基于GPRS的供水自动化监控系统毕业论文(49页).doc

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1、-基于GPRS的供水自动化监控系统毕业论文-第 41 页基于GPRS的供水自动化监控系统Automation Measuring System for Water Supply Based on GPRS摘 要随着工业技术的飞速发展和城市规模的不断扩大，城镇、农村、厂矿、油田等地的自来水用量正在急剧增长，供水系统节点分布也越来越广泛。建立一个有效的监测系统，对供水系统进行实时的数据测量与分析，以达到合理调度水资源分配、发现故障、消除隐患、节约水资源的目的，是非常必要的。将分布采集的自来水管网数据，利用通用分组无线业务GPRS(General Packet Radio Service)进行即时传

2、输，达到对供水系统进行实时监控的目的。GPRS (General Packet Radio Service，通用分组无线业务)作为从2G向3G过渡的2.5G的技术，正在工业自动化领域得到越来越广泛的应用。本文提出一种基于GPRS的供水远程自动化监控系统，该系统以GPRS网络作为远程信号的传输平台，并结合Visual Basic语言程序与无线终端DTU及数据采集模块RTU解决了监控中的无线通信问题，具有更好的可靠性和实时性。本文首先介绍了GPRS技术的基本原理，然后详细描述了系统的相关技术及硬件的参数和配置，采用动态域名解析解决了无固定IP的问题，并在此基础上详细介绍了监控中心软件的实现过程及各

3、部分实现后的效果。最后阐述了本设计系统的优点与不足，提出下一步改进方向。关键词：远程监控 监控中心 TCP/IP协议 GPRS AbstractAlong with the fast progressing of industrial technology and the urban area, the usage amount of tap water is increasing rapidly, so as distributing scope of nodes in the pipeline networks of water supply. Its necessary to estab

4、lish an effective real-time measure system for measuring and analyzing data of pipeline network of water supply, for the aim of scheduling the water resource properly, finding malfunction, avoiding hidden trouble and saving the tap water. By using the GPRS to transmit data gathered from pipeline net

5、work of water supply can get the aim for real-time measuring.GPRS (General Packet Radio Service), as the 2.5 generation technology transition from 2 generation to 3 generation, is widely applied in industrial automation field. This paper presents a GPRS-based remote network monitoring system. The sy

6、stem uses GPRS network as the transmission platform of long distance signal, Combined with Visual Basic programming language with the wireless terminal DTU and data acquisition module RTU solved the wireless communication problem; the real time and reliability is better. This paper firstly introduce

7、s the basic principle of GPRS technologies, describes the detailed system relevant technology and the parameters of hardware and configuration, using dynamic DNS solve the problem without a fixed IP, and on this basis introduces in detail the monitoring center software realization and the effect aft

8、er all parts realization. Finally expounds the design system, and puts forward the advantages and shortcomings of next improving direction.Key words: remote monitoring measuring center TCP/IP protocol GPRS目 录第1章 绪论11.1 本课题的来源、研究目的及意义11.2 国内外研究现状21.3 本课题研究内容31.4 论文的章节结构4第2章 供水远程监控系统的相关技术52.1 GPRS协议分析

9、52.1.1 GPRS无线通信协议特点52.1.2 GPRS网络结构及各接口之间的关系62.2 动态域名解析82.2.1 动态域名解析的概念82.2.2 花生壳软件的特点102.3 传感技术11第3章 供水远程监控系统硬件组成及其配置133.1 厦门才茂GPRS无线数据传输终端DTU133.1.1 DTU特点133.1.2 系统组成143.1.3 工作原理143.1.4 技术参数143.1.5 DTU配置153.2 压力传感器203.3 液位传感器223.4 数据采集模块的RTU233.4.1 KL-N41118模量采集模块简介233.4.2 参数设置及通讯指令说明24第4章 监控中心软件实现

10、264.1 监控中心的基本功能及其拓扑结构264.1.1 监控中心的基本功能264.1.2 网络拓扑结构264.2 监控系统各界面设计与实现274.2.1 登录界面框架及实现274.2.2 实时显示界面框架及实现284.2.3 启动通信界面实现及通信数据结构294.2.4 数据库部分模块设计与实现38第5章 总结与展望42参考文献43致谢44附录45第1章 绪论随着计算机技术的发展，尤其是Internet技术广泛地深入到人们生活的各个方面，使人们的生活发生了深刻的变化。从测控领域来讲，由于现在监测现场在地域上越来越分散，要对分散不同地域的监测点进行状态监测、远程数据采集、以及设备的诊断维护，只

