基于CDMA 1X的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在現(xiàn)有的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，常用的信息傳輸方式有：數(shù)字微波、數(shù)傳電臺(tái)、有線光纖、有線電纜等，數(shù)字微波和數(shù)傳電臺(tái)將受到傳輸距離及頻率許可的限制，而有線光纖和有線電纜的網(wǎng)絡(luò)成本較高，不適合監(jiān)控點(diǎn)非常分散及傳輸距離較遠(yuǎn)的情況下使用。

針對(duì)監(jiān)控對(duì)象分散、各監(jiān)控節(jié)點(diǎn)間缺乏有機(jī)聯(lián)系、監(jiān)控信息量相對(duì)較少，實(shí)時(shí)性要求較低等特點(diǎn)，cdma 1x提供了一種很好的信息傳輸方式。

cdma 1x愿意是指cdma 2000的第一階段（速率高于is-95，低于2mb/s），可支持308kb/s的數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)部分引入分組交換，可支持移動(dòng)ip業(yè)務(wù)，是在現(xiàn)有cdma is-95系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為cdma用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

由于cdma 1x采用了反向相干解調(diào)，快速前向功控、發(fā)送分集、turbo編碼等新技術(shù)，其容量比is-95大為提高，從理論分析結(jié)果來看，如果用于傳送語音業(yè)務(wù)，cdma 1x系統(tǒng)的總?cè)萘渴莍s-95系統(tǒng)的2倍，如果用于傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，cdma 1x系統(tǒng)的總?cè)萘渴莍s-95系統(tǒng)的3.2倍，cdma 1x理論帶寬可達(dá)300kb/s，目前的實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在100kb/s左右（雙向?qū)ΨQ傳輸），在此信道上提供tcp/ip連接，可以用于internet連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。

2 基于cdma 1x的無線通信

2.1 組網(wǎng)方案

無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中心、通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)終端組成，綜合考慮業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量、安全性、可靠性、網(wǎng)絡(luò)狀況與成本等因素，采用下述組網(wǎng)方式：通信服務(wù)器以公網(wǎng)固定ip或固定的域名接入internet，cdma數(shù)據(jù)終端單元（dtu）上電后，主動(dòng)與通信服務(wù)器建立連接，如果通信服務(wù)器沒有固定ip，可以通過安裝花生殼軟件獲得固定的域名，此方案具有成本低、通信質(zhì)量穩(wěn)定、安全性適中、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。

2.2 無線數(shù)據(jù)傳輸原理

根據(jù)上述組網(wǎng)方案，數(shù)據(jù)的上行傳輸原理如下：

（1）下位機(jī)通過rs232串口將數(shù)據(jù)傳給dtu；

（2）dtu將數(shù)據(jù)打成tcp/ip包，發(fā)送到無線網(wǎng)絡(luò)；

（3）tcp/ip數(shù)據(jù)包經(jīng)系統(tǒng)分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，傳輸至internet上并且去尋找在internet上的一個(gè)指定的數(shù)據(jù)服務(wù)中心（通信服務(wù)器）；

（4）通信服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)并存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)的下行傳輸與上述過程相反，不再贅述，系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 上位機(jī)設(shè)計(jì)

上位機(jī)包括實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和歷史數(shù)據(jù)庫兩部分。

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)選用wonderware公司的intouch系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：系統(tǒng)管理功能；數(shù)據(jù)處理功能：包括數(shù)據(jù)查詢功能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、數(shù)據(jù)定時(shí)上報(bào)功能；告警功能：包括實(shí)時(shí)響應(yīng)功能、告警聯(lián)動(dòng)處理功能、告警設(shè)置功能、告警確認(rèn)功能、告警存儲(chǔ)功能，操作控制功能，歷史數(shù)據(jù)庫選用wonderware公司的industrial sql server，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表功能、歷史數(shù)據(jù)查詢功能、歷史數(shù)據(jù)曲線圖、打印功能。

3.2 下位機(jī)設(shè)計(jì)

下位機(jī)選用abb ac31系列plc，包括cpu模塊和i/o模塊，cpu接收一個(gè)或多個(gè)指定監(jiān)控中心對(duì)設(shè)備的操作控制命令，通過i/o模塊對(duì)有關(guān)設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的操作控制動(dòng)作，并向監(jiān)控中心返回操作結(jié)果,下位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

