基于GPRS技术的人防及灾害警报集中控制系统的设计与实现

摘   要：介绍一种基于GPRS的人民防空及灾害警报集中控制系统的实现方法。该系统采用GPRS无线数据通信技术实现人民防空及灾害警报器的远程集中播放和监控，具有控制响应快、建设和维护成本低的特点。

 

GPRS(General Packet Radio Service—通用分组无线服务)，它是利用“包交换”的概念发展出的一套无线传输方式。GPRS是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输业务，借助GPRS无线接入技术，无论在何时、何地，人们都可以轻松地接入互联网。

利用GPRS无线接入技术组成无线数据传输系统有很大的应用范围，目前几乎所有中低速率的数据传输业务都可以应用，包括：工业遥信、遥测、遥控以及金融、零售行业的POS机联网、自动柜元机联网、移动银行等，还有车载移动性数据传输、移动车辆调度与监控等。我国GPRS技术在手机中的应用已经很广泛，而在工业遥信、遥测、遥控方面才刚刚起步，本文是利用GPRS无线接入技术设计并实现了人防及灾害警报集中控制系统，是GPRS技术在工业遥信、遥测、遥控方面的典型应用。

 

系统结构

系统主要由中央控制中心、警报遥控终端两部分组成，其它部分由中国移动通信公司提供，其结构如图1所示。

警报发放指令由中央控制中心的计算机发出(中央控制中心可以是移动的、也可以是固定的)，中央控制中心发放的警报指令经Internet网络和GSM/GPRS网络后传给警报遥控终端，警报遥控终端接到指令后，启动警报器(电动警报器、电声警报器)鸣响，警报鸣响信息自动回传至中央控制中心，并在计算机的电子地图上一一显示。

图1  系统结构框图

图2  GPRS数据通信模块结构框图

图3  警报遥控终端结构框图

 

 

GPRS无线数据通信

在本系统的实现过程中，GPRS无线数据通信的实现是非常关键的问题。GPRS是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，大大降低了系统的营运成本。

GPRS无线数据传输的理论带宽可达171.2Kbps，实际应用带宽大约在40~100Kbps，并且在其信道上提供了TCP/IP连接(通过GGSN连接GPRS/GSM网络和Internet网络)，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。那么，要实现中央控制中心到警报器遥控终端之间的GPRS数据通信，只需要两者都遵循TCP/IP协议且工作在同一个网路层面上就可以了。在系统的实现过程中，我们为警报器遥控终端设计了一个GPRS数据通信模块，内嵌TCP/IP协议栈对TCP/IP数据进行解析来实现数据的透明传输，再在其基础上构建警报系统的通信协议。考虑到GPRS数据通信模块采用单片机来实现TCP/IP协议解析，所以在TCP网络层采用了系统开销较小的UDP协议而不采用TCP协议。

GPRS数据通信模块主要由CPU、GPRS收发模块、SIM卡座、配置/诊断模块、TTL串行通信接口、扩展数据存储器等部分组成，其结构框图如图2所示。

GPRS收发模块采用SIEMENS公司的MC35 GPRS无线通信模块。MC35模块中内嵌了PAP(Password Authentication Protocol)和CHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol)两种协议栈用于PPP(Point-to-Point Protocol)连接到GPRS数据交换中心，当呼叫连接建立后，MC35就能按照GPRS网络协议收发GPRS分组数据并解析，输出IP数据报。

MC35提供了标准AT命令界面和一个RS-232接口用于与外部应用系统连接；另外，还提供了SIM卡接口，用于连接SIM卡座，以便连接到不同的GPRS营运网络。

CPU采用Winbond公司的77E58单片机芯片，该芯片内部有32K的程序存储器，足够嵌入IP和UDP协议栈程序。同时，77E58具有两个串行口，一个用来连接GPRS收发模块，另一个用以输出经过UDP解析后的数据。

 

警报遥控终端

警报遥控终端为警报执行机构。它既可以为电动警报控制终端，又可以为电声警报控制终端。其工作原理为：当警报控制器接收到合法指令(远程遥控)或收到有效的键盘操作(手动操作、密码保护)后，由控制器控制电动或电声警报驱动电路，从而完成电动或电声警报器的报警。其结构框图如图3所示。

在警报遥控终端中，由Atmel公司的AT89C52单片机、GPRS通信模块、语音电路、声强检测模块、人机接口、警报器驱动等功能模块组成，完成通信、播放、状态检测、手动操作等功能。

 

结语

GPRS无线接入技术在工业遥信、遥测、遥控方面的应用将有广阔的前景。利用GPRS无线接入技术实现人防及灾害警报的集中控制,只是GPRS技术应用的一个方面。该警报遥控控制系统已经在许多城市得到了应用。