(shè)計了用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的方式實現(xiàn)糧庫現(xiàn)場參數(shù)的數(shù)據(jù)采集和遠程傳輸方案，真正實現(xiàn)了糧庫的多點、遠程、實時、同步的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸，方便、快捷、經(jīng)濟、可靠、安全的進行糧庫的分布式集中測控。
（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
（二）系統(tǒng)說明
整個糧庫遠程監(jiān)控系統(tǒng)如上圖所示由三部分組成：現(xiàn)場采集控制部分、GPRS 數(shù)據(jù)傳輸部分、監(jiān)控中心。
客戶通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備PLC完成與 GPRS DTU 的數(shù)據(jù)交互。PLC 將糧庫里各信息參數(shù)實時采集后通過 RS-485 (RS232/RS442/TTL可選) 串口通信方式定時將數(shù)據(jù)送往 GPRS DTU，在由DTU通過Internet轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)中心；同時，PLC 實時接收由中心通過 GPRS DTU 傳輸發(fā)來的數(shù)據(jù)指令完成相應(yīng)控制功能。
監(jiān)控中心通過GPRS DTU接收來自各糧庫的信息數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行存儲、歷史趨勢分析、報表打印等。
（三）系統(tǒng)主要功能
遠程自動監(jiān)測功能：能根據(jù)用戶的要求，對糧庫的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集、統(tǒng)計、 分析、并自動生成各種報表和圖表，建立和存儲糧庫的倉儲歷史檔案；故障告警和提示功 能：能監(jiān)測現(xiàn)場糧情，并上報管理中心，通知庫管人員前去處理；
遙測功能：能在糧庫管理中心對轄區(qū)內(nèi)各糧庫的溫度、濕度、蟲情、庫容、陳化度、水分、煙霧和防盜等進行測量；
遙控功能：能對現(xiàn)場設(shè)備進行操作控制，例如啟動通風(fēng)、除濕、噴灑及安全保護裝置，報 警、切斷電源等；
A.公網(wǎng)方案
中心用一個服務(wù)器組作為中心接收，中心采用 ADSL 等 INTELNET 公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定 IP 或者公網(wǎng)動態(tài) IP+DNS 解析服務(wù)。此種方案先向 INTERNET 運營商申請 ADSL 等寬帶業(yè)務(wù)。 1) 中心公網(wǎng)固定IP：監(jiān)控點直接向中心固定 IP 發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。（固定 IP 費用比較貴） 2) 中心公網(wǎng)動態(tài) IP+DNS 解析服務(wù)：大部分 IP 都是動態(tài)的，而且費用相對便宜。 客戶先與 DNS 服務(wù)商聯(lián)系開通動態(tài)域名，動態(tài)域名解析軟件網(wǎng)址如下：（可以先申請免費的二級域名進行測試）
花生殼域名解析 http://www.oray.net/mian
88IP 域名解析 http://www.88ip.com/
注意：監(jiān)控點先采用域名尋址方式連接 DNS 服務(wù)器，再由 DNS 服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動態(tài) IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定 IP 的費用，但穩(wěn)定性受制于 DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的 DNS 服務(wù)商。
B.專網(wǎng)方案
1、根據(jù)客戶內(nèi)部網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)安全的特殊要求，決定采用中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)的專用APN形式入網(wǎng)：
?通過一條2M專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有IP地址進行廣域連接，在移動認證路由器與用戶認證路由器之間建立加密隧道。
?為客戶分配專用的APN，普通用戶不能進入該APN。只有GPRS專網(wǎng)卡才能進入該APN網(wǎng)絡(luò)，防止其他非法用戶的進入。
?用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠程認證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。
?用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。
?端到端加密：移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。
?雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
2．APN業(yè)務(wù)流程
GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)終端上網(wǎng)登錄服務(wù)器平臺的流程為：
1）用戶發(fā)出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)專門分配的專網(wǎng)APN；
2）根據(jù)請求中的APN，SGSN向DNS服務(wù)器發(fā)出查詢請求，找到與企業(yè)服務(wù)器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN；
3）GGSN將用戶認證信息（包括手機號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進行認證；
4）Radius認證服務(wù)器看到手機號等認證信息，確認是合法用戶發(fā)來的請求，向DHCP服務(wù)器請求分配用戶地址；
5）Radius認證通過后，由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶地址的確認信息；
6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數(shù)據(jù)包，對GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)信息查詢和業(yè)務(wù)處理平臺進行訪問。
第六部分 結(jié)束語
以GPRS為基礎(chǔ)的無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)有很廣泛的應(yīng)用，GPRS使互聯(lián)網(wǎng)進入無線領(lǐng)域，一直延伸到手掌上。除了支持傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，GPRS也可使無線終端支持B2B、B2C的電子商務(wù)和電子支付、股票交易、銀行轉(zhuǎn)帳等應(yīng)用。GPRS同樣可以應(yīng)用于公司內(nèi)部網(wǎng)(INTRANET)，基于IP的遠程LAN接入，使無線終端成為LAN的延伸，幾乎所有低速率的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)都可以應(yīng)用，如對電力系統(tǒng)自動化、工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象、金融、環(huán)保監(jiān)測、煤礦、油田、證券等行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。