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作者：陶国正 单位：常州机电职业技术学院
1GPRS通信技术
GPRS是由“包交换(Packet-Switched)”的概念发展出的一套无线传输方式。包交换的概念是指首先将数据封装成各个独立的封装包，接着依次将封装包传送出去，形式上有点类似于现实生活中的邮寄包裹。GPRS采用分组交换技术，即GPRS信息在传输前被分成既是彼此分离又是彼此相关的“数据包”，并在接收端重新组合。这种技术可以让多个用户一起分享某些固定的信道资源。由于只要有移动信号的地方就可以使用GPRS，因此GPRS网络特别适合于应用在野外、偏僻地方来对测量仪表的监控和数据采集。另外由于使用分组交换技术，使得接入时间小于1s，这使GPRS能够提供更加快速、及时的移动连接，极大地提高了进行远程监控、数据采集等活动的效率，使Internet应用操作更加便捷、流畅。对使用GPRS用户的计费方式通常以其所使用的数据量为主要依据，对用户来说，这是一种比较合理的计费方式，体现出“多用多付、少用少付”的原则，从而使得采用GPRS方式能够有效降低运营费用，增加经济效益。该文所搭建的监测系统的主要通讯方式就是利用GPRS的分组无线业务［4－6］，通过无线网络连接到高速的IP网络传输现场的测量数据，实现了数据的网络化采集和远程传输，具有数据显示、监测和存储等功能。
2系统的整体方案
系统的整体思想:首先将农业灌溉现场的流量、液位等参数通过传感器采集后，经过数据通信送入微处理器处理后，再经过现场GPRS模块发送到数据监控中心，监控人员在控制室里对现场的实时测量数据进行综合分析，采取手动或自动方式，启动现场的执行系统，网络化地对农业灌溉进行监测。监控中心通过GPRS无线网络实现与现场测量设备之间的不间断通信，登陆到互连网的任何有权限用户都能够通过浏览器随时浏览、查询、记录以及打印整个灌溉区的实时和历史记录数据，对数据进行抽样调查，监测现场状况。
充分利用网络在资源共享方面的优势，对分布在不同区域的各个监测点实现实时监测。系统总体设计方案如图1所示。系统由现场模块、通信模块、数据处理模块、Web模块、监控中心5部分组成。作为上位机主要部分的监控中心，其组成部分是由主要设备以及辅助设备组成。主要设备包括单台电脑或者小型局域网组成，辅助设备包括电源、上网接口设备、打印机等。监控中心监测现场数据有两种方式:一是实时监测;二是定时或周期性监测。通过对现场数据进行实时或定时监测，及时指导现场执行系统完成相应的动作。通信模块的主要任务是监测并接受来自所有现场模块的数据，并将数据及时送入到监控中心。同时，通信模块还根据监控中心的命令，给现场模块发送指令要求。
Web模块的主要作用是连接数据处理模块和监控中心。它提供Web服务给监控中心，接受来自监控中心的请求，从数据处理模块获取数据，然后将数据处理成所需的形式，并返回给监控中心，使得监控中心可以浏览所请求的数据。Web模块可以直接向通信模块提出请求，通信模块根据Web服务模块的请求向模块现场发送命令。数据处理模块的主要任务是储存来自现场的测量数据，并对数据进行相应的备份。现场模块主要由各类传感器、微处理器以及GPRS模块组成。它的主要任务是根据监控中心的要求检测现场数据，并将所获得的数据传送给通信模块。
3系统硬件设计
