基于GPRS技術(shù)的人防及災(zāi)害警報集中控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘   要：介紹一種基于GPRS的人民防空及災(zāi)害警報集中控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)采用GPRS無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)實現(xiàn)人民防空及災(zāi)害警報器的遠(yuǎn)程集中播放和監(jiān)控，具有控制響應(yīng)快、建設(shè)和維護成本低的特點。

GPRS(General Packet Radio Service—通用分組無線服務(wù))，它是利用“包交換”的概念發(fā)展出的一套無線傳輸方式。GPRS是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上開通的一種新型的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，借助GPRS無線接入技術(shù)，無論在何時、何地，人們都可以輕松地接入互聯(lián)網(wǎng)。

利用GPRS無線接入技術(shù)組成無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有很大的應(yīng)用范圍，目前幾乎所有中低速率的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)都可以應(yīng)用，包括：工業(yè)遙信、遙測、遙控以及金融、零售行業(yè)的POS機聯(lián)網(wǎng)、自動柜元機聯(lián)網(wǎng)、移動銀行等，還有車載移動性數(shù)據(jù)傳輸、移動車輛調(diào)度與監(jiān)控等。我國GPRS技術(shù)在手機中的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，而在工業(yè)遙信、遙測、遙控方面才剛剛起步，本文是利用GPRS無線接入技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)了人防及災(zāi)害警報集中控制系統(tǒng)，是GPRS技術(shù)在工業(yè)遙信、遙測、遙控方面的典型應(yīng)用。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由中央控制中心、警報遙控終端兩部分組成，其它部分由中國移動通信公司提供，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

警報發(fā)放指令由中央控制中心的計算機發(fā)出(中央控制中心可以是移動的、也可以是固定的)，中央控制中心發(fā)放的警報指令經(jīng)Internet網(wǎng)絡(luò)和GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)后傳給警報遙控終端，警報遙控終端接到指令后，啟動警報器(電動警報器、電聲警報器)鳴響，警報鳴響信息自動回傳至中央控制中心，并在計算機的電子地圖上一一顯示。

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2  GPRS數(shù)據(jù)通信模塊結(jié)構(gòu)框圖

圖3  警報遙控終端結(jié)構(gòu)框圖

GPRS無線數(shù)據(jù)通信

在本系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中，GPRS無線數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)是非常關(guān)鍵的問題。GPRS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(biāo)準(zhǔn)、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(dāng)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。使用GPRS技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠(yuǎn)在線且按流量計費，大大降低了系統(tǒng)的營運成本。

GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦碚搸捒蛇_171.2Kbps，實際應(yīng)用帶寬大約在40~100Kbps，并且在其信道上提供了TCP/IP連接(通過GGSN連接GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò))，可以用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。那么，要實現(xiàn)中央控制中心到警報器遙控終端之間的GPRS數(shù)據(jù)通信，只需要兩者都遵循TCP/IP協(xié)議且工作在同一個網(wǎng)路層面上就可以了。在系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中，我們?yōu)榫瘓笃鬟b控終端設(shè)計了一個GPRS數(shù)據(jù)通信模塊，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧對TCP/IP數(shù)據(jù)進行解析來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸，再在其基礎(chǔ)上構(gòu)建警報系統(tǒng)的通信協(xié)議。考慮到GPRS數(shù)據(jù)通信模塊采用單片機來實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議解析，所以在TCP網(wǎng)絡(luò)層采用了系統(tǒng)開銷較小的UDP協(xié)議而不采用TCP協(xié)議。

GPRS數(shù)據(jù)通信模塊主要由CPU、GPRS收發(fā)模塊、SIM卡座、配置/診斷模塊、TTL串行通信接口、擴展數(shù)據(jù)存儲器等部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

GPRS收發(fā)模塊采用SIEMENS公司的MC35 GPRS無線通信模塊。MC35模塊中內(nèi)嵌了PAP(Password Authentication Protocol)和CHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol)兩種協(xié)議棧用于PPP(Point-to-Point Protocol)連接到GPRS數(shù)據(jù)交換中心，當(dāng)呼叫連接建立后，MC35就能按照GPRS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議收發(fā)GPRS分組數(shù)據(jù)并解析，輸出IP數(shù)據(jù)報。

MC35提供了標(biāo)準(zhǔn)AT命令界面和一個RS-232接口用于與外部應(yīng)用系統(tǒng)連接；另外，還提供了SIM卡接口，用于連接SIM卡座，以便連接到不同的GPRS營運網(wǎng)絡(luò)。

CPU采用Winbond公司的77E58單片機芯片，該芯片內(nèi)部有32K的程序存儲器，足夠嵌入IP和UDP協(xié)議棧程序。同時，77E58具有兩個串行口，一個用來連接GPRS收發(fā)模塊，另一個用以輸出經(jīng)過UDP解析后的數(shù)據(jù)。

警報遙控終端

警報遙控終端為警報執(zhí)行機構(gòu)。它既可以為電動警報控制終端，又可以為電聲警報控制終端。其工作原理為：當(dāng)警報控制器接收到合法指令(遠(yuǎn)程遙控)或收到有效的鍵盤操作(手動操作、密碼保護)后，由控制器控制電動或電聲警報驅(qū)動電路，從而完成電動或電聲警報器的報警。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

在警報遙控終端中，由Atmel公司的AT89C52單片機、GPRS通信模塊、語音電路、聲強檢測模塊、人機接口、警報器驅(qū)動等功能模塊組成，完成通信、播放、狀態(tài)檢測、手動操作等功能。

結(jié)語

GPRS無線接入技術(shù)在工業(yè)遙信、遙測、遙控方面的應(yīng)用將有廣闊的前景。利用GPRS無線接入技術(shù)實現(xiàn)人防及災(zāi)害警報的集中控制,只是GPRS技術(shù)應(yīng)用的一個方面。該警報遙控控制系統(tǒng)已經(jīng)在許多城市得到了應(yīng)用。