11、有通过远程通信网络才能实现。1.1 本课题的来源、研究目的及意义随着工业技术水平的飞速发展和城市规模的不断扩大，城镇农村厂矿油田等地的用水量正在急剧增大，管网节点的分布也越来越广泛。相应地，对于自来水管道的实时监测也显得越来越重要。调查表明，城市市区自来水管道渗漏率一般都30%以上。大量宝贵的水资源被白白浪费，一是无谓的消耗了资源；二来增加了用水成本；第二，管道渗漏更可能存在安全隐患，并有可能间接引起地下水污染。所以，必须建立一个有效的监测系统，对自来水管网进行实时的数据测量与分析，以达到合理调度水资源分、排除故障、消除隐患、节约水资源的目的。城市自来水管网监测系统的工作就是获得分布在自来水管

12、网各节点的仪表所采集的数据，并将其传回到监测中心，以进行存储、计算、分析它的特点：(1)监测点分散：计量表广泛分布，要求通信网络应该是覆盖范围较广。(2)设备数量多：城市自来水管网覆盖范围广，节点众多，用十采集数据的仪表数量也很大。(3)每次传输的数据量比较大。(4)对通信的实时性要求很高：许多采样操作需要大量节点的数据在有限时间内有效返回。近几十年来，电子技术有了非常迅猛发展，同时也带动了计算机技术和通信技术的高速飞跃，这几种技术相结合演化出许多新的通信方式，其中GPRS(General Packet Radio Service)无线通信网更是优秀代表。这也为供水监测系统的实现提供了更多的可

13、行性。基于GPRS1无线网络的供水监测系统，是对采集监控数据方式的巨大改进，它是随着现代工业技术、计算机技术和通信技术的发展而出现的，利用计算机和GPRS无线通信网络自动读取远程水压、流量计量表的数据并加以分析、处理和存储。实现了供水系统远程数据采集和监控的自动化、智能化2。同时，探讨一种特别适合GPRS无线网络和数据仪表本身的特点，使系统能低成本，高可靠的运行。1.2 国内外研究现状 自来水供水网络具有节点数量庞大、位置分散、分布范围广泛的特点，所以自来水供水监测系统，其最重要的任务，是如何采集到数量众多、位置分散、分布范围广泛的仪表中得到的数据。通过不断地研究和探索，人们提出了很多用于数据

14、采集的方法，这些方法在自来水供水数据采集的自动化中得到了应用。这些方法可以归纳为：(1)现场总线方式。这种方法对仪表的接口要求较高，对同一总线的仪表要提供一种统一的现场总线通信接口。这种方法一般是将总线接到监测中心，这样就使得可采集仪表的分布范围非常有限。但是，如果我们考虑将现场总线同其它网络结合，能发挥现场总线的优势。(2)基于电话线传输方法。利用电信系统己有的电话线通讯网络，通过Modem将分散在各地的仪表数据传递至监测中心。该方法初期投资较小，但在使用过程中，运行费较高。由于按照占线时间计费，这样对于要求常在线，而传输数据量却不大的仪表很不合算。(3)基于局域网互连的传输方法。在其上传输

15、数据稳定、可靠且速度快，这种方法特别适用于已有局域网的场合。但是很多时候，监测点的所在位置比较偏僻或者非常分散，附近往往没有可用的网线通过，所以使用会受到一定的限制。(4)线电台的采集方式。该方法借助于工作在一定频率段、一定距离内的无线收发电台来实现数据采集。这种无线传输的方案使用费较高。另外自建的无线电台方式传输易受到天气和其它一些外界条件的干扰，稳定性较差，维护成本较高，而且距离非常有限。(5)于短信的传输方法。利用GSM网络的SMS(短消息)服务传输数据。用短消息功能进行数据采集的方法有以下缺点：长度有限；间断性的，即发完一条，才可发下一条；信息费用较高。因此用短消息进行数据采集虽然具有

