厦门才茂GPRS DTU粮库监测系统应用方案
时间：2016-01-19 来源：本站原创第一部分 前言
随着人们生活水平的提高，高科技技术的运用。很多物品的库存量越来越多，象粮食等物品堆积在仓库里，如果不进行妥善的 保管，就会造成不必要的损失，这就需要对其进行监控。可想而知，这需要很大的人力、物力。随着计算机的普及，自动监测系统 也被运用在仓库等地方，这就减少了大量的人力、物力。使用计算机自动监测系统，对粮仓内的温度、湿度的测量，由计算机实现库内温度湿度的高低超限报警，并可智能地控制风机、谷物冷却器及粮食干燥机等辅助设计，从而使仓内粮食达到并保持安全的储藏条件。
通过GPRS网络，主控室计算机可集中监测显示各粮仓的温湿度实时值、平均值及各个传感器的短路、断路信息和实时报警信息等，并进行历史数据存储及查询、打印。
第二部分 GPRS网络简介
GPRS是通用分组无线业务(GeneralPacketRadioService)的英文简称，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。相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、“高速传输”、“自如切换”的优点。
第三部分 厦门才茂GPRS DTU 产品特点
厦门才茂GPRS DTU是基于移动GPRS网络，针对工业监控、交通管理、金融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：20Ppin RS232/RS485/TTL接口，内置式，适用于各种应用的二次开发。
DTU原理框图参见下图：
32位 ARM9处理器
64M Sram & 16M Flash
Siemens公司高性能工业级GPRS模块MC39I
产品特点：
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
内嵌标准的TCP/IP协议栈，数据终端永远在线
支持全透明方式下多中心数据传输
支持根据域名和IP地址访问中心
多种工作模式选择，使用方便、灵活
软硬件看门狗设计，保证系统稳定
采用5V~35V电压，供电电源适应性更宽
抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求
方便的系统配置和维护借口
支持串口软件升级和远程维护
第四部分 系统组成
GPRS无线网络粮库监控系统是国内先进的远程监控技术，利用计算机技术、移动通信技术、网络通讯技术、数据库技术及测试技术建立的软硬件相结合平台。该系统运用数字移动通信技术，改变了一线一测点的模拟信号传输结构并导入移动通信技术，在主机与分机之间实现无线通讯。具有储粮物态检测，机械通风控制、超值报警、远程信息传输等功能，同时开展粮仓气流分析、粮堆发热结露分析等扩充功能的开发与研究。它代表了粮情测控的国内领先水平和发展方向。
针对中央直属储备粮食仓库监管量大、仓库布点分散、空间距离遥远和粮食监测参数繁多等特点，我们设计了用GPRS无线网络的方式实现粮库现场参数的数据采集和远程传输方案，真正实现了粮库的多点、远程、实时、同步的现场数据传输，方便、快捷、经济、可靠、安全的进行粮库的分布式集中测控。
（一）系统结构框图
整个粮库远程监控系统如上图所示由三部分组成：现场采集控制部分、GPRS 数据传输部分、监控中心。
客户通过数据采集设备PLC完成与 GPRS DTU 的数据交互。PLC 将粮库里各信息参数实时采集后通过 RS-485 (RS232/RS442/TTL可选) 串口通信方式定时将数据送往 GPRS DTU，在由DTU通过Internet转发到数据中心；同时，PLC 实时接收由中心通过 GPRS DTU 传输发来的数据指令完成相应控制功能。
监控中心通过GPRS DTU接收来自各粮库的信息数据，并对数据进行存储、历史趋势分析、报表打印等。
（三）系统主要功能
远程自动监测功能：能根据用户的要求，对粮库的现场数据进行采集、统计、 分析、并自动生成各种报表和图表，建立和存储粮库的仓储历史档案；故障告警和提示功 能：能监测现场粮情，并上报管理中心，通知库管人员前去处理；
遥测功能：能在粮库管理中心对辖区内各粮库的温度、湿度、虫情、库容、陈化度、水分、烟雾和防盗等进行测量；
A.公网方案
中心用一个服务器组作为中心接收，中心采用 ADSL 等 INTELNET 公网连接，采用公网固定 IP 或者公网动态 IP+DNS 解析服务。此种方案先向 INTERNET 运营商申请 ADSL 等宽带业务。 1) 中心公网固定IP：监控点直接向中心固定 IP 发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。（固定 IP 费用比较贵） 2) 中心公网动态 IP+DNS 解析服务：大部分 IP 都是动态的，而且费用相对便宜。 客户先与 DNS 服务商联系开通动态域名，动态域名解析软件网址如下：（可以先申请免费的二级域名进行测试）
花生壳域名解析 http://www.oray.net/mian
88IP 域名解析 http://www.88ip.com/
