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基于GPRS_CDMA无线网络的远程数据采集系统设计

XIN XI CHUAN MEI

信息传媒

基于GPRS/CDMA无线网络的远程数据采集系统设计
文◎ 1王国荣 2吴巨峰 1熊义君(1 武汉大学东湖分校工学院 湖北武汉;2 中铁大桥局 湖北武汉)
摘要:本文介绍了GPRS/CDMA无线网络 的工作原理,针对其传输特点,设计出基于 GPRS/CDMA无线网络远程数据采集系统,并介 绍了控制软件的开发思路和实现过程。实践 证明,先进的无线通信技术为工业现场在线 监测提供了极大的便利,有效解决了传统传 输方式的弊端,提高了在线监测系统的功能 和运行效率。 关键词:GPRS/CDMA;在线监测系统;系 统模式;软件开发 1、引言 数据采集(Data Acquisition)是获取信 息的基本手段。数据采集技术作为信息科学 的一个重要分支,是以传感器、信号测量与 处理、微型计算机等技术为基础而形成的一 门综合应用技术[1]。而借助无线传输手段的 远程数据采集系统,与传统的数据采集系统 相比,具有不受地理环境、气候、时间的影 响等优势,更具有工程造价和人力资源成本 低,传输数据不受地域的影响,可靠性高, 免维护等优点。通信、计算机等技术的飞速 发展,特别是远程传输手段的多元化和技术 水平的提高,使远程数据采集技术有了广泛 的应用。 2、系统结构组成 基于GPRS/CDMA无线网络的远程数据采集 系统由工业现场数据采集系统、无线网络通 信系统、监控中心等组成(如图1)。工业现 场数据采集系统利用各类传感器对现场监测 点进行监测,传感器输出信号经现场数据采 集模块处理后,由无线传输模块(GPRS/CDMA 模块)依次进行TCP封装→IP封装→PPP封 装,然后将数据发送到GPRS/CDMA网络,通过 路由和网关,最后经由Internet网络以TCP/ IP传输协议送到监控中心绑定公网固定IP的 路由服务器上,通过局域网内NAT端口映射技 术将其映射到数据中心服务器上。监控中心 通过控制管理软件对发送过来的数据实行统 一的控制管理,监控中心也可以向工业现场 数据采集站点发送各种指令来控制监测点的 运行。 3、GPRS/CDMA无线网络的工作原理 GPRS是在现有的GSM网络基础上叠加的 一个新的网络,能给用户提供端到端的、广 域的无线IP连接,是一种无线高速数据传输 技术。它以分组交换技术为基础,用户通过 GPRS可以在移动状态下使用各种高速数据业 务,包括收发E-mail、进行Internet浏览、 即时聊天等。 CDMA技术原理是基于扩频技术,即将需 传送的具有一定信号带宽信息数据,用一个 带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调 制,使原数据信号的带宽被扩展,再经载波 调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪 随机码,与接收的带宽信号作相关处理,把 宽带信号还原成原信息数据的窄带信号即解 扩,以实现数据传输[2]。 GPRS/CDMA数据无线传输相对于传统的远 程数据传输方案具有如下优点[3]:①永远在 线:客户端不需要像传统拨号上网(PSTN) 那样,断线后需重新拨号,才能在线。客户 端随时都与网络保持联系,即使没有数据 传送时,客户始终与网络之保持连接;②快 速登录:GPRS / CDMA 的网络登陆时间很 快,无线终端一开机,就已经与网络建立了 连接。每次登录Internet只需要一个激活过 程,一般仅需1~3S;③按量收费:GPRS/ CDMA网络按照客户接收和发送数据包的流量 收取费用,没有数据流量传递时,客户即使 在线也不收费。④组网简单、迅速、灵活: GPRS/CDMA无线DDN系统可以通过Internet网 络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动数 据通信专用网络,为客户提供接入便利,节 省接入投资。GPRS/CDMA数据无线传输的以上 特点使之非常适合于连续、实时监测数据的 无线传输。 无线网络 硬件系统主要 由数据采集端 和GPRS/CDMA DTU(Data Terminal Unit,数据传 输终端)组成 [4]。首先,数 据采集终端通过 GPRS/CDMA DTU 与当地GSM/CDMA 基站中的GPRS/ CDMA 1x业务节 点进行无线通 信,并进入GPRS/ CDMA网络, 然后 通过GPRS/CDMA 网关与互联网进 行数据交互, 如 图2所示。 在实际通信 中,系统设计需要分层考虑,DTU既要完成数 据加工和协议加载,如数据的打包和分包, 又要完成物理层、数据链路层、网络层和传 输层4层网络协议,如图3所示。 4、系统软件设计与实现 远端控制中心与现场主站的通信需要设 计相应的控制软件,主要功能是实现接受和 发送TCP协议的IP,以实现与GPRS/CDMA DTU 的IP协议相互通信,完成工业现场数据采集 系统与监控中心的数据交换[5]。软件的设计 基于Microsoft公司的Visual C++平台,采用 Visual C++开发平台,具有编程简洁、程序 集成度高的特点,可以充分利用其界面设计 工具,迅速完成各种功能的图形界面设计, 得到美观清楚的界面;能充分利用系统的资 源,有利于对大量数据、图像进行处理;易于 维护的功能模块,加快了研制速度;采用事件 驱动方式,代码不是自上向下执行,而是在 响应不同的事件执行不同的代码片段,事件 可由用户操作发生,也可由操作系统和其他 应用程序的消息触发,甚至由应用程序本身 的消息触发。这有利于在工控程序中对工业 过程动画和实时信息的处理,并能在任何时 候对外部工控对象触发的紧急事件做出反应: 另外使用其自带封装好的通信控件,也极大 简化了通信功能模块的程序设计。 在Visual C++开发平台上,通过调用MFC 类中的CasyncSocket套接字类,实现Socket 编程。其主要通过创建两种Socket 类来实 现,即监听Socket(CListenSocket)和数据接 收与处理Socket类(CServerSocket )[6]。 CListenSocket定时监听相应的端口,接收 DTU的连接请求,创建一个Socket线程并完成 TCP链路的建立与维护,配合数据库技术实现 数据接收、存储及监控等功能,然后把原始 套接字放回监听状态继续监(下转189页)

