GPRS RTU在公路远程监测中的应用案例

　　由于公路网要求的测控距离远，桥梁和涵洞等设施的测控点数量多，建设专用的远程测控通信网络投资过大。RTU远程通信模式非常适合公路交通数据测控，但是常规RTU的应用需要支持GPRS服务的GSM 网络的覆盖，而国内部分公路网还没有完全实现GSM 网络覆盖。此外，RTU测控接口种类和数量不能满足要求，制约了RTU在公路交通中的应用。本案例所研究的公路监测GPRS RTU，通过接口扩展和设立通信协议的方法，使RTU能够与分布在无GSM 网络覆盖区域的工业总线网络、光通信网络及无线通信网络进行通信，从而使RTU的监控范围得以延伸，为建立公路网SCADA系统提供物质与技术基础。

　　公路监测RTU的组成结构

　　远程测控终端RTU通过GPRS无线数传模块完成与远程控制中心的通信，利用接口扩展模块实现与工业总线网、光通信网或无线通信网络的节点控制器或测控模块进行通信。

　　RTU的主要模块包括微处理器、GPRS模块及串口扩展模块，说明如下：

　　(1)微处理器(MCU)

　　微处理器主要作用是对各接口进行控制，实现各接口与GPRS模块的通信，此外还需对通信数据进行处理。

　　由于SCI接口协议简单且易于实现，微处理系

　　统及模块间进行通信时常选择这种接口方式。如常用的GPRS模块标准的通信接口采用的就是SCI接口。为了实现将本地网络与GSM 网络连接起来的目的，RTU的微处理器最好具备两个或两个以上的SCI接口。

　　RTU处理器采用的是MC9S12XS128处理器，该处理器为16位微处理器，采用$12X V2 CPU内核，可运行在40MHz总线频率上，集成128KB的flash存储器及8K的RAM 存储器，两个SCI串口通信模块，达到RTU控制及通信要求。此外，该处理器还集成有1个CAN总线模块，1个SPI端口模块，经过相应的软件和硬件支持可以使RTU直接用CAN或SPI网络。由于MC9S12xS128处理器拥有两个SCI接口，因此设定一个SCI接口完成与GPRS模块的数据通信，另一个与SCI展模块进行连接，实现数据检测端的通信。

　　(2)GPRS模块

　　公路监测远程测控终端RTU通过GPRS无线数传模块实现与控制中心的远程通信。通用分组无线业务(General Pack-et Radio Service，GPRS)是一种基于IP的移动分组数据承载业务，该业务叠加在GSM 网络上，可以连接Internet和Intranet等网络，并且支持计算机和移动用户的持续连接。GSM采用拨号上网的方式，而GPRS是分组交换技术，因此与GSM 等其他无线通信方式相比，它具有速度高、永远在线、通信资费开销省等特点。

　　RTU控制流程：

　　控制流程的是建立GPRS的服务连接，其工作流程遵循GPRS协议规范。ATC60A00*支持GSM、TCP、UDP等协议，本系统采用基于DNS服务的TCP协议。建立GPRS连接后，控制器开始扫描并根据通信协议解析各端口的数据，对收到的数据校验后定入端口数据通过GSM 网络向远端传送数据。

　　远程测控终端硬件设备*

　　设备型号：ATC60A0*

　　设备特点：

　　一、提供设备状态指示灯，方便设备维护；

　　二、宽电压供电范围：5V-30V；

　　三、带RS232、RS485；

　　四、内置大容量SPI-flash(容量可选1Mbit-64Mbit)，实现数据的长时间本机保存（需定制）。

　　五、4路模拟量输入，采集精度: 12bit。

　　六、传输支持多种协议，我公司自定协议和Modbus协议(ASCII、RTU、Modbus TCP)完美支持。

　　七、数据传输采用GSM模块可实现功能：

　　1）GPRS断线自动重连；

　　2）根据需要最多可同时连接6个中心服务器；

　　3）支持固定IP、域名解析和APN专网的寻址方式。

　　4）支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等协议。

　　5）支持的节点数，只要服务器资源允许，理论上不限。

　　6）减少布线的成本和施工的麻烦。

　　7）支持短信数据传输、短信参数配置功能；

　　8）支持电话和短信唤醒功能；

　　八、支持专用软件进行本地和远程参数配置及维护。

　　九、支持本地和远程固件升级；设备参数：

　　供电电压 ：DC5V-DC30V

　　电源功耗 ：GPRS发射瞬间:2W，平常:0.5W

　　传送选择 ：串行RS232总线 300-115200bps(默认38400bps)；串行RS485总线 300-115200bps(默认38400bps)。

　　GPRS无线方式 GPRS CLASS 10 。

　　编码方式CS1，CS2，CS3，CS4 。

　　最大下行传输速率：85.6 kbps ；

　　最大上行传输速率：42.8 kbps 。

　　模拟量输入 ：电压或者电流输入:4路12位ADC

　　温度范围 ：工作环境温度-30℃ - +85℃

　　湿度范围 ：相对湿度95%(无凝结)

　　通过实测RTU能够很好地与本文开发的光通信网络和Zigbee无线网络进行通信，并取得如下技术参数：

　　测控端口数：5个标准RS232，可转RS485或RS422。

　　上传端口：GPRS方式。

　　每端口传输速率：300bps-l15200bps。

　　端口平均扫描间隔：≤Is(受限于Zigbee上传速度)。

　　测控点数：65000个／每端口，总共可接测控点320000个。

　　结论

　　公路监测GPRS RTU针对我国GSM通信网络还没有覆盖全部公路网的现实，通过端口扩展和通信协议设计，使RTU能够在建立公路网的SCADA系统中发挥作用。公路监测RTU充分展现出GPRS技术的高速度、大流量、开销少等特点，达到了设计目的。