更新时间:2023-06-07 22:56
GPRS DTU 简称GPRS模块,即串口服务器的无线版,其功能与串口服务器类似。
GPRS DTU是一种物联网无线数据终端,利用公用运营商网络GPRS网络(又称G网)为用户提供无线长距离数据传输功能. 采用高性能的工业级8/16/32位通信处理器和工业级无线模块,以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台,同时提供RS232和RS485(或RS422)接口,可直接连接串口设备,实现数据透明传输功能。
该GPRS DTU已广泛应用于物联网产业链中的M2M行业,如智能电网、智能交通、智能家居、金融、移动POS终端、供应链自动化、工业自动化、智能建筑、消防、公共安全、环境保护、气象、数字化医疗、遥感勘测、农业、林业、水务、煤矿、石化等领域。
1、CPU:工业级高性能ARM9嵌入式处理器,带内存管理MMU,200MPS, 16KB Dcache,16KB Icache
2、FLASH:8MB,可扩充到32MB
3、SDRAM:64MB,可扩充到256MB
4、接口:
UART:
CM3160P:1个RS232串口。
串口速率: 110bps ~ 230400bps
数据位支持: 8位 或 7位
奇偶校验位: 无 或 奇数校验 或 偶数校验
停止位: 1位或 2位
流控: 无 或 RTS/CTS
CM3160EP:1个RS485接口。(根据需要,可硬件跳线支持RS232/422/TTL)
串口速率: 110bps ~ 230400bps
数据位支持: 8位 或 7位
奇偶校验位: 无 或 奇数校验 或 偶数校验
停止位: 1位或 2位
流控: 无 或 RTS/CTS
控制口:RS-232, 115200 bps, 8 data bits,1 stop bit, no parity (8N1)
指示灯:具有电源、通信及在线指示灯。
天线接口:标准SMA阴头天线接口,特性阻抗50欧。
UIM卡接口:3V/5V标准的推杆式用户卡接口。
电源接口:标准的3芯火车头电源插座。
语音接口:标准的耳机麦克风接口。
5、供电:
外接电源:DC 9V 500mA
宽电压供电:DC 5-32V
通信电流:350mA
待机电流:35mA
6、尺寸
产品外形尺寸:92x62x22 mm(不包括天线及固定件)
产品包装尺寸:298x226x60mm
7、重量
0.41KG
8、其他参数:
工作环境温度 -25~+65ºC
储存温度 -40~+85ºC
相对湿度 95%(无凝结)
GPRS DTU最基本的用法是:在DTU中放入一张开通GPRS功能的SIM卡,DTU上电后先注册到GPRS网络,然后通过GPRS网络和数据处理中心建立连接。这条连接涉及了无线网络运营商,因特网宽 带供应商,用户公司的网络情况,以及用户的电脑配置等环节,因此要建立这条连接需要把各部分都配置好。
在本质上,DTU和数据处理中心建立的是SOCKET连接。DTU是SOCKET客户端,数据处理中心是SOCKET的服务端。SOCKET连接有TCP协议和UDP协议之分,DTU和中心要使用相同的协议,这个一般都有配置软件进行配置。
给DTU配置好中心的IP地址和端口号后,则把DTU通过串口和用户的设备相连。DTU和水文、电力、气象、环保等用户设备通过串口连起来放置在现场。
DTU上电后首先注册到移动的网络,然后发送建立SOCKET的请求包给移动,移动把这个请求发送到因特网。中心的服务端软件接收到请求后建立连接,并发送应答信息。
DTU发送的请求信息是因特网上的数据包,有一些原因会阻止中心收到连接请求包,这样也就不能建立连接。最常见的有中心的电脑上有杀毒软件、防火墙等把这些数据包给屏蔽了。另一是中心电脑是通过路由器上网的,在路由器上要设置数据转发。SOCKET连接建立后就可以双向通信了。
GPRS DTU上电后,首先读出内部FLASH中保存的工作参数(包括GPRS拨号参数,串口波特率,数据中心IP地址等等,事先已经配置好)。