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ZI ZHU CHUANG XIN

自主创新

改革高职院校课程设置 培养新世纪创新人才
文◎
摘要:随着我国高等职业教育的发展, 存在的一些问题日益显现出来,本文在分析 我国高职院校课程设置现状的基础上,探讨 了在新形势下应对高职院校的课程设置进行 调整和改革,以利于创新人才的培养。 关键词:高职;课程设置;改革;创新 一、培养创新人才是时代发展的要求 21世纪是一个充满竟争、挑战、同时也 充满机遇的新时代,是一个经济建立在知识 和信息的生产、分配和使用之上的时代。世 界经济、政治革局每时每刻都在发生着深刻 的变化,以信息技术为主要标志的科技进步 日新月异,高科技成果向现实生产力的转化 越来越快,社会需要具有广博宽厚的知识, 能够适应WTO规则,有较强的创新能力和创 新意识的人才。江泽民总书记在1996年6月 全国教育工作会议上指出:“面对世界科技 飞速发展的挑战,我们必须把增强民族创新 能力,提高带关系中华民族兴衰存亡的高度 来认识。”教育是一个民族进步和发展的基 础,也是培养创新精神和创新人才的摇篮。 正如江泽民总书记所指出的:“教育在培养 民族创新精神和培养创造性人才方面肩负着 特殊使命。”高等职业技术教育作为教育事 业的一个有机组成部分,为了完成这一光荣 使命,也理当承担起实施创新教育,培养创 新人才这一历史重任。 但是,我国目前的高职教育还存在着诸 多不利于创新人才培养的弊端,尤其在课程 设置上,面临的问题与挑战更是严峻。 二、目前高职院校课程的主要特征 (一)注重传授知识忽视学生职能的发 展 大学作为研究“高深学问”的场所, 从一开始就是以普通教育为模式,以传授一 般性知识为己任的,我国的大学在新中国 成立以后,由于受原苏联教育家凯洛夫主编 的《教育学》的影响,通常认为传授知识是 教育的首要任务,课程要以一门学科的基本 知识和基本技能为核心。学生掌握了“双 基”,也就等于发展了智力。高等院校由于 在我国高等教育界还只是一个新生事物,没 有固定的成型的教育模式作为参照,为此, 高职院校在发展的过程中过多的承继了一些 大学的教育模式与办学经验,却忽视了对自 身发展规模的有益探索,在课程设置与建设 上更是受到了上述认识的错误指导,使得高 职教育课程呈现出膨胀失控的状态,教学内 容越来越多,教材也越变越厚,体现出重专 业知识,不重复合知识,重知识积累,不重 知识运用的特点,学生的课余时间被大量的 作业习题所占用,个人的兴趣爱好却无从发 展,从而也抑制了学生技能的发展。

