作者：劉作煒，吉國力（廈門大學 福建 361005）

    1  引言

    在現有的工業監控系統中，常用的信息傳輸方式有：數字微波、數傳電臺、有線光纖、有線電纜等，數字微波和數傳電臺將受到傳輸距離及頻率許可的限制，而有線光纖和有線電纜的網絡成本較高，不適合監控點非常分散及傳輸距離較遠的情況下使用。

    針對監控對象分散、各監控節點間缺乏有機聯系、監控信息量相對較少，實時性要求較低等特點，CDMA1X提供了一種很好的信息傳輸方式。

    CDMA1X愿意是指CDMA2000的第一階段（速率高于IS-95，低于2MB/s），可支持308kb/s的數據傳輸，網絡部分引入分組交換，可支持移動ip業務，是在現有CDMAIS-95系統上發展出來的一種新的承載業務，目的是為CDMA用戶提供分組形式的數據業務。

    由于CDMA1X采用了反向相干解調，快速前向功控、發送分集、Turbo編碼等新技術，其容量比IS-95大為提高，從理論分析結果來看，假如用于傳送語音業務，CDMA1X系統的總容量是IS-95系統的2倍，假如用于傳送數據業務，CDMA1X系統的總容量是IS-95系統的3.2倍，CDMA 1X理論帶寬可達300kb/s，目前的實際應用帶寬大約在100kb/s左右（雙向對稱傳輸），在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于Internet連接、數據傳輸等應用。

    2  基于CDMA1X的無線通信

    2.1組網方案

    無線數據傳輸系統一般由數據業務中心、通信網絡和數據終端組成，綜合考慮業務數據量、安全性、可靠性、網絡狀況與成本等因素，采用下述組網方式：通信服務器以公網固定IP或固定的域名接入Internet，CDMA數據終端單元（DTU）上電后，主動與通信服務器建立連接，假如通信服務器沒有固定IP，可以通過安裝花生殼軟件獲得固定的域名，此方案具有成本低、通信質量穩定、安全性適中、運行可靠等特點。

    2.2無線數據傳輸原理

    根據上述組網方案，數據的上行傳輸原理如下：

    （1）下位機通過RS232串口將數據傳給DTU；

    （2）DTU將數據打成TCP/IP包，發送到無線網絡；

    （3）TCP/IP數據包經系統分組數據服務節點，傳輸至Internet上并且去尋找在Internet上的一個指定的數據服務中心（通信服務器）；

    （4）通信服務器將數據傳給上位機并存儲到歷史數據庫。

    數據的下行傳輸與上述過程相反，不再贅述，系統通信結構圖如圖1所示。

    3  系統設計

    3.1上位機設計

    上位機包括實時監控系統和歷史數據庫兩部分。

    實時監控系統選用Wonderware公司的InToUCh系統，主要實現以下功能：系統治理功能；數據處理功能：包括數據查詢功能、數據存儲功能、數據定時上報功能；告警功能：包括實時響應功能、告警聯動處理功能、告警設置功能、告警確認功能、告警存儲功能，操作控制功能，歷史數據庫選用Wonderware公司的IndustrialSQLServer，主要實現以下功能：數據統計、報表功能、歷史數據查詢功能、歷史數據曲線圖、打印功能。

    3.2下位機設計

    下位機選用ABBAC31系列PLC，包括CPU模塊和I/O模塊，CPU接收一個或多個指定監控中心對設備的操作控制命令，通過I/O模塊對有關設備執行相應的操作控制動作，并向監控中心返回操作結果,下位機主要實現以下功能：

    數據采集功能，數據查詢功能，定時上報功能，操作控制功能。

    3.3CDMA數據傳輸中斷

    CDMA數據傳輸中斷選用深圳宏電技術開發有限公司的CDMAH7710DTU該終端具有如下特點：

    （1）H7710DTU直接提供RS232/422/485接口，為用戶的數據設備提供透明、全雙工、對等的數據傳輸通道。

    （2）普通GPRS/CDMAModem通常需要附著在PC機上虛擬撥號上網，利用PC機的資源進行數據收發和協議轉換，H7710DTU內置自動網絡連接和協議處理模塊，無需后臺計算機支持。

    （3）H7710DTU可以實現點-點、點-多點、中心-多點的對等數據傳輸，傳輸時延一般小于1s。

    （4）H7710DTU一開始就能自動附著到GPRS或CDMA網絡上，并與您的數據中心建立通信鏈路，隨時收發用戶數據設備的數據。

    （5）H7000移動數據通信可以不依靠于運營商交換中心的數據接口設備，通過Internet網絡隨時隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動數據通信專用網絡。

    CDMAH7710DTU在使用前必須設定出事參數：CDMA1X網絡登陸用戶名和密碼，通信接口參數、通信服務器的固定IP地址和端口或者通信服務器的域名、DTU的在線工作方式等等。

    3.4通信服務器的設計與實現

    通訊服務器是整個系統的樞紐，主要實現不同協議之間的數據傳輸，通信服務器的設計基于OPC標準，OPC可理解為過程控制的對象連接和嵌入（OLCforProcessControl）是在微軟操作系統下開發的用于應用程序接口的一種技術，基于Client/Server模式，為了實現整個系統的通訊，在通訊服務器上需要裝3個軟件；Wonderware公司的OPClink，IOServer公司的IOServer，CDMA Server。通訊服務器的工作過程及各軟件之間的治理如圖2所示。