GPRS DTU登陆GSM网络,然后进行GPRS PPP拨号。拨号成功后,GPRS DTU将获得一个由移动随机分配的内部IP地址(一般是10.X.X.X)。也就是说,GPRS DTU处于移动内网中,而且其内网IP地址通常是不固定的,随着每次拨号而变化。 我们可以理解为GPRS DTU这时是一个移动内部局域网内的设备,通过移动网关来实现与外部Internet公网的通信。这与局域网内的电脑通过网关访问外部网络的方式相似。
GPRS DTU主动发起与数据中心的通信连接,并保持通信连接一直存在。 由于GPRS DTU处于移动内网,而且IP地址不固定。因此,只能由GPRS DTU主动连接数据中心,而不能由数据中心主动连接GPRS DTU。这就要求数据中心具备固定的公网IP地址或固定的域名。数据中心的公网IP地址或固定的域名作为参数存储在GPRS DTU内,以便GPRS DTU一旦上电拨号成功,就可以主动连接到数据中心。
具体地讲,GPRS DTU通过数据中心的IP地址(如果是采用中心域名的话,先通过中心域名解析出中心IP地址)以及端口号等参数,向数据中心发起TCP或UDP通信请求。在得到中心的响应后,GPRS DTU即认为与中心握手成功,然后就保持这个通信连接一直存在,如果通信连接中断,GPRS DTU将立即重新与中心握手。
由于TCP/UDP通信连接已经建立,就可以进行数据双向通信了。
对于DTU来说,只要建立了与数据中心的双向通信,完成用户串口数据与GPRS网络数据包的转换就相对简单了。一旦接收到用户的串口数据,DTU就立即把串口数据封装在一个TCP/UDP包里,发送给数据中心。反之,当DTU收到数据中心发来的TCP/UDP包时,从中取出数据内容,立即通过串口发送给用户设备。
通过有线的数据采集中心,同时与很多个GPRS DTU进行双向通信。这是目前GPRS DTU应用系统中最为常用的方式。
(1)内部集成TCP/IP协议栈
GPRS DTU内部封装了PPP拨号协议以及TCP/IP协议栈并且具有嵌入式操作系统,从硬件上,它可看作是嵌入式PC与无线GPRS MODEM的结合;它具备GPRS拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能。
(2)提供串口数据双向转换功能
GPRS DTU提供了串行通信接口,包括RS232,RS485,RS422等都属于常用的串行通信方式,而且GPRS DTU在设计上大都将串口数据设计成“透明转换”的方式,也就是说GPRS DTU可以将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送,而不需要改变原有的数据通信内容。因此,GPRS DTU可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接,而且不需要对用户设备作改动。
(3)支持自动心跳,保持永久在线
GPRS通信网络的优点之一就是支持GPRS终端设备永久在线,因此典型的GPRS DTU在设计上都支持永久在线功能,这就要求DTU包含了上电自动拨号、采用心跳包保持永久在线(当长时间没有数据通信时,移动网关将断开DTU与中心的连接,心跳包就是DTU与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包,以保持连接不被断开)、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。
(4)支持参数配置,永久保存
GPRS DTU作为一种通信设备,其应用场合十分广泛。在不同的应用中,数据中心的IP地址及端口号,串口的波特率等都是不同的。因此,GPRS DTU都应支持参数配置,并且将配置好的参数保存内部的永久存储器件内(一般为FLASH或EEPROM等)。一旦上电,就自动按照设置好的参数进行工作。
GPRS DTU使用场合一般可以从以下几个实际应用角度来讲:
(1) 现场只能使用无线通信环境
