基于GPRS的远程灯光控制系统的研究与设计
摘要
由城市灯光控制系统引起的耗能与节能问题日益突出，设计一种科学、合理、高效的系统来对灯光进行管理和控制十分必要。本文在研究了传统的灯光控制系统的特点之后，提出了一种基于GPRS技术的远程灯光控制系统，该系统的核心是网络的构建、通讯安全和测控节点系统的实现。本文主要做了以下几个方面的工作：
首先分析了GPRS技术的协议模型，通过与传统GSM技术的比较，得出了GPRS的技术优势。在此基础之上，设计了远程灯光控制系统的总体方案，即测控节点、通信网络以及监控中心三大模块。
探讨了GPRS的网络安全接入机制，指出了其安全方面存在的缺陷，开展了对GPRS网络数据传输加密的算法研究，结合远程灯光系统控制的特点，提出采用双密钥3DES算法。
以P89C669型单片机为控制器核心，设计了远程灯光控制系统监控终端的硬件平台，并设计了外围供给电源、通讯模块、输出控制、液晶显示以及信号采集等电路。
完成了测控节点的软件设计，对整个软件流程采用了模块化的设计原则，即：系统初始化、人机接口、模拟信号采集与处理、命令执行功能以及GPRS通讯等模块。重点分析了CMS91的AT指令及PPP协议，实现了单片机与CMS91之间的数据传输。
在分析了socket编程原理基础之上，通过比较选择了CSocket封装类来完成实际的设计工作。然后根据C／S网络通信模式对监控中心软件进行了总体设计，进一步说明了监控中心的软件结构及其实现的各部分功能模块的设计。
Because issues caused by the city lighting control system of energy consumption and energy conservation have become increasingly prominent, It's necessary for us to design a scientific, rational, efficient systems for the management and control of lighting. After characteristics of traditional lighting control system is researched, remote control lighting system based on the GPRS technology is presented, whose criterion is construction of network, security of communication and monitoring nodes of system. The main work of this dissertation are as follows:
The protocol model of GPRS technology is analyzed at first, compared with the GSM, conclude the GPRS advantages. And overall scheme of the remote lighting control system is designed. That's to say, monitor terminal, communication network and monitoring center.
Access security mechanism of the GPRS network discussed ,whose security flaws are pointed out. GPRS data transmission encryption algorithm is researched, combined with the remote control lighting system features , two key 3DES algorithm are brought forward.
Hardware platform of the remote lighting control system is designed based on the P89C669 microprocessor controller. And other circuits, such as power supply, communication model, the output control, LCD display and signal sample.
The monitor terminal software is completed, using a modular design principle, namely: system initialization, Human-machine interface, analog signal processing, order enforcement and GPRS communication, and so on. The AT commands and PPP protocol are analyzed in detail, completed the data transmission between SCM and CMS91 model.
Based on the analysis of socket programming principles, CSocket is chosen to design the monitoring center. According to client-server network communications mode, the overall scheme of monitoring center is designed and the software architecture and models are further illuminated in detail.
首先分析了GPRS技术的协议模型，通过与传统GSM技术的比较，得出了GPRS的技术优势。在此基础之上，设计了远程灯光控制系统的总体方案，即测控节点、通信网络以及监控中心三大模块。
探讨了GPRS的网络安全接入机制，指出了其安全方面存在的缺陷，开展了对GPRS网络数据传输加密的算法研究，结合远程灯光系统控制的特点，提出采用双密钥3DES算法。
以P89C669型单片机为控制器核心，设计了远程灯光控制系统监控终端的硬件平台，并设计了外围供给电源、通讯模块、输出控制、液晶显示以及信号采集等电路。
完成了测控节点的软件设计，对整个软件流程采用了模块化的设计原则，即：系统初始化、人机接口、模拟信号采集与处理、命令执行功能以及GPRS通讯等模块。重点分析了CMS91的AT指令及PPP协议，实现了单片机与CMS91之间的数据传输。
在分析了socket编程原理基础之上，通过比较选择了CSocket封装类来完成实际的设计工作。然后根据C／S网络通信模式对监控中心软件进行了总体设计，进一步说明了监控中心的软件结构及其实现的各部分功能模块的设计。
Because issues caused by the city lighting control system of energy consumption and energy conservation have become increasingly prominent, It's necessary for us to design a scientific, rational, efficient systems for the management and control of lighting. After characteristics of traditional lighting control system is researched, remote control lighting system based on the GPRS technology is presented, whose criterion is construction of network, security of communication and monitoring nodes of system. The main work of this dissertation are as follows:
The protocol model of GPRS technology is analyzed at first, compared with the GSM, conclude the GPRS advantages. And overall scheme of the remote lighting control system is designed. That's to say, monitor terminal, communication network and monitoring center.
Access security mechanism of the GPRS network discussed ,whose security flaws are pointed out. GPRS data transmission encryption algorithm is researched, combined with the remote control lighting system features , two key 3DES algorithm are brought forward.
