一种基于GPRS的远程监控系统(5)

2018-04-28 神汽专用车

3 实际应用中的问题

3. 1 功耗

首先, 必须考虑到GPRS模块(G20) 的功率, 其最大功率可达到1w以上, 直流电流可超过300 mA。笔者在实践中发现, 若电源线仅比G20的针脚略宽( 10 m i-l 20 m il), G20 虽可上电, 却无法正常启动SIM 模块, 必须将导线拓宽至50m i-l 60 m il以上。

其次, 在无外部电源, 采用内部电源供电时, 必须权衡建立GPRS链接所需能量与内部通信协议复杂度之间的矛盾。若监测平台与控制中心之间信息发送间隔时间较长, 例如环境监测, 每次采样和发送信息的工作时间总和不过几十秒, 而每两次采样却可能间隔30 m in以上, 这种情况下最好在发送完毕后关闭GPRS链接, 同时让GPRS模块处于休眠状态, 因为对错误拨入(某人拨错手记号码)和垃圾短消息以及恶意IP攻击的反应会消耗/巨大0的能量。通信子系统只要处于无线信息发射或接收状态, 功率一般都在1w以上。而且, 在无线链接维持阶段, GSM 机制要求移动通信终端每隔一定时间就要与附近基站通信一次。

另外, A /D 转换器的采样电阻所消耗的功率也不可小觑。例如, 每路A /D 通道, 电流4 mA-20mA, 平均电流12 mA, 采样电阻125 8 ( 因CPU为低功耗型, 比较电压定为2. 5 V ), 此刻每路模拟通道的采样电阻所消耗功率为:

I*R=0.012*125=0.018w

若有8路A /D 通道选择为电流型, 所耗功率甚至会超过CPU。

3. 2 控制中心阻塞

本地端口号因在各个采样终端上, 互不干扰, 故提前在硬件程序中以默认值(如5100)设定。而接收端口个数则由采样点个数与发送时间间隔共同决定。假设有一测控系统, 300个采样点(编号从SNO.1至SNO.300), 数据最小发送平均间隔时间为10 m in。可规定, 任意每分钟最多只允许30个采样点处于/发送0状态, 即每30个采样点为1组, SNO. 1~ NO. 30、SNO.31~ NO. 60以此类推。服务器端的接收端口开通10个( RNO. 1~ RNO. 10), 同时按公式2规定每个采样点发送数据时的目的端口值。

SampleSendSocket= SNO( n ) % 10 + 5101进一步确定采样点发送数据的开始时刻点, 我

们可再规定: 每1 m in时间段内, 每12 s最多只有5个发送进程。

这样, 每24 s中, 最多只有10 个发送进程, 且目的端口均不相同。故而, 在任意时刻, 服务器端出现两个或两个以上同一目的端口的接收进程的概率将很小, 系统的可靠度将有所提高。

3. 3 单片机串行数据波特率的确定

GPRS模块在初次与单片机通信时, 因其采用波特率自适应原则, 波特率精度要求及其严格。而单片机受其体系结构的制约, 理论计算波特率与实际相差甚远。

第一, 单片机若出于功耗考虑, 首选内部晶振,然而即使高精度内部晶振, 多数单片机仍有2% 的误差。

第二, 作为直接波特率源的定时器, 中断执行需要一定时间。第三, 发送执行机构状态的查询也需要一定时间。我们在实践中发现, 即使发送每一位存在约2j 的误差, 发送45个字节, 即450b it(每个字节将被扩展成10bi,t以包含起始、结束位) 之后, 总体误差会扩大至1bi,t 引起接收紊乱。

3. 4 安全问题

GPRS系统就信息传输而言, 其基础仍为GSM网络和因特网, 只是改进了GSM网络中数据发送方式, 并未对上述两个基础的安全性进行革新。故而, 现实中GSM 网络与因特网的安全隐患依然存在。若被监测信息属于敏感信息或与某些公司、个人等有利益关系, 比如, 远程电表、水表的抄录, 此点尤为重要。安全问题主要表现在以下几个方面。

( 1)硬件安全性

单片机是监测与控制核心, 若它遭到恶意解密和修改, 上位控制中心将极难发觉。在采取单片机自身提供的防读写技术的同时, 必须刻意改造芯片程序。

SIM 卡是另一可被读取的芯片, 而且社会上已有专业设备。换言之, 可以仿造出监测平台无线模块的副本。对终端ID 等识别信息的加密, 将成为阻止仿造监测平台的必要措施。

( 2)信息泄漏

信息在无线发射阶段和网络转发阶段, 均有可能被恶意截获。现在GSM 网络和因特网的安全性已经非常突出, 所以必须对数据包的长度、地址信息、标识、帧格式等进行加密。

4 结束语

与普通GPRS数传模块不同, 本系统将现场数据采集单元与GPRS数传单元集于一体, 降低了成本, 并可非常方便地同时接入多种现场工业仪表及监控设备, 每个采集终端最多同时允许32路数字输出、16路数字输入, 16路A /D、2路D /A, 以及5路脉冲计数。加之GPRS数据传输模块所具有的远程、高速率、低成本优点, 本系统可在环境监测、远程超表、电力监控及移动车辆监控等诸多领域广泛应用。