GPRS技术支持下城市环境监测系统的探讨

张园

【摘 要】城市环境是一个城市赖以生存和发展的根本，如果城市环境遭到严重破坏，那么势必会对该城市的发展造成一定程度的影响，并且还会间接影响到城市居民的正常生活，由此可见，保护城市环境尤为重要。近年来，随着我国城市化建设进程的不断加快，推动了城市的发展速度，与此同时，城市自然生态环境的破坏也日益加剧，这一问题不得不引起我们的高度重视和关注。为此，对城市环境进行监测与控制已经势在必行。基于此点，本文就GPRS技术支持下的城市环境监测系统展开探讨。

【关键词】GPRS技术；城市环境；环境监测系统

1.GPRS技术概述

GPRS是英文General Packet Radio Service的缩写形式，译成中文为通用分组无线业务，它属于GSM向3G的过渡技术。其在当前GSM的基础上扩充了以下功能：分组控制单元、GPRS网关支持节点以及服务支持节点等，并在原有软件的基础上也进行了相应的升级，以分组交换技术代替了GSM独占电路的交换方式，可以用户端到端的无线IP连接。GPRS网络与传统GSM CSD最大的不同之处在于，GPRS业务全部是以数据流量进行计费的，这种计费方式非常适合数据通信的特点。不仅如此，GPRS的业务速度也较GSM CSD有了很大程度的提高，正常情况下，GPRS能够提供高达115kb/s的传输速率，最高值可以达到384kb/s。

GPRS可以有效利用当前的GSM网络，能够使运营商在全国范围内以最小的投入为用户提供全方位的数据业务。现如今，利用移动电话和便携式电脑进行无线上网的用户数量不断增加，GPRS网络也随之获得广大用户的青睐。GPRS用户只有在收发数据时才会占用相关的资源，也就是说若干个用户可以高效率地共享一个无线通道，这极大程度地提高了资源的利用效率，而且用户只需要根据数据通信流量进行付费，并不需要支付占用链路期间的费用，简单来讲，就是不产生GPRS流量不需要支付任何费用，这大幅度降低了用户的使用成本，所以GPRS的用户群体不断扩大。目前，随着GPRS技术的不断发展和完善，使其在远程数据传输中的应用越来越广泛，图1为基于GPRS网络的无线数据传输系统。从图1中可以清楚的看到，远程数据采集或是控制模块借助GPRS无线终端登录到GPRS网络当中，并与Internet上的数据中心建立端到端的连接，这样一来便能够实现远程数据采集控制模块与数据中心之间的无线数据传输。

图1 基于GPRS网络的无线传输系统结构框架图

由于GPRS技术能够提供性能可靠、成本低廉的无线数据传输业务，使其被广泛应用于诸多领域当中，如电力监控、工业控制、无线定位、水文监测、自动抄表等等。而将GPRS技术应用于城市环境监测系统中，则能够实现对多个测点的无线控制及数据传输，这也是本文研究的重点。

2.基于GPRS技术的城市环境监测系统构建

2.1系统框架结构设计

本文在基于GPRS技术的基础上，对城市环境监测系统进行设计，系统主要由计算机（数据中心）和环境监测仪（嵌入式ARM系统）两部分构成。其中，数据中心即上位机，处于系统管理层的上层，具体负责对监测仪进行管理与控制；监测仪即下位机，处于管理层的下层，受数据中心控制，主要负责对环境数据进行采集和传输。下位机通常都是分布在各个环境监测点，并采用嵌入式技术予以实现，数据采集和数据通信是其较为重要的两个模块，下面分别对其功能进行介绍：

2.1.1数据采集模块

模块主要是借助专用的传感器和变送器对相关的环境参数进行监测，如水质、温度、湿度、烟尘等等，然后将采集回来的信号转换成为能够被计算机处理的电信号，再由CPU对对这些电信号进行二次处理，使之转化为与标准相符的数据，并存储在芯片中，以备分析之用。由于整个数据采集过程中全部是借助传感器和变送器来实现的，所以它们的选择尤为重要，通常应当选用大厂家的产品，这样能够确保产品质量。

2.1.2数据通信模块

在整个监测系统当中，该模块主要起着桥梁的作用，通过该模块能够实现数据中心与采集模块之间的通信，其具体负责将相关环境数据按照上位机的请求通过GPRS上传给上位机，并将由上位机发出的指令传输给数据采集模块。通常情况下，上位机可在用户计算机上实现及运行，只需要联入到互联网即可。

2.2硬件设计

在本系统中，下位机的嵌入式硬件平台主要由以下几个部分构成：微处理器、GPRS通讯模块、数据采集模块、电源、看门狗和JTAG。下面分别进行介绍：

2.2.1微处理器

本系统的CPU采用的是飞利浦公司出品的LPC2132芯片，其具有性价比较高、寄存器容量大、寻址方式简单、长度指令固定、功耗低、体积小等等。

2.2.2 GPRS通讯模块

本系统的GPRS采用的是SIEMENS公司出品的MC35i作为通讯模块，其不但支持语音通讯，而且还具有GPRS、CSD和USSD三种数据传输方式，同时还具备SMS和FAX两大功能，是一款非常强大的产品。MC35i的工作电压为3.3-4.8V之间，最大工作电流为2A，属于低功耗产品，可在EGSM900和GSM1800两个频段下工作，利用AT指令进行控制。此外，MC35i拥有多达40脚的ZIF接口，其中主要包括电源接口、RS232双向串行接口、SIM 3V接口以及模拟语音接口等等。

2.2.3串口电路

RS232一直都是通信工业和PC机中使用最多的串行接口，GPRS终端可通过RS232接口与数据采集模块进行通讯，并借助电平转换芯片实现电平转换。

2.2.4电源转换单元

本系统的硬件平台中需要使用4.2V和3.3两种电压，GPRS通讯模块的工作电压为4.2V，而微处理器的工作电压则为3.3V，为此需要设置电源转换电路，本系统采用的是TPS7133和LM2596两个芯片来实现电源转换的。

2.2.5看门狗

为了进一步确保本系统的安全、可靠运行，决定采用外接看门狗芯片TPS3705，以此来提高系统的运行稳定性。该芯片具有上电复位、电压比较和手动复位等功能，上电复位延迟为200ms。

2.2.6 JTAG接口单元

通过IEEE1149.1-1990标准，可对带有JTAG接口的芯片的硬件电路进行扫描和检测。

2.3系统软件设计

在本系统的软件设计中，GPRS模块设置是重点环节，下面对此进行详细介绍。当全部硬件连接完毕后，在进行GPRS上网操作之外，应当先对GPRS模块进行相应设置，这一过程主要是借助AT指令来实现的，具体设置流程如下：

首先设置通信波特率，可采用AT+IPR=38400命令，将其设定为38400b/s；随后设置移动终端类别，即AT+CGCLASS=“B”，终端类别为B类，该类别具体是指同时对多种业务进行监控，但仅能够运行一种业务，也就是说在同一时间段内，只可以使用GPRS上网或是进行语音通信；再设置接入网关，即AT+CGD CODT=1，“IP”，GPRS的接入网关为移动互联网，完成该步骤后需要对GPRS进行测试，看该服务是否开通，命令为AT+CGACT=1，1；若是返回OK则表明成功连接至GPRS网络，如果失败便会返回ERROR，那么此时需要检查GPRS天线，看安装是否正确，同时查看SIM卡是否开通GPRS业务；成功连接GPRS后，便可以进入到数据传输模式。

【参考文献】

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