16、一定的先进性，但实际只在少数仪表的数据采集(如电表抄表)中得以应用，优势不明显。(6)电路交换型无线modem通信传输方式。主要利用GSM网络覆盖范围内，利用GSM modem实现无线数据传输。但这种方法也有它的缺点。一是传输速度较慢，最大传输速度只有9.6kb/s；二是按在线时间计费，不适于突发数据量较大的场合使用。在特定场合的应用中，人们还提出了基于电力载波和有线电视网的数据采集方法，但是这两种方式依赖于电力线的铺设，所以比较适合于电力表的数据采集，并不适合于自来水管网数据采集。随着第二代通信技术的逐步实现，相信即将推出的3G业务通信网会给数据采集系统带来革命性的变化。GPRS(Gener

17、al Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称。GPRS是GSM Phase2.1规范实现的内容之一。GPRS是一种以全球手机系统(GSM)为基础的数据传输技术，可说是GSM的延续。但能提供比现有GSM网9.6kbit/s更高的数据率。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。它突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。目前在人们不懈努力下，GPRS技术无论在口常生活，还是工业应用中

18、，都有着出色的表现。从GPRS手机上网，到各种定位导航系统、远程视频传输系统、城市水资源检测、配电自动化、物资调度、自动化抄表、工业监控等大型工业项目中得到了广泛应用。总之，通讯方式的选择是城市自来水管网监测系统的首要任务，它直接关系到系统的性能。具体确定通讯方式时需要综合考虑系统面对的对象、自来水管网的分布、地理条件、期望达到以的目标以及系统的扩展升级和与其他网络的兼容，等等。因此，上述的各种通讯方式不应该是孤立的，而且任何一种通讯方式在不同的系统中的应用效果也不尽相同。GPRS的上述众多优点，使它可以达到自来水管网监测的系统要求，能够快速、及时、准确、可靠的将测量数据传回监测中心，完成远程

19、监测的目的。1.3 本课题研究内容 本课题研究的目标是把GPRS技术应用在自来水管网监测系统中，解决从系统整体架构的确定到终端软硬件设计及上位机设计等各方面的技术难点，为整个自来水管网监测系统的设计提供一套完整的解决方案。课题的研究内容包括以下几个方面：(1)分析研究GPRS的诸多协议，提出在GPRS之上建立远程监测系统的技术难点及要求，确定本课题研究的技术路线和设计思路。(2)研究基于GPRS的组网方式3，提出GPRS网和Internet结合构建自来水管网监测系统的合理性及其具体实现方案。(3)完成基于Visual Basic语言与无线终端DTU的系统软硬件设计。提出基于GPRS的远程管网监

20、控管理系统，该系统以远程终端控制单元(RTU： Remote Terminal Unit)作为现场数据采集的核心，结合各种工业级的传感器，实现管网数据的远程采集功能。(4)研究和分析在GPRS网络和Internet上数据通信的特点以及底层测量仪表与终端的通信特点，提出提高系统运行效能的关键因素及解决方法；研究和分析用户对监测中心的要求。设计高效目可靠运行的监测中心。1.4 论文的章节结构第1章，概述研究课题的背景，现状及发展趋势；第2章，供水远程监控系统的相关技术：讲述GPRS技术现状，动态域名解析，传感技术等；第3章，供水远程监控系统的硬件组成及其配置；第4章，系统的软件设计与实现；第5章，

21、总结与展望。第2章 供水远程监控系统的相关技术2.1 GPRS协议分析GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务4的简称，它是第2.5代移动通信系统，是第二代移动通信技术GSM(Global System for Mobile Communications)向第三代移动通信(3G)过渡的一个桥梁。它由英国BT Cellnet公司早在1993年提出，是GSM Phase2 +(1997年)规范实现的内容之一。GPRS是在GSM系统基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统，它的基本功能是在移动终端和 Internet网络的路由器之间传输分组数据。GPR

22、S经过GSM Release 96至Release99技术规范版本的不断完善，得到世界各国的广泛认同，其核心网络部分也己经作为第三代移动通信WCDMA规范中分组域的重要基础。与GSM电路交换相比，GPRS非常重要的优点在于引入了分组交换能力，具有数据传输速率高、“永远在线”和费用低等特点。2.1.1 GPRS无线通信协议特点GPRS是一种以全球手机系统(GSM)为基础的数据传输技术，可说是GSM的延续。它突破了GSM网5只能提供电路交换的思维方式，通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，使数据传输速率成倍提高。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线

23、调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包(Packet)式来传输，并非使用其整个频道，因此使用者所负担的费用是以其传输数据量计算，理论上较为便宜。GPRS的主要特点如下：(1)GPRS采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对网络资源和无线资源的利用。(2)定义了新的GPRS无线信道，且分配方式十分灵活；每个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的。(3)GPRS接入等待时间短，可快速建立连接。例如中国移动提供的GPRS网络接入时间平均为两秒。(4)提供实时在线功能，用户将

