太阳能供电GPRS 无线数据传输系统的设计与实现

文/王娜

随着时代的发展，科技的进步，我国的无线通信技术也在不断创新进步。传输数据的容量越来越大，速度越来越快，供电模式由传统的电线供电发展为更加方便节能环保的太阳能供电，在自动化生产、监控技术、交通管理等部门得到了广泛的应用。本文就太阳能供电GPRS 无线数据传输系统进行了简单的介绍。

摘 要

【关键词】太阳能 GPRS 数据传输 系统设计

GPRS 是从GSM 网络中发展出的一种数据传输服务，与卫星通信服务相比更加廉价，同时也能基本满足业务需要，被广泛的应用到工业生产和工业测控的实时数据采集和传输当中。GPRS 无线数据传输系统是一种非常好的远程数据传输方式，传输速度快、安全性高、成本低、覆盖面广，同时用户可以直接使用现有的网络，不用自己建设，也不需要铺设网络线路，大大节省了开发费用。无线数据传输系统包括三个功能模块：供电模块、无线通信和数据采集。传统供电方式需要铺设供电线路，改用太阳能供电后，供电成本得到了有效降低。

1 GPRS无线数据传输系统的总体设计

GPRS 无线数据传输系统可应用到很多领域，下文我们以某河道的水位监测远程监控为例，对GPRS 无线数据传输系统进行分析设计。

1.1 系统功能分析

河道水位监测的特点是单个监测点数据量小、监测点数目多、实时性要求低、监测点较为分散，若是采用基本的人工监测，会耗费大量的人力物力，但工作成果却是有限的。随着科技的发展，我们将网络通信技术引入，采用太阳能供电GPRS 无线数据传输系统进行实时监测，将现场采集到的监控数据利用无线网络传输到监控中心，有效降低了监控成本，并为后期的数据分析工作打下了良好的基础。具体的系统功能要求包括：

太阳能供电功能，以太阳能电池为主，并配备蓄电池装置，防止连续阴天时太阳能电池无法供电；数据采集功能，该系统要在规定的时间进行数据采集，按事先定好的程序处理后存储在内存中，等待传输；无线数据传输功能，采用GPRS 无线数据通信技术将采集好的数据传输到监控中心；数据存储功能，终端的数据存储器要将一周之内测得的数据按照时间保存好；参数设置显示功能，能够显示该系统的现时工作状态，并能根据实际状况调整参数；自动报警功能，当检测数据超出了警戒范围或供电电压不足时，该系统要能向监控中心报警；终端管理功能，监控中心可以对现场监控设备远程调整工作参数和数据采集时间。

1.2 系统总体架构

针对河道水位监测的系统设计按照功能划分可以分为：电源供应层，太阳能供电；采用现场传感器进行采集的数据采集层；利用GPRS 无线设备进行数据传输的传输层；利用GPRS 构建的网络通信层；上位机应用层，指的是监控中心。系统的网络架构是整个系统设计中最为重要的部分之一，我们要根据网络架构设计组建系统、设计通信协议和系统数据采集终端的软硬件。

1.3 GPRS网络结构分析

GPRS 网络是在已有的GSM 网络基础上构建的，引入了三个组件，GGSN、SGSN 和PCU。这些组件可以帮助用户分组发送接收数据，以MS 代表移动台、BSS 代表基站子系统、Um 代表无线空中接口、SGSN 用于处理数据交互、GGSN 用于连接GPRS 网络和外部网，介绍GPRS 网络是如何工作的。首先，MS 利用无线通信连接GPRS 蜂窝电话，随后GPRS 蜂窝电话连接GSM 基站，将数据分组传送给SGSN，数据处理后，若是归于内部网，则传送回MS，若是需要传送给外网的，则将数据传送给GGSN。若是数据最开始就是外部网络传输过来的，则由GGSN传送给SGSN 进行判断，是否输送给相应的MS。

2 太阳能供电模块设计

2.1 太阳能供电模块的基本组成

太阳能电池在设计时要考虑到太阳能的特性，非连续性供应能源且强弱程度没有规律，采用将收集到的不稳定电能转化为蓄电池储存电能，再由蓄电池进行供电。供电模块可以分为四个部分：电池板、充放电控制电路、蓄电池、电源调理电路。太阳能电池板是GPRS 无线数据传输系统的能量源，由多个单元串并联而得，能够将不稳定太阳能转化为不稳定电能；充放电控制电路的功能是将不稳定的电能转化储蓄电能，其运行的状态控制着整个太阳能供电模块的状态；蓄电池除了储存电能以外，还要在阴天没有太阳的时候承担起供电的任务，向负载提供电力，一般采用酸铅蓄电池；电源调理电路的功能是调节输出电压，为负载提供稳定的输出电压。

2.2 太阳能电池的输出特性

太阳能电池是非线性的电子元件，通过实验研究可知，太阳能的输出会受到日照强度和温度的影响。随着日照强度的增强，输出短路电流和最大功率也会显著上升；随着温度的升高，开路电压成下降趋势；总体的输出功率随着日照强的增强而升高，随着温度的上升而减小。

2.3 铅酸蓄电池的充电控制

铅酸蓄电池的充电方式有：恒流法、恒压法、二阶段法、三阶段法。恒流法控制简单但是利用率较低，且会析出过多的气体；恒压法充电时间短而且效率较高，但是充电初期的充电电流有可能会给电池造成损伤，而且选择充电电压时若是没选合适的电压会浪费很多时间；二阶段法能够克服以上两种方法的一定缺点，先采用恒流法直到电压满足规定的电压值，改为恒压法，这种方式能够有效保护电池，析出气体较少；三阶段法指的是在二阶段法之后继续进行微小电流充电，补充自放电引起的电量损失，又叫浮充。

3 结语

本文以河道水位监测为例，对太阳能供电的GPRS 无线数据传输系统设计进行了介绍，说明该系统在实际应用中的可行性很高，适合大范围推广。

参考文献

[1] 尤后兴, 陈丹, 汤彬. 基于GPRS 无线数据传输系统的设计与实现[J]. 重庆工学院学报,2005(05).

[2] 吴炎彪. 太阳能无线数据采集系统设计与研究[D]. 杭州电子科技大学,2009.

[3] 王修强, 周新志. 基于GPRS 无线数据传输系统的设计与实现[J]. 中国新通信,2010(09).

作者单位

河北省廊坊开发区东之乔通信工程有限公司　河北省廊坊市　065000__