數(shù)據(jù)采集功能，數(shù)據(jù)查詢功能，定時(shí)上報(bào)功能，操作控制功能。

3.3 cdma數(shù)據(jù)傳輸中斷

cdma數(shù)據(jù)傳輸中斷選用深圳宏電技術(shù)開發(fā)有限公司的cdma h7710 dtu該終端具有如下特點(diǎn)：

（1）h7710 dtu直接提供rs232/422/485接口，為用戶的數(shù)據(jù)設(shè)備提供透明、全雙工、對(duì)等的數(shù)據(jù)傳輸通道。

（2）普通gprs/cdma modem通常需要附著在pc機(jī)上虛擬撥號(hào)上網(wǎng)，利用pc機(jī)的資源進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)和協(xié)議轉(zhuǎn)換，h7710 dtu內(nèi)置自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接和協(xié)議處理模塊，無需后臺(tái)計(jì)算機(jī)支持。

（3）h7710 dtu可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)-點(diǎn)、點(diǎn)-多點(diǎn)、中心-多點(diǎn)的對(duì)等數(shù)據(jù)傳輸，傳輸時(shí)延一般小于1s。

（4）h7710 dtu一開始就能自動(dòng)附著到gprs或cdma網(wǎng)絡(luò)上，并與您的數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路，隨時(shí)收發(fā)用戶數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)。

（5）h7000移動(dòng)數(shù)據(jù)通信可以不依賴于運(yùn)營商交換中心的數(shù)據(jù)接口設(shè)備，通過internet網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地的構(gòu)建覆蓋全中國的虛擬移動(dòng)數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡(luò)。

cdma h7710 dtu在使用前必須設(shè)定出事參數(shù)：cdma 1x網(wǎng)絡(luò)登陸用戶名和密碼，通信接口參數(shù)、通信服務(wù)器的固定ip地址和端口或者通信服務(wù)器的域名、dtu的在線工作方式等等。

3.4 通信服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

通訊服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的樞紐，主要實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議之間的數(shù)據(jù)傳輸，通信服務(wù)器的設(shè)計(jì)基于opc標(biāo)準(zhǔn)，opc可理解為過程控制的對(duì)象連接和嵌入（olc for process control）是在微軟操作系統(tǒng)下開發(fā)的用于應(yīng)用程序接口的一種技術(shù)，基于client/server模式，為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的通訊，在通訊服務(wù)器上需要裝3個(gè)軟件；wonderware公司的opclink，ioserver公司的ioserver，cdma server。通訊服務(wù)器的工作過程及各軟件之間的管理如圖2所示。

下面分別講述通訊服務(wù)器上的3個(gè)通訊軟件的功能及應(yīng)用。

3.4.1 opclink

opclink是工作在windows平臺(tái)下的應(yīng)用軟件，主要作用是通過協(xié)議轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)opc服務(wù)器和intouch吳志劍的數(shù)據(jù)傳輸。opclink可以與現(xiàn)地或者遠(yuǎn)程的opc服務(wù)器端軟件（如ioserver，rslinx）進(jìn)行連接，他將intouch的命令轉(zhuǎn)換成opc協(xié)議然后發(fā)送到opc服務(wù)器端軟件，并從opc服務(wù)器端軟件讀取數(shù)據(jù)，返回到intouch。同樣，opclink也可以連接到現(xiàn)地或者遠(yuǎn)程的intouch。

3.4.2 ioserver

ioserver的作用是實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議間的數(shù)據(jù)傳輸，ioserver支持以下14種協(xié)議：modbus協(xié)議，ab協(xié)議、ascii協(xié)議、courier協(xié)議、dnp協(xié)議、ge協(xié)議、hr6000協(xié)議、iec103協(xié)議、kingfisher協(xié)議、loopback協(xié)議、melsec協(xié)議、omron協(xié)議、ti505協(xié)議、uca2協(xié)議。在本系統(tǒng)中，abb plc采用的是modbus協(xié)議、因此，ioserver從cdma server上讀取abb plc的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成tcp/ip協(xié)議，傳送給opclink。

ioserver的配置主要包含以下3部分：

（1）board（接口配置）：ioserver支持多種接口，其中最常用的是tcp/ip和串口，在配置接口的時(shí)候，需要定義所連接設(shè)備的協(xié)議；

（2）opc explorer：提供內(nèi)部測試的平臺(tái)，也可進(jìn)行數(shù)據(jù)觀察和監(jiān)視。

（3）opc gateway：允許基于不同協(xié)議的各opc服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸，以及ioserver和某個(gè)控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸。