24、始终处于连线和在线状态，这将使访问服务变得非常简单、快速。(5)支持中、高速率数据传输，可提供9.05171.2kb/s的数据传输速率(每用户)。GPRS采用了与GSM不同的信道编码方案，定义了CS-1, CS-2, CS-3和CS-4四种编码方案。(6)GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。它支持四种不同的QoS级别。GPRS能在0.510秒之内恢复数据的重新传输。GPRS的计费一般以数据传输量为依据。(7)在GSM PLMN中，GPRS引入两个新的网络节点：一个是GPRS服务支持节点(SGSN)，它和MSC在同一等级水平，并跟踪单个MS的存储单元，

25、实现安全功能和接入控制；节点SGSN通过帧中继连接到基站系统。另一个是GPRS网关支持节点GGSN, GGSN支持与外部分组交换网的互通，井经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。(8)GPRS的安全功能同现有的GSM安全功能一样。身份认证和加密功能由SGSN来执行。其中的密码设置程序的算法、密钥和标准与目前GSM中的一样，不过GPRS使用的密码算法是专为分组。数据传输所优化过的。GPRS移动设备(ME)可通过SIM访问GPRS业务，不管这个SIM是否具备GPRS功能。支持特定的点到点和点到多点服务，以实现一些特殊应用如远程信息处理。GPRS也允许短消息业务(SMS)经GPRS无线信道传输

26、。 (9)GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以和IP网、X.2_5网互联互通。(10)GPRS的核心网络层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网无缝连接。(11) GPRS可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级(QoS)的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。(12)用户数据在MS和外部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术：数据包用特定的GPRS协议信息打包并在MS和GGSN之间传输。这种透明的传输方法缩减了GPRS PLMN对外部数据协议解释的需求，而且易于在将来引入新的互通协议。用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据

27、传输高效且可靠。2.1.2 GPRS网络结构及各接口之间的关系GPRS系统是通过在现有GSM网络基础上增加新功能实体来实现的，无需对现有GSM网络作较大改造。在GSM系统6中主要引入了几个组件，主要有SGSN(Serving GSN，服务GPRS支持节点)、GGSN(Gateway GPRS Supporting Node,网关GPRS支持节点)、PCU(分组控制单元)、点对多点服务中心(PTMSC)、计费网关CG、域名服务器DNS和边界网关BG等，GPRS系统结构如图2-1所示。图2-1 GPRS系统结构图PCU在BSS中和BSC(基站控制器)协同作用，提供无线数据的处理功能，如逻辑链路与物

28、理链路的映射、数据包的拆封、数据包的确认、无线数据信道的分配等。它控制多个MS共享同一无线信道或一个MS使用多个无线信道进行接入，并进行多个用户的碰撞控制：PCU可以根据无线环境决定不同编码方式的使用与转换，并提供RLC(Radio Link Control，无线链路控制)层数据传送的确认;它还用以进行小区GPRS功能管理，执行小区与MS数据流量控制。SGSN(GPRS服务支持节点)通过Gb接口提供与无线分组控制单元PCU的连接，进行移动数据的管理，如用户身份识别、加密、压缩等，通过Gb接口上的逻辑信道采用虚电路进行到MS的分组数据传送，并提供数据流的流量控制。SGSN控制建立和管理附着用户的

29、相关信息数据库(即MM Context)，以及就绪(Breads)状态下用户的相关PDP (Packet Data Protocol，分组数据规程)信息( PDP Context)。在用户附着阶段，通过Gr接口与HLR(Home Location Register，家区位置寄存器)建立信令连接，提取用户信息，参与鉴权与加密过程，并存储用户的相关数据，形成用户数据库。在用户激活PDP阶段，SGSN负责进行用户APN(Access Point Name,业务接入点)的选择和控制，并通过与DNS的协同工作得到APN所属GGSN的地址，然后在与相关GGSN进行Qos协商的基础上建立连接pan，获得用户

