【摘 要】為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)惠的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊，通過(guò)使用GPRS DTU，花生殼動(dòng)態(tài)域名，TCP轉(zhuǎn)虛擬串口等程序軟件，可以實(shí)現(xiàn)秒級(jí)的通過(guò)GPRS和WEB系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)的一端可以是遵守MODBUS協(xié)議的任何設(shè)備，服務(wù)器端可以是在局域網(wǎng)里的任一臺(tái)計(jì)算機(jī)，最大限度的降低了設(shè)備成本和使用成本，適合在需要相距較遠(yuǎn)的不同地域?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

【關(guān)鍵詞】GPRS DTU 花生殼 TCP轉(zhuǎn)虛擬串口

在很多工程應(yīng)用領(lǐng)域中，經(jīng)常會(huì)需要在兩地之間互傳一些數(shù)據(jù)，比如企業(yè)的管理信息系統(tǒng)（MIS），DCS系統(tǒng)，小型測(cè)控系統(tǒng)，距離分散的儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。隨之而來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)方法也有很多，而靈活方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，使用維護(hù)方便，長(zhǎng)期使用費(fèi)用低一直是我們追求的目標(biāo)。

本文介紹了一種基于GPRS和互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，這種傳輸系統(tǒng)不需要靜態(tài)IP地址，可使用路由器在局域網(wǎng)里進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。本設(shè)計(jì)不需要專門(mén)的ADSL線路，對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度要求低，可實(shí)現(xiàn)秒級(jí)的數(shù)據(jù)傳輸。本設(shè)計(jì)的長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用只有一張手機(jī)卡的數(shù)據(jù)流量的包月費(fèi)用，非常適合實(shí)時(shí)性要求不高的（秒級(jí)）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。

1.總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)以GPRS無(wú)線通信技術(shù)、嵌入式單片機(jī)技術(shù)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為核心，以MODBUS RTU通訊協(xié)議為數(shù)據(jù)協(xié)議，以循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC16）為檢錯(cuò)控制方法，具有穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高、實(shí)時(shí)性好，應(yīng)用性廣，功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。

系統(tǒng)的核心是部件是一臺(tái)GPRS DTU，它和數(shù)據(jù)源通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行接口RS232/RS485方式連接，數(shù)據(jù)源可以是RTU、PLC、DCS、工控機(jī)、儀表等任何一種有標(biāo)準(zhǔn)串行接口RS232/RS485的設(shè)備。GPRS DTU接收到數(shù)據(jù)后，把這些數(shù)據(jù)通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行打包，發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器上，接收端定期去互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)服務(wù)器去讀取和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)接收端是一臺(tái)能連接互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)，它不需要使用專線連接，可以是局域網(wǎng)里的任一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它從互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器上讀取和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)MODBUS協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)解析。

數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)兩重CRC校驗(yàn)，一重是打包到TCP/IP時(shí)的TCP/IP自帶的CRC32校驗(yàn)，第二重校驗(yàn)是數(shù)據(jù)本身帶有的CRC16校驗(yàn)，所以數(shù)據(jù)有高度的可靠性。

2.硬件設(shè)計(jì)方案

2.1數(shù)據(jù)源

主要功能：提供遵守MODBUS協(xié)議的數(shù)據(jù)源。

數(shù)據(jù)源可以是具有MODBUS 接口的任何數(shù)據(jù)終端，可以是RTU、PLC、DCS、工控機(jī)、儀表等任一種設(shè)備。

2.2GPRS DTU

主要功能：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能。

GPRS DTU是一種利用公用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)GPRS網(wǎng)絡(luò)（又稱G網(wǎng)）的無(wú)線數(shù)據(jù)終端，用來(lái)為用戶提供無(wú)線長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸功能。它采用高性能的工業(yè)級(jí)8/16/32位通信處理器和工業(yè)級(jí)無(wú)線模塊，以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，提供RS232和RS485（或RS422）接口，可直接連接串口設(shè)備，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能。

2.2.1性能指標(biāo)

2.2.2天線及SIM卡安裝

A、天線采用SMA陰頭底座，從DTU機(jī)殼頂部鎖住即可。

B、DTU的SIM卡從外殼背面的插槽中插入，SIM卡座插入插槽后需要卡緊，以防SIM未插入到位導(dǎo)致終端通信異常。然后用螺絲鎖緊插槽外的擋板。目前在中國(guó)大陸地區(qū)的中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通的手機(jī)卡都可以使用。在其他國(guó)家或地區(qū)的GPRS網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)卡也可以使用。