    下面分別講述通訊服務器上的3個通訊軟件的功能及應用。

    3.4.1OPClink

    OPClink是工作在Windows平臺下的應用軟件，主要作用是通過協議轉換來實現OPC服務器和InTouch吳志劍的數據傳輸。OPCLink可以與現地或者遠程的OPC服務器端軟件（如IOServer，RSLinx）進行連接，他將InTouch的命令轉換成OPC協議然后發送到OPC服務器端軟件，并從OPC服務器端軟件讀取數據，返回到InTouch。同樣，OPCLink也可以連接到現地或者遠程的InTouch。

    3.4.2IOServer

    IOServer的作用是實現不同協議間的數據傳輸，IOServer支持以下14種協議：Modbus協議，AB協議、ASCII協議、Courier協議、DNP協議、GE協議、HR6000協議、IEC103協議、KingFisher協議、LoopBack協議、Melsec協議、Omron協議、TI505協議、UCA2協議。在本系統中，ABBPLC采用的是Modbus協議、因此，IOServer從CDMAServer上讀取ABBPLC的數據，并轉換成TCP/IP協議，傳送給OPCLink。

    IOServer的配置主要包含以下3部分：

    （1）Board（接口配置）：IOServer支持多種接口，其中最常用的是TCP/IP和串口，在配置接口的時候，需要定義所連接設備的協議；

    （2）OPCEXPlorer：提供內部測試的平臺，也可進行數據觀察和監視。

    （3）OPCGateway：答應基于不同協議的各OPC服務器之間的數據傳輸，以及IOServer和某個控制單元之間的數據傳輸。

    3.4.3CDMAServer

    在本系統中，使用VisualC++6.0編寫CDMAServer軟件，CDMAServer作為整個系統的通訊樞紐，包括兩部分功能：與IOServer進行通訊，與DTU進行通訊。

    CDMAServer與IOServer的通訊基于SOCKET編程，采用TCP/IP協議進行傳輸，需要設置端口和IP地址，IOServer通過此端口和IP地址與CDMAServer建立通訊。

    CDMAServer和DTU之間的通訊使用開發包中動態庫wcomm_dll.dll，該文件包括和DTU通訊所需要的全部API函數，包括服務的啟動、數據發送、數據接收、關閉服務等。

    OPCServer與DTU的通信設計是基于開發工具包的用戶程序接口,即動態鏈接庫cdmagprs.dll，該庫包括了與DTU通信所需要的全部API函數，例如：

    start_gprs_server：該函數用于啟動底層服務，服務啟動后和DTU通訊，啟動該服務后，主窗口中要有響應消息的函數，以便和底層服務通訊。

    stop_gprs_server：停止服務；

    do_read_proc：讀數據。底層服務接收到DTU發送的數據后，會向啟動服務函數中指定的DSC的窗口發送消息，該窗口中的消息響應函數應立即調用讀數據函數將DBU發送過來的數據讀出；

    do_send_user_data：向DTU發送數據；

    da_close_one_user：關閉一個DTU終端，令其下線；

    do_close_all_user：關閉所有的在線DTU終端，一般停止服務前執行該API。

    由于Windows基于消息驅動的，底層服務接收到遠端DTU的數據后，會向啟動函數的窗口發送一個消息，因此，我們可以在程序中定義一個消息響應函數來處理中心與DTU的數據傳輸，消息響應函數中，通過調用動態鏈接庫中的數據接收函數和數據發送函數來傳輸數據，當數據傳輸結束后，調用關閉服務函數來結束通訊。

    4  實驗及結果分析

    實驗步驟如下：

    （1）設置DTU主要參數：

    DTU身份識別碼：139********

    在線報告時間間隔：40s

    本地通訊端口：5001

    最大傳輸包長：1000B

    主DSCIP地址：219.229.3.24

    （2）在CDMAServer上添加用戶，如圖3所示，其中終端端口與DTU上設置一致，為5001。網關出口端口，即CDMAServer與IOServer連接端口設置為5002。

    （3）在IOServer上添加端口與設備，如圖4所示，在本系統中，由于IOServer和CDMAServer裝在同一臺機子上，因此IP地址設為127.0.0.1，端口號與CDMAServer提供的端口對應，即5002。

    經過上述步驟，已建立起IOServer和DTU之間的通訊，接下去只需要IOServer和OPCLink上配置具體的Group和Item即可，在此不再贅述。

    本系統已應用到實際項目，與有線數據采集系統相比，本系統具有以下優點：

    （1）降低了通訊線路的建設成本和維護成本；

    （2）提高了系統的靈活性，監控范圍不受地域限制，節點控制目標可以任意擴充。

    （3）通訊線路比較穩定，不易發生通訊故障，就算出現問題，也能迅速發現和排除。

    5 結論

    相信隨著CDMA無線通信的高速發展和3G牌照的發布，必將引領無線通訊的潮流，而基于CDMA無線通信的遠程監控系統，將會有更加廣泛的應用。