30、动态地址，从而形成用户的PDP相关数据；在用户就绪状态SGSN控制路由区的更新；在数据传送过程中，SGSN负责数据包的压缩、封装、分段重组，以及相关逻辑链路的建立、释放和负荷分担下作。SGSN通过Gn接口与GGSN相连或其它SGSN连接，提供IP数据包到无线单元的传输通路和协议交换或路由区的更新等功能；SGSN还可以提供与MSC (Mobile Switching Center，移动交换中心)的Gs接口连接，以及与SMSC的Gd接口连接，用以支持数据业务和电路业务的协同工作和短信收发等。SGSN还完成相关的S-CDR与M-CDR等计费信息的收集和传送。GGSN(Gateway GPRS Sup

31、port Node，GPRS网关支持节点)根据APN信息进行GPRS系统到外部网络的连接和路由选择，并配合DHCP服务器完成用户动态地址分配。GGSN还进行Gn接口和Gi接口管理，完成外部数据包的传送工作。GGSN在激活PDP上下文阶段，根据用户所需接入的网络信息(APN)从DHCP服务器获得动态用户地址，并配合SGSN在MS/SGSN/GGSN中形成用户的PDP数据，其中包括IMSI，NSAPI，APN，IP地址以及相关的SGSN/GGSN地址等，从而保证后续数据传送过程的顺利进行。在下行数据传送阶段，GGSN进行数据包的报头封装，并根据PDP相关数据或通过HLR获得的MS所在SGSN的地址

32、，将数据经Gn接口的GTP隧道协议传送至SGSN；对于上行数据传送，GGSN去GTP封装并将数据经Gi接口路由至相应的服务器或地址。GGSN还提供相关的G-CDR计费信息的收集和传送工作。 2.2 动态域名解析2.2.1 动态域名解析的概念动态域名解析服务，简称DDNS(Dynamic Domain Name Server)，是将用户的动态IP地址映射到一个固定的域名解析服务上，用户每次连接网络的时候，客户端程序就会通过信息传递把该主机的动态IP地址传送给位于服务商主机上的服务器程序，服务程序负责提供DNS服务并实现动态域名解析。就是说DDNS捕获用户每次变化的IP地址，然后将其与域名相对应，

33、这样域名就可以始终解析到非固定IP的服务器上，互联网用户通过本地的域名服务器获得网站域名的IP地址，从而可以访问网站的服务。众所周知，计算机想参与互联网通讯，无论是作为一台执行资源访问的客户端还是作为一台被访问的资源提供服务器，必须分配有一个合法的IP地址(注：LAN方式宽带用户不需要直接获得合法的IP地址)。IP地址的分配又有静态和动态两种，通常作为服务器的计算机的IP地址是静态的(固定)，因为它要为用户提供服务。如果一台服务器的IP地址每天变换，那又有哪个用户可以记住服务器的地址呢？而由于作为访问客户端的计算机绝大多数时间是作为资源请求方而不是服务提供者，因此它的IP可以是动态的，通常体现

34、在我们每次拨号的得到的IP地址都不同，当用户断线时再由服务商回收再分配。 那可不可以让所有的计算机的IP地址都固定呢，不管是服务器还是客户端，那样不就可以互相访问了吗？事实上，目前的IP地址已经非常匮乏了(IPv4的IP总地址有限，而分配权又掌握在美国手中)，一个固定IP地址的租用费用是十分昂贵的，根本不可能这样做。 针对目前这种情况，如果一个企业想作为互联网服务的提供商，但同时希望客户在访问自己网站的时候畅通无阻，那他就需要用户在访问自己企业网站的时候知道自己网站的实时IP，也就是正在使用的IP。 当前有两种解决方案：1、申请一个静态IP。用户访问可以准确并且快捷的进行，但同时企业需要付出高

35、昂的静态IP申请费用；2、存在一种服务或者应用，在用户访问企业网站的时候，可以通过这个服务器或者应用来解析出网站的实时IP，反馈给用户，用户通过这个静态IP来快捷的访问企业的网站。后者既是目前流行的DDNS，动态域名解析服务。尽管服务器的IP地址固定了，但要记忆像222.136.188.23这样的IP地址还是很烦人的，互联网上的服务器何止数万，谁能都记住？因此就有了传统的DNS服务(域名解析服务)，它可以用一串容易记忆并富有含义的字符代替枯燥的IP地址，例如用代替222.136.188.23。这样，我们看到www. 就知道通过它可以访问ithack的网站服务器，而不需要知道ithack网站服务