2.3數(shù)據(jù)服務(wù)器

數(shù)據(jù)服務(wù)器可用安裝有組態(tài)軟件的工控機(jī)或辦公用普通計(jì)算機(jī)組成。服務(wù)器需要安裝動(dòng)態(tài)域名映射用的花生殼軟件，TCP轉(zhuǎn)虛擬串口的V?C?O?M?M?虛?擬?串?口?軟?件?，還有任一款常用的組態(tài)軟件，如組態(tài)王，MCGS，三維力控都行。這樣就可以實(shí)現(xiàn)和遠(yuǎn)程設(shè)備通訊了。

3.軟件設(shè)計(jì)方案

3.1數(shù)據(jù)源的軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)源可以是自己開(kāi)發(fā)的MCU系統(tǒng)，PLC，智能儀表，工控機(jī)等?，F(xiàn)在以使用組態(tài)軟件的工控機(jī)為例說(shuō)明軟件的配置。按所使用的數(shù)據(jù)情況配置設(shè)備地址，數(shù)據(jù)地址，數(shù)據(jù)類型，數(shù)量等。建議模擬量盡量用16位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)，小數(shù)點(diǎn)在組態(tài)軟件中約定處理。通訊接口配置成MODBUS RTU數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。通訊由數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)起，數(shù)據(jù)源接到數(shù)據(jù)采集請(qǐng)求后向串口發(fā)送數(shù)據(jù)（串口為安裝有GPRS DTU的串口）。串口類型根據(jù)GPRS DTU可以是RS232和RS485的，兩個(gè)設(shè)備要一致。

3.2 GPRS DTU的軟件配置

3.2.1 計(jì)算機(jī)串口設(shè)置

此計(jì)算機(jī)指用來(lái)配置計(jì)算機(jī)的串口參數(shù)。一般選波特率選擇9600，校驗(yàn)位NONE，停止位1

3.2.2 GPRS DTU工作參數(shù)設(shè)置

3.2.2.1 工作串口參數(shù)設(shè)置

指GPRS DTU和數(shù)據(jù)源串口設(shè)置的參數(shù)。一般選波特率9600，校驗(yàn)位NONE，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位

3.2.2.2 終端聯(lián)網(wǎng)參數(shù)的設(shè)置

在“接入中心IP”處你可以填寫(xiě)服務(wù)器PC在公網(wǎng)上的IP。對(duì)于使用動(dòng)態(tài)地址的填花生殼里動(dòng)態(tài)域名指向的IP地址。關(guān)于花生殼下面有詳細(xì)描述。接入中心端口可以保持默認(rèn)的10000，接入中心協(xié)議選擇TCP，GPRS撥號(hào)用戶名和密碼保持默認(rèn)的空。對(duì)于APN名稱，如果你插入終端的是中國(guó)移動(dòng)的手機(jī)卡則填寫(xiě)CMNET，如果是中國(guó)聯(lián)通的手機(jī)卡則填寫(xiě)UNINET。終端編號(hào)可以自己設(shè)置，是4個(gè)數(shù)字，一般從0001 開(kāi)始編號(hào)，每臺(tái)須不同。SIM卡號(hào)即填寫(xiě)你插入終端的手機(jī)卡號(hào)，可以如實(shí)填寫(xiě)，也可以保持13000000000 不變。心跳包是在終端串口外接設(shè)備沒(méi)有數(shù)據(jù)包上傳時(shí)為了保持TCP的鏈接而定時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)?？梢砸佬枰O(shè)置為60-180秒之間，一般保持默認(rèn)60 即可。填寫(xiě)完參數(shù)后點(diǎn)擊“設(shè)置”按鈕，在軟件主界面的“狀態(tài)信息”欄中可以看到設(shè)置成功的提示。

3.3花生殼軟件設(shè)置（運(yùn)行在數(shù)據(jù)服務(wù)器計(jì)算機(jī)上）

花生殼是一套完全免費(fèi)的動(dòng)態(tài)域名解析服務(wù)客戶端軟件。當(dāng)您安裝并注冊(cè)該項(xiàng)服務(wù)，無(wú)論您在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間、使用任何線路，均可利用這一服務(wù)建立擁有固定域名和最大自主權(quán)的互聯(lián)網(wǎng)主機(jī)?！盎ㄉ鷼ぁ敝С值木€路包括普通電話線、ISDN、ADSL、有線電視網(wǎng)絡(luò)、雙絞線到戶的寬帶網(wǎng)和其它任何能夠提供互聯(lián)網(wǎng)真實(shí)IP的接入服務(wù)線路，而無(wú)論連接獲得的IP屬于動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)。對(duì)于使用動(dòng)態(tài)IP接入的用戶而言，您可以利用\"花生殼\"在辦公室或家庭建立擁有固定域名的互聯(lián)網(wǎng)主機(jī)。由于不受線路類型、主機(jī)存放地點(diǎn)的約束，所以您可以根據(jù)自己的需求選擇合適的系統(tǒng)平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)和站點(diǎn)運(yùn)營(yíng)模式，并由此獲得最大限度的自主性。