3.4.3 cdma server

在本系統(tǒng)中，使用visualc++6.0編寫cdma server軟件，cdma server作為整個(gè)系統(tǒng)的通訊樞紐，包括兩部分功能：與ioserver進(jìn)行通訊，與dtu進(jìn)行通訊。

cdma server與ioserver的通訊基于socket編程，采用tcp/ip協(xié)議進(jìn)行傳輸，需要設(shè)置端口和ip地址，ioserver通過此端口和ip地址與cdma server建立通訊。

cdma server和dtu之間的通訊使用開發(fā)包中動(dòng)態(tài)庫wcomm_dll.dll，該文件包括和dtu通訊所需要的全部api函數(shù)，包括服務(wù)的啟動(dòng)、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、關(guān)閉服務(wù)等。

opc server與dtu的通信設(shè)計(jì)是基于開發(fā)工具包的用戶程序接口,即動(dòng)態(tài)鏈接庫cdmagprs.dll，該庫包括了與dtu通信所需要的全部api函數(shù)，例如：

start_gprs_server：該函數(shù)用于啟動(dòng)底層服務(wù)，服務(wù)啟動(dòng)后和dtu通訊，啟動(dòng)該服務(wù)后，主窗口中要有響應(yīng)消息的函數(shù)，以便和底層服務(wù)通訊。

stop_gprs_server：停止服務(wù)；

do_read_proc：讀數(shù)據(jù)。底層服務(wù)接收到dtu發(fā)送的數(shù)據(jù)后，會(huì)向啟動(dòng)服務(wù)函數(shù)中指定的dsc的窗口發(fā)送消息，該窗口中的消息響應(yīng)函數(shù)應(yīng)立即調(diào)用讀數(shù)據(jù)函數(shù)將dbu發(fā)送過來的數(shù)據(jù)讀出；

do_send_user_data：向dtu發(fā)送數(shù)據(jù)；

da_close_one_user：關(guān)閉一個(gè)dtu終端，令其下線；

do_close_all_user：關(guān)閉所有的在線dtu終端，一般停止服務(wù)前執(zhí)行該api。

由于windows基于消息驅(qū)動(dòng)的，底層服務(wù)接收到遠(yuǎn)端dtu的數(shù)據(jù)后，會(huì)向啟動(dòng)函數(shù)的窗口發(fā)送一個(gè)消息，因此，我們可以在程序中定義一個(gè)消息響應(yīng)函數(shù)來處理中心與dtu的數(shù)據(jù)傳輸，消息響應(yīng)函數(shù)中，通過調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫中的數(shù)據(jù)接收函數(shù)和數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)來傳輸數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，調(diào)用關(guān)閉服務(wù)函數(shù)來結(jié)束通訊。

4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）設(shè)置dtu主要參數(shù)：

dtu身份識(shí)別碼：139********

在線報(bào)告時(shí)間間隔：40s

本地通訊端口：5001

最大傳輸包長：1000b

主dsc ip地址：219.229.3.24

（2）在cdma server上添加用戶，如圖3所示，其中終端端口與dtu上設(shè)置一致，為5001。網(wǎng)關(guān)出口端口，即cdma server與ioserver連接端口設(shè)置為5002。

（3）在ioserver上添加端口與設(shè)備，如圖4所示，在本系統(tǒng)中，由于ioserver和cdma server裝在同一臺(tái)機(jī)子上，因此ip地址設(shè)為127.0.0.1，端口號(hào)與cdma server提供的端口對(duì)應(yīng)，即5002。

經(jīng)過上述步驟，已建立起ioserver和dtu之間的通訊，接下去只需要ioserver和opclink上配置具體的group和item即可，在此不再贅述。

本系統(tǒng)已應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目，與有線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）降低了通訊線路的建設(shè)成本和維護(hù)成本；

（2）提高了系統(tǒng)的靈活性，監(jiān)控范圍不受地域限制，節(jié)點(diǎn)控制目標(biāo)可以任意擴(kuò)充。

（3）通訊線路比較穩(wěn)定，不易發(fā)生通訊故障，就算出現(xiàn)問題，也能迅速發(fā)現(xiàn)和排除。

5 結(jié)論

相信隨著cdma無線通信的高速發(fā)展和3g牌照的發(fā)布，必將引領(lǐng)無線通訊的潮流，而基于cdma無線通信的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，將會(huì)有更加廣泛的應(yīng)用。