注意：监控点先采用域名寻址方式连接 DNS 服务器，再由 DNS 服务器找到中心公网动态 IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定 IP 的费用，但稳定性受制于 DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的 DNS 服务商。
B.专网方案
1、根据客户内部网对网络安全的特殊要求，决定采用中国移动GPRS网络的专用APN形式入网：
通过一条2M专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有IP地址进行广域连接，在移动认证路由器与用户认证路由器之间建立加密隧道。
为客户分配专用的APN，普通用户不能进入该APN。只有GPRS专网卡才能进入该APN网络，防止其他非法用户的进入。
用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。
用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。
端到端加密：移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。
双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。
2．APN业务流程
GPRS专网系统终端上网登录服务器平台的流程为：
1）用户发出GPRS登录请求，请求中包括由移动公司为GPRS专网系统专门分配的专网APN；
2）根据请求中的APN，SGSN向DNS服务器发出查询请求，找到与企业服务器平台连接的GGSN，并将用户请求通过GTP隧道封装送给GGSN；
3）GGSN将用户认证信息（包括手机号码、用户账号、密码等）通过专线送至Radius进行认证；
4）Radius认证服务器看到手机号等认证信息，确认是合法用户发来的请求，向DHCP服务器请求分配用户地址；
5）Radius认证通过后，由Radius向GGSN发送携带用户地址的确认信息；
6）用户得到了IP地址，就可以携带数据包，对GPRS专网系统信息查询和业务处理平台进行访问。
第六部分 结束语
以GPRS为基础的无线数据系统有很广泛的应用，GPRS使互联网进入无线领域，一直延伸到手掌上。除了支持传统的互联网应用，GPRS也可使无线终端支持B2B、B2C的电子商务和电子支付、股票交易、银行转帐等应用。GPRS同样可以应用于公司内部网(INTRANET)，基于IP的远程LAN接入，使无线终端成为LAN的延伸，几乎所有低速率的数据传输服务都可以应用，如对电力系统自动化、工业监控、交通管理、气象、金融、环保监测、煤矿、油田、证券等行业领域的应用。
随着人们生活水平的提高，高科技技术的运用。很多物品的库存量越来越多，象粮食等物品堆积在仓库里，如果不进行妥善的 保管，就会造成不必要的损失，这就需要对其进行监控。可想而知，这需要很大的人力、物力。随着计算机的普及，自动监测系统 也被运用在仓库等地方，这就减少了大量的人力、物力。使用计算机自动监测系统，对粮仓内的温度、湿度的测量，由计算机实现库内温度湿度的高低超限报警，并可智能地控制风机、谷物冷却器及粮食干燥机等辅助设计，从而使仓内粮食达到并保持安全的储藏条件。
通过GPRS网络，主控室计算机可集中监测显示各粮仓的温湿度实时值、平均值及各个传感器的短路、断路信息和实时报警信息等，并进行历史数据存储及查询、打印。
第二部分 GPRS网络简介
GPRS是通用分组无线业务(GeneralPacketRadioService)的英文简称，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。相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、“高速传输”、“自如切换”的优点。
第三部分 厦门才茂GPRS DTU 产品特点
厦门才茂GPRS DTU是基于移动GPRS网络，针对工业监控、交通管理、金融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：20Ppin RS232/RS485/TTL接口，内置式，适用于各种应用的二次开发。
DTU原理框图参见下图：
32位 ARM9处理器
64M Sram & 16M Flash
Siemens公司高性能工业级GPRS模块MC39I
产品特点：
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
内嵌标准的TCP/IP协议栈，数据终端永远在线
支持全透明方式下多中心数据传输
支持根据域名和IP地址访问中心
多种工作模式选择，使用方便、灵活
软硬件看门狗设计，保证系统稳定
采用5V~35V电压，供电电源适应性更宽
抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求
方便的系统配置和维护借口
支持串口软件升级和远程维护
第四部分 系统组成
GPRS无线网络粮库监控系统是国内先进的远程监控技术，利用计算机技术、移动通信技术、网络通讯技术、数据库技术及测试技术建立的软硬件相结合平台。该系统运用数字移动通信技术，改变了一线一测点的模拟信号传输结构并导入移动通信技术，在主机与分机之间实现无线通讯。具有储粮物态检测，机械通风控制、超值报警、远程信息传输等功能，同时开展粮仓气流分析、粮堆发热结露分析等扩充功能的开发与研究。它代表了粮情测控的国内领先水平和发展方向。