当数据采集现场的设备需要在移动中工作,或者采集现场处于野外等情况下,无法提供有线通信的环境。这个时候,采用GPRS无线网络就可能是一个好的选择,因为GPRS网络的覆盖率在国内已经很高,全国大部分地区均有GPRS信号覆盖。
(2) 现场终端的传输距离分散
由于GPRS网络是覆盖全国的公共网络,因此采用GPRS来传输数据的一大优势就是现场采集点可以分步在全国范围,数据中心与现场采集点之间的距离不受限制。无线公网通信(包括GPRS/CDMA网络,3G网络等)这个非常显著的优点是专用无线通信网络(比如数传电台,WiMax,WLAN等)无法达到的。
(3) 适当的数据实时性要求
国内GPRS网络,其传输数据的延时为秒级范围。在绝大部分时间下,GPRS数据通信的平均整体延时为2秒左右。也就是说,从GPRS DTU端发送的数据包将大致在2秒钟后到达数据中心。反之,从数据中的数据包也大致在2秒钟后到达GPRS DTU。
总的来说,GPRS这种实时性,可以满足大多数行业应用的要求。 但是,对于一些特定的应用系统,如果不能承受2秒左右的平均延时,那么GPRS通信方式就可能是不适合的。(另外,CDMA网络的传输延时也是1秒-2秒左右)。
从另一个角度来讲,如果我们要设计的系统希望通过GPRS网络来传输数据,那么就要在设计通信协议时候考虑这种延时的情况。
(4) 适当的数据通信速率
GPRS DTU与数据中心的数据通信速率一般在10kbps-60kbps之间。从也就是说,GPRS DTU可以持续不断地以10bps-60kbps的速度向中心发送数据,反之亦然。(补充说明:国内CDMA网络的数据通信平均速率可以达到40kbps-90kbps左右)从系统应用可靠性角度来讲,我们认为当应用系统本身的数据平均通信量在30kbps以内的时候,使用GPRS网络来进行数据传输是比较适合的。
也可以从另外一方面,例如果通过GPRS网络来进行远程传输数据,那么就需要把数据平均通信量控制在30kbps之内。(注意:这里的平均持续通信速率和瞬间通信速率是有区别的,与设备串口波特率也不是同一个概念)
以上的几点可以用于判断应用系统是否适合采用GPRS网络进行数据传输,如果这几个方面都比较符合的话,那么采用GPRS DTU进行数据传输是非常合适的。
由于GPRS DTU大多用于遥远的监测现场,因此GPRS DTU的稳定性就变得非常重要。
很多用户选用GPRS DTU,仅在前期做了一些简单测试就结束选型工作,实际上是很不充分的。如果选用了不稳定的GPRS DTU并大量应用, 无异于给自己的监测系统埋下了一颗定时炸弹!
如何能够在一开始,就能全面而快速的测试GPRS DTU稳定性? 这已经成为一个重要课题!
遗憾的是,大多GPRS DTU厂家都只是宣扬自己产品稳定性好,而对于具体的稳定性测试方法,则闭口不谈!
这里,是经过验证的GPRS DTU稳定性测试流程,希望帮助用户掌握一套全面的,可操作的GPRS DTU鉴别方法,这套测试方法,可以快速鉴别GPRS DTU的主要通信性能和稳定性。
一)在线空闲测试
测试原因:测试GPRS DTU自己维持已建链路的能力,当没有数据时,GPRS DTU通过心跳保持自己的连接,GPRS DTU应至少能维持平均1小时以上的链路持续时间,不发生断线重连。
测试方法:让GPRS DTU连上数据中心后不发任何数据,观察它能维持链路多久,时间越长越好。本项测试临近结束时,应向数据中心和DTU各发几个数据包,来验证该DTU保持的
空闲链路是真实可用的,如果DTU或数据中心任何一方无法收到对方的数据包,则为不合格。
二)数据中心关闭后恢复测试
测试原因:数据中心在以后运行和维护过程中,肯定会出现临时停止暂停服务的情况,因此需要测试GPRS DTU在数据中心恢复后的快速恢复能力。
测试方法:
让数据中心关闭短时间,如1分钟,然后恢复数据中心,看DTU是否能快速连接上来,恢复时间应该在5分钟内,越快越好,重复多次该项测试,DTU必须能100%恢复连接,只要出现一次DTU始终无法恢复连接的现象,即为不合格,以此例推就就可以判断出DTU质量.