王华珍(常州机电职业技术学院

江苏常州)
(四)加强音乐、体育、美术课程的教 育 根据目前的研究理论,大脑分为左脑和 右脑,左右脑分工十分明确,大脑左半部分 主要起处理语言逻辑、数字和次序的作用, 即所谓的学术学习部分。大脑的右半部分处 理节奏、旋律、音乐图像划入幻想,即所谓 的创造性活动。现行的教学侧重抽象思维, 是培养左脑型人才的教育,这种模式使学生 右脑弱化的现象,人为的造成了学生智力发 展残缺和学习质量下降。而音乐、体育、美 术课程主要侧重发展学生的形象思维,丰富 学生的想象能力,是发展学生右脑的最有效 的方式,从而也有利于学生创新能力的培 养。 创新人才的培养是一项系统工程,它绝 不是在课程以外及教学内容这一单一方面进 行改革就可以实现的。它的实现需要在校园 文化系统、实践教学系统、教学管理系统、 培养质量监督与保证系统、学生评价系统等 各个方面进行深入的改革,才能最终得以实 现。

(二)“专业职业化”取向的课程特征 这种课程取向也是受到普遍大学教育 的影响而出现的。从大学诞生开始,大学课 程就以“专门化”为显著特征。文艺复兴以 后,科学技术开始分化,大学成为从事教育 和研究的基地,培养纯学术人才。而另一方 面,美国受到杜威实用主义教育观念的影 响,尤其在《莫里尔法案》颁布以后,在 “职业化”的口号下,大学中的专业教育完 全置于“实用主义”的认识路线之中。无论 是专业设置还是培养目标,无论是教育内容 还是教育思想,都过分的屈从于社会需要, 为社会培养各专业行业,职业和岗位的人 才。高职教育课程更是深受“职业至上论” 的影响,课程分类越来越细致,各门课程的 融合性极差,我国的高职院校所开设课程 中,除了“两课”和外语课程外,几乎很少 有文理渗透的课程,面对科学技术在高度分 化的基础上出现的高度综合趋势,通过传授 定向专业知识与技能来满足特定职业需要的 高职教育课程必须进行改革。 三、高职教育课程改革的设想 (一)加强文理学科的相互结合与渗透 培养创新人才必须建立在宽厚扎实的基 础知识,智力因素与非智力因素协调发展的 基础上,为此,高职院校在设置课程时就要 适当的减少专业必修课程的比重,多开设选 修课,力争使广大学生普遍拥有自然科学、 社会科学、人文科学、哲学与方法论,系统 工程与电子计算机知识,提高他们的综合素 质与综合能力,为他们创新意识与创新能力 的培养奠定了坚实的基础。 (二)课程设置要摆脱教科书的限制, 不断补充新内容 由于创新学习是开放的,综合的、全 面的、所以教学内容必须摆脱教科书的禁 锢,面向现代化、面向现代科技,不断吸收 新事物,不断补充新内容。比如:用实物、 彩图、录相、计算机多媒体、现场等来补充 教科书歹意的文字形式,加强学生的感知环 境;利用产品目录、图书和科技信息来弥补 教材内容发展滞后的缺陷,加强学生对新技 术的学习。 (三)完善课外活动和活动课程 课外活动和活动课程是对班级授课制的 有益补充,因为它不受时间、地点、教材的 限制,可为学生创造才能的发展提供广阔的 天地,并努力使这些活动做到制度化、系列 化、自主化、经常化、让学生在活动实践中 培养动手能力,增长创造才干。同时也可以 定期开展各类竞赛活动、举办活动成果展, 对成绩突出的学生及时进行表扬和奖励,形 成一种既动脑又动手的创造性氛围。

(上接185页)听。CServerSocket负责数据 接收、处理和命令发送。网络通信服务子系 统的数据收发子程序流程如图4。 在远端监控中心,数据在数据中心服务 器上通过数据处理及伺服入库程序自动进入 后台的数据库。数据处理与管理系统对采集 到的原始数据进行预处理,存储、管理监测 点、原始数据等基础信息和各种类型的监测 数据。无线采集系统运行在远端监控中心的 服务器上,长期保持在线采集。 5、结语 基于GPRS/CDMA无线网络的远程数据采集 系统采用公用的移动通信网络,通信可靠, 投资少,可以实现无线远程监控,有效弥补 了因地理环境限制等因素造成工业现场不能 组网而导致无法进行实时监测这一缺点,随 着3G技术的应用,GPRS/CDMA无线网络将摆脱 传输数据量小这一瓶颈,在实际应用中发挥 更大的作用。 参考文献: [1] 沈兰荪.高速数据采集系统原理与应 用[M].北京:人民邮电出版社,1995:10-15 [2] 黄志强,韩月霞.基于GPRS Internet 的城市路灯远程监控实现[J].微计算机信 息,2007,(1):50~52 [3] 张京江,江武鹏,张朝林,王迎春. GPRS/ CDMA 无线通信技术在GPS数据传输中 的应用[J]. 气象科技,2007,35(1):139-142.

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