Hardware platform of the remote lighting control system is designed based on the P89C669 microprocessor controller. And other circuits, such as power supply, communication model, the output control, LCD display and signal sample.
The monitor terminal software is completed, using a modular design principle, namely: system initialization, Human-machine interface, analog signal processing, order enforcement and GPRS communication, and so on. The AT commands and PPP protocol are analyzed in detail, completed the data transmission between SCM and CMS91 model.
Based on the analysis of socket programming principles, CSocket is chosen to design the monitoring center. According to client-server network communications mode, the overall scheme of monitoring center is designed and the software architecture and models are further illuminated in detail.
引文
[1] 张宏．城市路灯亮化／监控远程支持广系统的研究与开发：[硕士学位论文]．南京理工大学，2005，5
[2] 赵羡龙，王金枝．基于GPRS通信方式的用电管理系统及其智能终端．广东电力，2006，1：68～70
[3] 张勇．基于GPRS的嵌入式Interact研究与实现：[硕士学位论文]．电子科技大学，2004，6
[4] 佘龙华，赵春霞．磁浮列车的GPRS远程无线移动监控．测控技术，2006，25(2)：69～70
[5] 孟庆浩，周清清，禹东川．基于GSM/GPRS的海上导航灯器远程监测系统．仪器仪表学报，2006，27(2)：195～198
[6] 李圣良．基于GPRS和以太网技术的SCADA系统．微计算机信息，2006，22(2-1)：102～104
[7] 吕晶．基于ARM的无线GPRS电力负荷控制系统：[硕士学位论文]．西安电子科技大学，2007，4
[8] 朱俊．基于无线通信技术的SCADA系统的设计与实现：[硕士学位论文]．上海交通大学，2007，5
[9] 官宗琪，金超．移动终端GPRS嵌入式协议栈的实现．现代电子技术，2006，6：56～58
[10] 何文德，汪强，刘光灿．基于公共移动通信网的远程监控系统．计算机技术与自动化，2006，25(1)：90～92
[11] 魏宏权，方向忠，宋晓年．交通信息采集系统中基于分组交换技术的GPRS应用与系统设计．计算机应用与软件，2006，23(3)：134～136
[12] 姚凯学，孙为国．路灯照明监控系统的设计与实现．贵州大学学报，2005，22(4)：412～414
[13] 任翔．基于GPRS的路灯远程测控系统的研究和设计：[硕士学位论文]．南京理工大学，2005，9
[14] 曹建平，戴娟．配电监测无线远程数据通信模式研究与设计．微计算机信息，2006，22(31)：251～252
[15] 李健．基于天津移动GPRS网络进行无线数据传输的行业应用：[硕士学位论文]．天津大学，2004，6
[16] 万仁福，李方伟．GPRS与UMTS系统网络接入安全机制的比较与研究．重庆邮电学院学报，2004，17(1)：42～45
[17] 万仁福，李方伟，朱江．匿名双向认证与密钥协商新协议．电子科技大学学报，2005，34(1)：61～64
[18] 李靖，胡捍英．GPRS通信系统安全性浅析．移动通信，2003，6：43～45
[19] 陈思，吴建平．一种基于GPS／GPRS的智能交通信号控制系统．中国科技信息，2006，7：142～143
[20] 单广玉，范晓晖，杨义先．GPRS系统的安全性分析．电信科学，2002，12：35～38
[21] Zubarev, Y B; Trofimov, Y K Development of wireless access networks in Russia.Elektrosvaz, no. 6, pp. 19-20. June 2004
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[23] William Stallings, "Cryptography and Network Security-Principles and Practices", Third Edition, Publishing House of Electronics Industry, 2004
[24] Wade Trappe, Lawrence C.Washington, "Introduction to CRYPTOGRAPHY with CODING THEORY", Prentice Hall/Pearson, 2004
[25] Coppersmith, D., "The Data Encryption Standard (DES) and Its Strength Against Attacks". IBM journal of Research and Development, May 1994
[26] 于兵，朱欣华，朱炫鹏．基于ARM和GPRS的无线数据传输模块的设计．电子器件，2006，29(1)：216～219
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[28] 刘光明．基于GPRS技术的电力设备远程监控系统设计．中国科技信息，2006，1：14
[29] 邓士伟．城市路灯SCADA系统控制中心软件设计与实现：[硕士学位论文]．南京理工大学，2003，2
[30] 李平均，中健，范威．基于GPRS网络的单片机的Internet接入．微电子学与计算机，2006，23(3)：34～36
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[32] 许松清，吴海彬，杨兴裕，林宜．基于GPRS网络的移动机器人远程监控系统设计与实现．机械设计与制造，2006，3：118～120
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[43] 王昕歌．基于GPRS的冷库温度无线远程测量解决方案．上海计量测试，2006，1：14～15
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