三)频繁双向小数据量测试
测试原因:测试GPRS DTU频繁收发小数据包的能力,因为日常运行中主要是小数据包的频繁双向收发。
测试方法:在数据中心和DTU端,每10秒向对方发送一个100字节左右的数据包,持续10分钟,同时统计,是网络有没有出现断线或是数据出现丢包丢失的情况,最好的结果是:没有发生断线重连,也没有丢失任何数据包,如果出现DTU断线后再也不上线,或上线后无法继续双向收发数据,即为不合格。
另外,在小数据量测试时,可以观察是否出现丢包,或数据内容错误的情况,如果频繁丢包,或出现内容错误,则为不合格。
小技巧:可以将DTU的串口2,3短接起来形成环路测试,这样只需要在数据中心发送就可以进行双向测试。
四)双向大数据压力测试
测试原因:某些应用需要临时传输大数据量,因此该项测试也是非常必要的。
测试方法:在数据中心和DTU端,每2秒都向对方发送一个1000字节左右的数据包,持续30分钟,并进行统计,是否出现网络断线的情况,以及双方是否出现数据包丢失的情况,一般来说,压力测试下,GPRS DTU可能会出现断线重连,也会丢失数据包。但断线重连的次数不应超过10次,而且次数越小越好。如果出现DTU断线后再也不能上线,或上线后无法继续双向收发数据,即为不合格。
另外,大数据压力测试时,可以观察数据传输性能这个指标,一般情况下,GPRS DTU传输数据的速度在每秒300-1500字节范围内,均属于正常,但速度越快的传输性能越好。如果GPRS DTU的传输能力明显低于该范围,为不合格。
五)去天线测试
测试原因:某些现场,因先现场某些原因,可能出现GPRS/GSM信号临时中断或变弱,信号恢复正常后,GPRS DTU应能自动恢复连接,并续传数据到数据中心。
测试方法:
1)短时间去天线:当GPRS DTU在线时,去掉GPRS DTU的天线1分钟,然后重新装上天线,并且在去掉GPRS DTU天线的时候下,依次向GPRS DTU提交3个100字节左右的数据包,当插上天线后,GPRS DTU必须能自动快速恢复连接,速度越快越好,并能续传期间的数据到数据中心,3个数据包全部丢失的为不合格,数据全部上传的为最佳。
2)长时间去天线:当GPRS DTU在线时,去掉GPRS DTU的天线30分钟,然后重新装上天线,当插上天线后,GPRS DTU必须能自动恢复连接,恢复时间应小于10分钟,超出30分钟或更长间未恢复连接的,为
不合格。
六)重复上电测试
测试原因:某些时候,现场会出现临时断电然后恢复的情况,GPRS DTU应能保证可靠的登录数据中心。
测试方法:将GPRS DTU上电,然后等待GPRS DTU连接上数据中心,每次DTU都能在2分钟内登录到数据中心,重复进行20次测试,一旦发现有一次DTU始终无法连接到数据中心,则为不合格,如有条件可以增大测试次数。
七)拨号及短信干扰测试
测试原因:在DTU登录或在线运行过程中,可能会收到一些不明短信或电话呼叫, GPRS DTU应能保证这些情况不影响其正常工作。
测试方法:将DTU上电,然后等待10秒左右,开始向DTU发送2条短信,以及2次呼叫,DTU应能正确的连接上数据中心。 在连接数据中心成功后,再向DTU发送2条短信,以及2次呼叫,观察5分钟,看DTU是否能维持链路,然后双向发送10个数据包,看是否能正常收发。
八)看门狗测试(选测)
测试原因: 如果一个GPRS DTU,即使前面的测试项都通过了,但是如果它的内部看门狗没做好,那也是有隐患的,在现场长时间连续运行,很可能还会出问题。