系统中使用的GPRS通信模块是西门子公司推出MC39i，其应用于许多无线高速数据传输系统中。该模块的主要特点:体积小、重量轻，支持永久在线连接、数据存储迅速和更快的数据下载速度。可进行数据、语音、SMS和FAX各个方面的应用，且功耗低。它为用户提供了永远在线、高速度、更简单的移动数据通信接入手段。其主要技术指标:40脚，标准双向串口;工作电压为3．3～4．8V，典型电压为4．2V;最大工作电流为2A;功耗为1W或2W。系统要能够实时地处理各种控制命令并在数据传输时具有较大的吞吐率，并考虑到系统的可扩展性，硬件设计的时候选用的微处理器是PHILIPS公司生产的单片机P89C51RD2芯片作为CPU，对现场数据进行采集和处理。P89C51RD2是在完全保留80C51指令系统和硬件结构的大框架外，进行了多方面的加强、扩展、翻新和创新。P89C51RD2将原有的对外部数据和程序存储器的16位寻址机制加以利用，把片上的RAM扩展到1KB，片上的FLASHEPROM扩展到64KB，满足嵌入式高级语言对片上大存储器容量的需要。其主要技术指标:时钟频率0～33MHz;双DPTR指针;新增加片内16位寻址ERAM扩展RAM;模块PCA支持上下沿捕捉PWM输出软件;定时器看门狗定时器等模式;全双工UART串行口新增硬件帧检错和地址自动识别电路;嵌套中断系统增强为7源4优先级。图2是现场模块的主要组成部分。主要由微处理器、GPRS模块、A/D转化模块、通讯接口、显示和触摸系统以及复位和时钟电路。接口通讯采用RS-232协议，系统采用复位电路主要是为了保证现场模块的可靠运行，增加系统的可靠性。系统需要存储的数据量较大，采用的存储器是Atmel公司生产的串行大容量可擦写的可编程存储器AT24C512。芯片采用二线制总线结构，不需要地址线和并行数据线，减少了多余连线，简化了硬件结构，使得系统的可靠性大大增强。其主要技术指标:内部可以组织成512K位(64K×8位)存储单元;符合双向数据传送I2C协议;具有硬件写保护和软件数据保护功能;具有按页(128字节)写或按字节读写模式。
4系统软件设计
4．1人员管理该部分的主要操作有增加、删除用户、用户修改密码以及用户权限设置等。为有效地避免无权限的人登陆操作系统，保证系统的安全，系统中对用户实现分级管理。用户分为一般性用户、管理员级用户和领导级用户，一般性用户允许进行的操作包括查询数据库中的信息、修改自身的密码，但不能实施远程控制和删除其他用户;管理员级用户可以对用户信息进行身份以及权限的编辑;领导级用户则可以完成所有操作。
4．2通信管理当通信服务模块上电后，打开通信服务器的一个端口，通信服务模块与现场模块进行通信，考虑到速度要求，采用用户数据包(UDP)协议［7－10］作为其通信协议。
4．3数据库管理系统所采用的数据库是SQLServer2000。系统需要进行将实时和历史数据写进数据库、通过数据库查询数据等操作，因此需要对数据库进行大量的操作，相应地对数据库的要求也比较高。SQLServer2000作为现阶段比较流行的数据库，其不仅可以进行快速高效的数据读写操作，而且还可以对数据进行管理和备份，保证了数据存储的安全。#p#分页标题#e#
4．4报表管理通过数据库管理系统可以对实时和历史数据进行统计和分析。可以通过系统对某一时间或某一时间段的所有数据进行统计，作出相应的分析，并绘制出曲线变化图，通过报表的形式提供给用户，供用户使用。监控中心接收来自所有现场模块发送的现场数据，不间断地等待各个监控终端的数据，如果有数据就进行接收，并且对各种数据做出各种报表并可按需打印。
5通信管理
系统中有2个部分需要相互进行通信:一是微处理器与GPRS模块之间;二是GPRS模块与上位机部分。前者之间通过串口通信;后者通过无线网络进行通信。上位机与GPRS模块机之间通信的软件流程如图5所示。
6结语
以GPRS模块和微处理器为硬件核心，以J2EE为软件平台，完成了对农业灌溉自动监测系统的设计及实现。系统可以远程、实时和直观地监测和分析农田灌溉情况，指导农业生产。目前系统已应用在节水灌溉系统中，运行稳定可靠，效果良好，能够达到预期的目标，具有一定的推广价值。