3.3.1到 http：//www.oray.com/ 網(wǎng)站上注冊(cè)一個(gè)護(hù)照名

3.3.2下載并安裝 花生殼動(dòng)態(tài)域名客戶端。

3.3.3運(yùn)行花生殼客戶端軟件，并用申請(qǐng)的護(hù)照名進(jìn)行登錄。登錄后，就可以看到列表中 含有贈(zèng)送的免費(fèi)的域名

3.3.4點(diǎn)擊域名管理，可以看到DNS服務(wù)器指向的IP地址。這個(gè)地址就是3.2.2.2里需要填入的“接入中心IP地址”。

3.4局域網(wǎng)路由器的配置

為了最大限度降低成本，我們可以用局域網(wǎng)里的計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)服務(wù)器。那樣的話需要對(duì)局域網(wǎng)的路由器進(jìn)行如下配置。（用專線的不需此項(xiàng)）

3.4.1登錄路由器。TP-LINK系列路由器的默認(rèn)管理地址為192.168.1.1，賬號(hào)admin密碼admin 登錄到路由器的管理界面，點(diǎn)擊路由器的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則—虛擬服務(wù)器—添加新條目。

3.4.2路由器參數(shù)設(shè)置

端口映射設(shè)置如下：服務(wù)端口號(hào)填寫(xiě)10000，IP地址填寫(xiě)內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器的IP地址192.168.1.100，協(xié)議設(shè)置為T(mén)CP，若對(duì)端口協(xié)議類型不了解可以設(shè)置選擇為ALL，代表所有（包括TCP和UDP），狀態(tài)必須設(shè)置為生效。常用服務(wù)端口號(hào)，是作為一種幫助提示的作用，不需要選擇，然后單擊保存。

3.5TCP轉(zhuǎn)虛擬串口軟件配置：（運(yùn)行在數(shù)據(jù)服務(wù)器計(jì)算機(jī)上）VCOMM虛擬串口軟件可以將TCP/IP連接、UDP、DP廣播，映射成本機(jī)的虛擬COM口。安裝VCOMM虛擬串口軟件后，需要進(jìn)行如下設(shè)置：

3.5.1VCOMM軟件的工作模式。選擇Client模式（默認(rèn)）：對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行在Server模式，由VCOMM向設(shè)備發(fā)起連接。

3.5.2建立虛擬串口。點(diǎn)擊菜單中的新增虛擬串口，可以對(duì)要添加的虛擬串口設(shè)備進(jìn)行配置：

3.5.3配置虛擬串口：把3.3.4里獲得的IP地址填入遠(yuǎn)程服務(wù)器IP地址中，遠(yuǎn)程服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)端口填入和前面文中一致的“10000”，串口號(hào)填入根據(jù)計(jì)算機(jī)“硬件”-“設(shè)備管理器”里比最大號(hào)大的序號(hào)。設(shè)置好后，VCOMM軟件即主動(dòng)發(fā)起連接。

3.5數(shù)據(jù)服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)服務(wù)器的軟件可采用任一種通用的組態(tài)軟件，把虛擬串口作為真實(shí)串口一樣，連接到MODBUS數(shù)據(jù)接口即可，然后在組態(tài)軟件上設(shè)置界面，控制邏輯等即可。

4.結(jié)論

本系統(tǒng)通過(guò)GPRS DTU和花生殼動(dòng)態(tài)域名及TCP轉(zhuǎn)虛擬串口軟件的運(yùn)用，可以讓局域網(wǎng)里的計(jì)算機(jī)訪問(wèn)遠(yuǎn)程智能終端，數(shù)據(jù)通過(guò)TCP/IP協(xié)議和MODBUS協(xié)議的雙重校驗(yàn)檢錯(cuò)，數(shù)據(jù)可靠性大大提高，誤碼率極低，是一種適合低成本要求的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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[7]陽(yáng)憲惠 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用 1999第一版

作者簡(jiǎn)介：成璋（1970.11），男。就職于陜西大唐新能電力設(shè)計(jì)有限公司，現(xiàn)從事電力系統(tǒng)熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。