测试方法:看门狗的测试方法有多种,一般在内部CPU的数据总线或地址总线上,瞬间短路几个管脚,让其程序跑飞,或者RAM数据错乱,也可利用外部强干扰源进行干扰,在这种情况下,有良好看门狗机制的产品,其CPU能够在20秒内复位,如果不能复位则不合格,重复多次测试该项,DTU必须能100%复位。
这项功能要求测试人员对DTU主板比较熟悉,而且不一定方便操作,所以设为选测项。但如有测试操作条件的,建议进行该项测试。
九)去卡测试(选测)
测试原因:如果GPRS DTU应用现场恶劣,如振动或有腐蚀性气体,则可能造成SIM卡短时接触不良,GPRS DTU应能自动恢复,我们用临时取卡来模拟这种情况。
测试方法:在GPRS DTU连接数据中心时,去掉卡3秒钟左右再插上,看GPRS DTU是否会掉线及正常收发数据,去掉卡60秒钟左右再插上,看GPRS DTU是否会掉线。如果临时取卡再上卡后,DTU再也无法自动连接中心的,建议不应用这类DTU到现场有振动或有腐蚀性气体的环境。
十)电源波动测试(选测)
测试原因:如果GPRS DTU应用现场采用电池或太阳能供电,有可能出现较大范围的电源波动,GPRS DTU应能适应这种电源波动。
测试方法:以12V电池为例,电压波动范围可能在5伏到14伏之间波动,所以我们在GPRS DTU连接数据中心时,将外部电源从3伏到16伏进行缓慢的升降,模拟电池的充放电情形,这项测试GPRS DTU出现复位是正常的,我们主要看GPRS DTU是否会出现再也无法连接数据中心的情况。如果经过供电电源波动后,DTU再也无法自动连接中心的,建议不应用这类DTU到现场为电池供电的环境。
十一)欠费测试(选测)
测试原因:在GPRS DTU常年运行过程中,很可能会出现因SIM卡欠费,导致无法使用GPRS业务,从而通信连接中断的情况,在进行充值后,GPRS DTU应自动恢复与中心的连接。
测试方法:找一张欠费的SIM卡插入GPRS DTU,等待10分钟,由于欠费,DTU是无法登录数据中心的,这时用手机拨打该号码,提示为已停机或已限制呼入,这时给SIM卡充值,然后用手机拨打该号码,提示为对方振铃或彩铃,就表示该卡已经充值成功,GSM业务已经恢复,等待10分钟左右,看DTU是否能自动连接到数据中心,如果DTU始终无法自行连接数据中心,并且必须要人工复位一次才能恢复连接到数据中心,则视为不合格。
补充一条,如果该DTU支持电话呼叫或发短信来进行复位,并经过测试方法有效,则应视为合格。
十二)域名解析测试(选测)
测试原因:有的应用系统,使用了域名来代替固定IP地址,这会增加一个域名解析的环节,由于域名解析服务存在临时失效的情况,因此在使用域名解析时,需要加测这个项目。
测试方法:
1)域名失效模拟,将动态域名失效,或者静态域名设置指向为一个无效地址,将DTU设置为通过域名寻找数据中心,上电后DTU将无法连接到数据中心,这时,恢复域名的指向,然后观察DTU是否能自动连接到数据中心,恢复时间越短越好,如果DTU始终无法自动连接数据中心,则为不合格。
2)将设置好域名的GPRS DTU,在连接数据中心成功后,进行去天线测试(参见第五项),看是否通过测试,未通过测试的为该项不合格。
3)将设置好域名的GPRS DTU,在连接数据中心成功后,进行数据中心关闭后恢复测试(参见第二项),看是否通过测试,未通过测试的为该项不合格。
如果域名解析测试不合格,建议不应用这类DTU到使用域名解析数据中心IP地址的系统中。
其他测试项:
1)高低温测试,请参考电子产品通用测试方法。
2)冲击振动测试,请参考电子产品通用测试方法。