针对中央直属储备粮食仓库监管量大、仓库布点分散、空间距离遥远和粮食监测参数繁多等特点，我们设计了用GPRS无线网络的方式实现粮库现场参数的数据采集和远程传输方案，真正实现了粮库的多点、远程、实时、同步的现场数据传输，方便、快捷、经济、可靠、安全的进行粮库的分布式集中测控。
（一）系统结构框图
（二）系统说明
整个粮库远程监控系统如上图所示由三部分组成：现场采集控制部分、GPRS 数据传输部分、监控中心。
客户通过数据采集设备PLC完成与 GPRS DTU 的数据交互。PLC 将粮库里各信息参数实时采集后通过 RS-485 (RS232/RS442/TTL可选) 串口通信方式定时将数据送往 GPRS DTU，在由DTU通过Internet转发到数据中心；同时，PLC 实时接收由中心通过 GPRS DTU 传输发来的数据指令完成相应控制功能。
监控中心通过GPRS DTU接收来自各粮库的信息数据，并对数据进行存储、历史趋势分析、报表打印等。
（三）系统主要功能
远程自动监测功能：能根据用户的要求，对粮库的现场数据进行采集、统计、 分析、并自动生成各种报表和图表，建立和存储粮库的仓储历史档案；故障告警和提示功 能：能监测现场粮情，并上报管理中心，通知库管人员前去处理；
遥测功能：能在粮库管理中心对辖区内各粮库的温度、湿度、虫情、库容、陈化度、水分、烟雾和防盗等进行测量；
遥控功能：能对现场设备进行操作控制，例如启动通风、除湿、喷洒及安全保护装置，报 警、切断电源等；
A.公网方案
中心用一个服务器组作为中心接收，中心采用 ADSL 等 INTELNET 公网连接，采用公网固定 IP 或者公网动态 IP+DNS 解析服务。此种方案先向 INTERNET 运营商申请 ADSL 等宽带业务。 1) 中心公网固定IP：监控点直接向中心固定 IP 发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。（固定 IP 费用比较贵） 2) 中心公网动态 IP+DNS 解析服务：大部分 IP 都是动态的，而且费用相对便宜。 客户先与 DNS 服务商联系开通动态域名，动态域名解析软件网址如下：（可以先申请免费的二级域名进行测试）
花生壳域名解析 http://www.oray.net/mian
88IP 域名解析 http://www.88ip.com/
注意：监控点先采用域名寻址方式连接 DNS 服务器，再由 DNS 服务器找到中心公网动态 IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定 IP 的费用，但稳定性受制于 DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的 DNS 服务商。
B.专网方案
1、根据客户内部网对网络安全的特殊要求，决定采用中国移动GPRS网络的专用APN形式入网：
通过一条2M专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有IP地址进行广域连接，在移动认证路由器与用户认证路由器之间建立加密隧道。
为客户分配专用的APN，普通用户不能进入该APN。只有GPRS专网卡才能进入该APN网络，防止其他非法用户的进入。
用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。
用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。
端到端加密：移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。
双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。
2．APN业务流程
GPRS专网系统终端上网登录服务器平台的流程为：
1）用户发出GPRS登录请求，请求中包括由移动公司为GPRS专网系统专门分配的专网APN；
2）根据请求中的APN，SGSN向DNS服务器发出查询请求，找到与企业服务器平台连接的GGSN，并将用户请求通过GTP隧道封装送给GGSN；
3）GGSN将用户认证信息（包括手机号码、用户账号、密码等）通过专线送至Radius进行认证；
4）Radius认证服务器看到手机号等认证信息，确认是合法用户发来的请求，向DHCP服务器请求分配用户地址；
5）Radius认证通过后，由Radius向GGSN发送携带用户地址的确认信息；
6）用户得到了IP地址，就可以携带数据包，对GPRS专网系统信息查询和业务处理平台进行访问。
第六部分 结束语
以GPRS为基础的无线数据系统有很广泛的应用，GPRS使互联网进入无线领域，一直延伸到手掌上。除了支持传统的互联网应用，GPRS也可使无线终端支持B2B、B2C的电子商务和电子支付、股票交易、银行转帐等应用。GPRS同样可以应用于公司内部网(INTRANET)，基于IP的远程LAN接入，使无线终端成为LAN的延伸，几乎所有低速率的数据传输服务都可以应用，如对电力系统自动化、工业监控、交通管理、气象、金融、环保监测、煤矿、油田、证券等行业领域的应用。