[科普中国]-无线遥测系统

无线遥测系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

无线遥测系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

由于各个应用领域对无线遥测的要求不同，所以不同应用领域的无线遥测系统发展也不完全相同。在目前，在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。

在电力系统中，无线遥测系统的应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统(EMS系统)的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。

无线遥测在铁道电气化远动系统上的应用也较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化无线遥测系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时我国也从国外引进了大量的无线遥测产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。

自单片机问世以来，单片机技术得到了迅猛的发展，使得单片机的性能不断提高，功能越来越强，因其具有功能强大、低功耗、体积小等优点，目前己被广泛应用于工业控制、仪器仪表、计算机、家电等许多领域中。本课题就是根据单片机的以上优点将其应用在仪表的智能测量中。

随着计算机技术的应用和网络技术的飞速发展，计算机远程监测监控手段在各行业中也得到了广泛的应用，远程监测系统具有信息反馈迅速，便于统一管理、集中调度指挥，有效的提高了管理水平，解决了测量中人工监测的弊病。

针对目前有些地区现场布线困难、仪表布局分散，不利于集中管理的现状，作者设计了一套全无线遥测系统，系统基于单片机对现场输入信号的智能测量，利用无线通讯进行数据传输，实现远程监测，解决以上问题。现场的测量信息能够以无线的方式被传送出去，并且可以在数据中心实时集中管理，统一调度，查询及报表打印等。全无线遥测系统是一种通用的系统，不仅能测量频率信号，而且能够测量微小信号和4-20mA的电流信号。

无线遥测系统分三层结构，如图所示：数据中心、双模无线智能仪表、通用无线智能传感模块。数据中心的计算机连接一个GSM Modem模块，仪表室的双模无线智能仪表连接一个GSM Modem模块和一个无线数传模块，现场的通用无线智能传感模块连接一个无线数传模块。数据中心和多台双模无线智能仪表之间利用公网通过GSM Modem模块以短消息方式进行无线通讯，实现远程监测。通用无线智能传感模块通过无线数传模块向双模无线智能仪表定时单向地发送数据。

现场的通用无线智能传感模块完成测量功能和数据无线传输功能。它采集现场输入信号，经信号处理模块处理之后，输入单片机进行A/D转换，变成数字信号，然后经过单片机的一系列智能计算和功能转换，输出工程量。通用无线智能传感模块不仅可以采集4-20mA电信号和小信号，而且可以采集频率信号，因此可以进行多种测量，如温度、压力、流量等，具有通用性。

现场的测量结果既可以在通用无线智能传感模块上显示，也能在仪表室的双模无线智能仪表上显示。通用无线智能传感模块和双模无线智能仪表之间，采用无线数传模块传输数据。利用无线数传模块传输数据的方式解决了对于传输距离较远，现场布线困难的问题。数据通过串口采用异步传输，制定传输协议。数据按照传输协议被定时单向地发送给双模无线智能仪表。双模无线智能仪表和数据中心之间，通过GSM Modem模块传输数据，数据以短消息的方式按照Modbus协议传输；数据可以随机或定时招测双模无线智能仪表的数据，为避免频繁招测给双模无线智能仪表的其它工作带来干扰，双模无线智能仪表设计成基于数据缓冲池的双CPU结构。

数据中心能够随机或定时招测双模无线智能仪表中与测量有关的数据，并具有数据库自动备份、用户数据查询、用户数据修改、清空数据库、参数曲线显示、用户数据打印等功能。双模无线智能仪表和数据中心之间一般在1到几十公里以上，距离很远，目前网络发达方便，因此可以采用电台或者GSM网络或公用电话网构成遥测网络，目前手机基站的网络覆盖面很广，在全国范围内都有网络，传输数据快，运行费用相对低，将其作为工业通讯设备，有很强的适应性，所以本系统设计采用基于短消息的GSM网络传输数据，实现数据中心对所有双模无线智能仪表的控制和管理。1

无线遥测系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。当今，随着人们对无线遥测系统需求的提高以及计算机技术的发展，为无线遥测系统提出新的要求，概括地说，有以下几点：

　　无线遥测系统一般是各工业系统自动化的实时数据源，为系统提供大量的实时数据。所以在这今十年来，无线遥测系统系统如何与其它非实时系统的连接成为无线遥测研究的重要课题。无线遥测系统与电能量计量系统，地理信息系统、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及办公自动化系统的集成成为无线遥测系统的一个发展方向。

　　利用这些新技术模拟系统的各种运行状态，并开发出调度辅助软件和管理决策软件，由专家系统根据不同的实际情况推理出最优化的运行方式或处理故障的方法，以达到合理、经济地进行系统网络的调度，提高运输效率的目的。

　　面向对象技术(OOT)是网络数据库设计和市场模型设计的合适工具，将面向对象技术(OOT)运用于无线遥测系统是发展趋势。

随着Internet技术的发展，浏览器界面已经成为计算机桌面的基本平台，将浏览器技术运用于SCADA系统，将浏览器界面作为系统调度自动化系统的人机界面，对扩大实时系统的应用范围，减少维护工作量非常有利；在新一代的无线遥测系统中，传统的MMI界面将保留，主要供操作人员使用，新增设的Web服务器供非实时用户浏览，以后将逐渐统一为一种人机界面。

JAVA语言综合了面向对象技术和Internet技术，将编译和解释有机结合，严格实现了面向对象的四大特性:封装性、多态性、继承性、动态联编，并在多线程支持和安全性上优于C++，以及其它诸多特性，JAVA技术将导致无线遥测系统的一场革命。

虽然现有的无线遥测系统已经有了很大的发展，并逐步被应用到工农业的各个领域中去。但是这些系统一些功能的实现上仍具有明显的缺陷：

　　用现有的无线遥控测试设备组成的系统进行多目标测量和控制时，由于无线传输中的干扰及有限的无线资源，系统只能传输极少数的遥测信息和控制信息。这会影响系统工作的实时性和精确性。

　　对于多目标的遥控测试系统，很大一部分的要求来自于民用方面，如导航、石油/液化气管道测量、地震监测、医院监护、工厂远距数据采集等民用方面都提出了很大的要求。对于民用，若不考虑价格，就意味着丢掉市场。因此，从整体设计开始，就得从方案、采用的技术、器件、工艺等方面考虑价格问题。

　　无线遥控侧试系统由于其通信信道不像有线通信那样是封闭的，因此它比较容易被侵入或攻击。如何保证其网络的安全性无疑也是当今网络通信发展的一门重要课题。

　　同国外系统相比，大部分国产通用系统主要是模仿国外系统开发的，虽然部分系统已经汉化，但是中国市场中某些行业规范，他们很难满足。而且人力资源以及资金限制使得它们可能在很长时间内只能维持对现有系统功能的维护和补充。2