36、器的IP地址是什么。当我们在浏览器中敲入www. ithack. net这样的名字时，DNS就在后台将这串名字转换成相应的IP地址，从而实现访问。 不是所有在互联网上通讯的计算机都会有这样一个助记名字(域名)的，只有服务器才有，广大的客户端是没有固定IP地址的，而传统的DNS服务器是一种静态地址映射服务器。如果某个域名对应的IP地址变动了必须手工修改相应记录，所以为动态IP地址用户提供名字映射是不实际的。 现在广大的互联网(尤其是宽带)用户不再满足于作为单一的客户端的上网方式，希望能够实现服务器的功能，动态DNS(域名解析)服务，也就是可以将固定的互联网域名和动态(非固定)IP地址实时对应(解

37、析)的服务。这就是说相对于传统的静态DNS而言，它可以将一个固定的域名解析到一个动态的IP地址，简单的说，不管用户何时上网、以何种方式上网、得到一个什么样的IP地址、IP地址是否会变化，他都能保证通过一个固定的域名就能访问到用户的计算机。 这一意味着在动态DNS服务下的计算机就好像具有了固定的IP地址可以充当互联网服务器了。对于广大互联网用户和中小企业而言这无疑是一项非常具有吸引力的服务。2.2.2 花生壳软件的特点花生壳是一套完全免费的动态域名解析服务客户端软件。当客户安装并注册该项服务，无论在任何地点、任何时间、使用任何线路，均可利用这一服务建立拥有固定域名和最大自主权的互联网主机。“花生

38、壳”支持的线路包括普通电话线、ISDN、ADSL、有线电视网络、双绞线到户的宽带网和其它任何能够提供互联网真实IP的接入服务线路，而无论连接获得的IP属于动态还是静态。从http：/在申请护时，输入要申请的名称和密码，填写相关资料后，就申请成功了，申请了护照后，登录护照，注册一个免费域名记录，然后花生壳就起作用了。具体步骤是：(1)需在以下地址http：/(2)凭已注册的Oray护照成功登录，那么护照下所有激活花生壳服务的域名将与机器的公网IP绑定。(3)可以利用花生壳动态域名建立主机的远程接入应用，让互联网用户随时随地都可以通过域名找到机器的网络地址。(a) (b) 图2-2 花生壳软件安装

39、结果及域名诊断(a) 登录 (b) 信息2.3 传感技术随着社会的进步，科学技术的发展，特别是近20年来，电子技术日新月异，计算机的普及和应用把人类带到了信息时代，各种电器设备充满了人们生产和生活的各个领域，相当大一部分的电器设备都应用到了传感器件，传感器技术是现代信息技术中主要技术之一，在国民经济建设中占据有极其重要的地位。 人是通过视觉、嗅觉、听觉及触觉等感官来感知外界的信息，感知的信息输入大脑进行分析判断(即人的思维)和处理，再指挥人作出相应的动作，这是人类认识世界和改造世界具有的最基本的本能。但是通过人的五官感知外界的信息非常有限，例如，人总不能利用触觉来感知超过几十甚至上千度的温度吧

40、，而且也不可能辨别温度的微小变化，这就需要电子设备的帮助。同样，利用电子仪器特别象计算机控制的自动化装置来代替人的劳动，那么计算机类似于人的大脑，而仅有大脑而没有感知外界信息的“五官”显然是不足够的，中央处理系统也还需要它们的“五官”即传感器。 人的五管是功能非常复杂、灵敏的“传感器”，例如人的触觉是相当灵敏的，它可以感知外界物体的温度、硬度、轻重及外力的大小，还可以具有电子设备所不具备的“手感”，例如棉织物的手感，液体的粘稠感等。然而人的五官感觉大多只能对外界的信息作“定性”感知，而不能作定量感知。而且有许多物理量人的五官是感觉不到的，例如对磁性就不能感知。视觉可以感知可见光部分，对于频域更

41、加宽的非可见光谱则无法感觉得到，象红外线和紫外线光谱，人类却是“视而不见”。借助温度传感器很容易感知到几百度到几千度的温度，而且要做到1的分辨率轻而易举。同样借助红外和紫外线传感器，便可感知到这些不可见光，所以人类才制造出了具有广泛用途的红外夜视仪和X光诊断设备，这些技术在军事、国防及医疗卫生领域有着极其重要的作用。 在工农业生产领域，工厂的自动流水生产线，全自动加工设备，许多智能化的检测仪器设备，都大量地采用了各种各样的传感器，它们在合理化地进行生产，减轻人们的劳动强度，避免有害的作业发挥了巨大的作用。在家用电器领域，象全自动洗衣机、电饭褒和微波炉都离不开传感器。医疗卫生领域，电子脉博仪、体

42、温计、医用呼吸机、超声波诊断仪、断层扫描(CT)及核磁共振诊断设备，都大量地使用了各种各样的传感技术。这些对改善人们的生活水平，提高生活质量和健康水平起到了重要的作用。在军事国防领域，各种侦测设备，红外夜视探测，雷达跟踪、武器的精确制导，没有传感器是难以实现的。在航空航天领域，空中管制、导航、飞机的飞行管理和自动驾驶，仪表着陆盲降系统，都需要传感器。人造卫星的遥感遥测都与传感器紧密相关。没有传感器，要实现这样的功能那是不可能的。 此外，在矿产资源、海洋开发、生命科学、生物工程等领域传感器都有着广泛的用途，传感器技术已受到各国的高度重视，并已发展成为一种专门的技术学科。 传感器是摄取信息的关键器

43、件，它与通信技术和计算机技术构成了信息技术的三大支柱，是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集手段，也是采用微电子技术改造传统产业的重要方法，对提高经济效益、科学研究与生产技术的水平有着举足轻重的作用。传感器技术水平高低不但直接影响信息技术水平，而且还影响信息技术的发展与应用。目前，传感器技术已渗透到科学和国民经济的各个领域，在工农业生产、科学研究及改善人民生活等方面，起着越来越大的作用。许多尖端科学和新兴技术更是需要新型传感器技术来装备，计算机的推广应用，离不开传感器，新型传感器与计算机相结合，不但使计算机的应用进入了崭新时代，也为传感器技术展现了一个更加广阔的应用领域和发展前景。第3章

44、供水远程监控系统硬件组成及其配置3.1 厦门才茂GPRS无线数据传输终端DTUCAIMORE DTU(本文简称DTU)为用户提供高速、永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络。主要针对电力系统自动化、工业监控、交通管理、气象、金融、环保监测、煤矿、油田、证券等行业的应用，利用GPRS/CDMA/EVDO/TD- SCDMA/ WCDMA网络平台实现数据信息的透明传输，同时考虑到各应用部门组网方面的需要，在网络结构上实现虚拟数据专用网。DTU：标准DB9 RS232或20Ppin RS232/485接口，外置式，适用于各种工业监控、交通管理、气象、POS机、自动售货机、移动银行等应用。产品外

45、观如图3-1所示。图3-1 DTU实物图3.1.1 DTU特点(1)采用低功耗高性能的嵌入式处理器，可高速处理协议和大量数据(2)支持全透明方式下多中心数据传输(3)多种工作模式选择，使用方便、灵活(4)软硬件看门狗设计，保证系统稳定(5)采用7V-32V电压，供电电源适应性更宽(6)抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求(7)方便的系统配置和维护接口(8)支持串口软件升级和远程维护3.1.2 系统组成DTU系统有下列组成部分：(1)32位ARM9处理器(2)64MB SDRAM & 8MB Flash(3)高性能工业级模块3.1.3 工作原理DTU是基于移动网络，针对工业监控、交通管理、金融

46、等行业的数据通信的应用开发的。与数据中心的接口设备一起提供透明数据传输通道，组成用户专用数据网络。DTU原理框图参见图3-2所示。GPRS/CDMA/EVDO/WCDMA/TD-SCDMA模块ARM9嵌入式模块天线及其接口模块UIM接口模块指示灯模块SRAM&FLASH模块系统复位模块时钟模块用户接口模块RS232/RS485收发器模块二次电源模块图3-2 DTU系统结构图3.1.4 技术参数DTU技术指标(1)音频/短消息(2)支持通话或紧急呼叫(3)支持全速率，增强全速率和半速率(4)支持中、英文短消息(5)支持双音多频(DTMF)(6)支持G3传音(7)支持完善的AT命令接口(1)天线接口50/SMA(阴头)(2)SIM卡3V/5V自动检测(3)串行数据接口：标准RS232/485(4)串行数据速率：110115200bits/s供电(1)标准电压：+9VDC/500mA(2)电压范围：+732VDC其它参数(1)尺寸：92.7*61.3*23mm(不包括天线的安装件)(2)工作环境温度：-20+65 C(3)储存温度：-40+85 C(4)相对湿度：95%(无凝结)3.1.5 DTU配置(1)进入配置在测试、使用DTU前，要进行相关参数设置。使用配置软件进行配置的