基本介紹
- 中文名：GPRS DTU
- 數據格式：1位起始位，8位數據位
- 通訊速率：9600bps
- 功能：設定工作參數、預設報警號碼等
簡介,規格參數,無線參數,硬體系統,軟體功能,典型套用,DTU通信的本質,工作過程,核心功能,測試方法,
簡介
GPRS DTU是一種物聯網無線數據終端，利用公用運營商網路GPRS網路(又稱G網)為用戶提供無線長距離數據傳輸功能. 採用高性能的工業級8/16/32位通信處理器和工業級無線模組，以嵌入式實時作業系統為軟體支撐平台，同時提供RS232和RS485（或RS422）接口，可直接連線串口設備，實現數據透明傳輸功能。
該GPRS DTU已廣泛套用於物聯網產業鏈中的M2M行業，如智慧型電網、智慧型交通、智慧型家居、金融、移動POS終端、供應鏈自動化、工業自動化、智慧型建築、消防、公共安全、環境保護、氣象、數位化醫療、遙感勘測、農業、林業、水務、煤礦、石化等領域。
規格參數
- 電源
輸入電壓：DTP_RB+ DTP_RC+: +5～12V DC。DTP_RD+: 12~24VDC
功耗：最大電力消耗5W。待機電力消耗0.5W。 - 功耗
待機 3G:40~55mA@12VDC 2G:36~40mA@12VDC
通信 3G:88~190mA@12VDC 2G:62~68mA@12VDC - 外型尺寸
DTP_RD+型：PVC塑膠外殼，尺寸：98×90×37mm
外殼 金屬外殼，保護等級IP30。外殼和系統安全隔離，特別適合工控現場套用 - 環境
工作溫度：-20℃～55℃
存儲溫度：-40℃～85℃
相對濕度：5%～95%不結露
環境要求：無腐蝕性氣體，無液體噴濺，無金屬粉塵，無強烈震動，無強烈電磁干擾。
信號強度：有手機信號（中國移動或中國聯通）
無線參數
- 支持EGSM900/GSM1800MHz雙頻，800/900/1800/1900MHz四頻可選
- GPRS multi-slot class 10
- 編碼方案：CS1~CS4
- 符合SMG31bis技術規範
- Compliant to GSM phase 2/2+
- 支持數據、語音、簡訊和傳真
硬體系統
2、FLASH：8MB，可擴充到32MB
GPRS DTU
GPRS DTU3、SDRAM：64MB，可擴充到256MB
4、接口：
UART:
CM3160P:1個RS232串口。
串口速率： 110bps ~ 230400bps
數據位支持： 8位 或 7位
奇偶校驗位： 無 或 奇數校驗 或 偶數校驗
停止位： 1位或 2位
流控： 無 或 RTS/CTS
CM3160EP:1個RS485接口。（根據需要，可硬體跳線支持RS232/422/TTL）
GPRS DTU
GPRS DTU串口速率： 110bps ~ 230400bps
數據位支持： 8位 或 7位
奇偶校驗位： 無 或 奇數校驗 或 偶數校驗
停止位： 1位或 2位
流控： 無 或 RTS/CTS
控制口：RS-232, 115200 bps, 8 data bits,1 stop bit, no parity (8N1)
指示燈：具有電源、通信及線上指示燈。
天線接口：標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。
UIM卡接口：3V/5V標準的推桿式用戶卡接口。
電源接口：標準的3芯火車頭電源插座。
語音接口：標準的耳機麥克風接口。
5、供電：
外接電源：DC 9V 500mA
寬電壓供電：DC 5-32V
通信電流：350mA
待機電流：35mA
6、尺寸
產品外形尺寸：92x62x22 mm（不包括天線及固定件）
產品包裝尺寸：298x226x60mm
7、重量
0.41KG
8、其他參數:
工作環境溫度 -25~+65ºC
儲存溫度 -40~+85ºC
相對濕度 95%(無凝結)
軟體功能
典型套用
- 電力監控
- 油田監測
- 遠程抄表
- 環境監測
- 氣象監測
- 水利監測
- 熱網監測
- 電錶監測
- 交通指示
- 煤炭監控
- 地震監測
- 車輛誘導
- 供水監控
- 高速公路監測
- 噪聲實時監控
- 環保重點污染源監控
- 供水管網實時傳輸監控
- 電力配網自動化遙控系統
- 各類國內外帶串口或485接口的PLC，RTU實現無線數據傳輸等
GPRS DTU套用圖DTU通信的本質
GPRS DTU最基本的用法是：在DTU中放入一張開通GPRS功能的SIM卡，DTU上電後先註冊到GPRS網路，然後通過GPRS網路和數據處理中心建立連線。這條連線涉及了無線網路運營商，網際網路寬 帶供應商，用戶公司的網路情況，以及用戶的電腦配置等環節，因此要建立這條連線需要把各部分都配置好。
在本質上，DTU和數據處理中心建立的是SOCKET連線。DTU是SOCKET客戶端，數據處理中心是SOCKET的服務端。SOCKET連線有TCP協定和UDP協定之分，DTU和中心要使用相同的協定，這個一般都有配置軟體進行配置。
DTU上電後首先註冊到移動的網路，然後傳送建立SOCKET的請求包給移動，移動把這個請求傳送到網際網路。中心的服務端軟體接收到請求後建立連線，並傳送應答信息。
DTU傳送的請求信息是網際網路上的數據包，有一些原因會阻止中心收到連線請求包，這樣也就不能建立連線。最常見的有中心的電腦上有防毒軟體、防火牆等把這些數據包給禁止了。另一是中心電腦是通過路由器上網的，在路由器上要設定數據轉發。SOCKET連線建立後就可以雙向通信了。
工作過程
GPRS DTU登入GSM網路，然後進行GPRS PPP撥號。撥號成功後，GPRS DTU將獲得一個由移動隨機分配的內部IP位址(一般是10.X.X.X)。也就是說，GPRS DTU處於移動區域網路中，而且其區域網路IP位址通常是不固定的，隨著每次撥號而變化。 我們可以理解為GPRS DTU這時是一個移動內部區域網路內的設備，通過移動網關來實現與外部Internet公網的通信。這與區域網路內的電腦通過網關訪問外部網路的方式相似。
GPRS DTU主動發起與數據中心的通信連線，並保持通信連線一直存在。 由於GPRS DTU處於移動區域網路，而且IP位址不固定。因此，只能由GPRS DTU主動連線數據中心，而不能由數據中心主動連線GPRS DTU。這就要求數據中心具備固定的公網IP位址或固定的域名。數據中心的公網IP位址或固定的域名作為參數存儲在GPRS DTU內，以便GPRS DTU一旦上電撥號成功，就可以主動連線到數據中心。
具體地講，GPRS DTU通過數據中心的IP位址（如果是採用中心域名的話，先通過中心域名解析出中心IP位址）以及連線埠號等參數，向數據中心發起TCP或UDP通信請求。在得到中心的回響後，GPRS DTU即認為與中心握手成功，然後就保持這個通信連線一直存在，如果通信連線中斷，GPRS DTU將立即重新與中心握手。
由於TCP/UDP通信連線已經建立，就可以進行數據雙向通信了。
對於DTU來說，只要建立了與數據中心的雙向通信，完成用戶串口數據與GPRS網路數據包的轉換就相對簡單了。一旦接收到用戶的串口數據，DTU就立即把串口數據封裝在一個TCP/UDP包里，傳送給數據中心。反之，當DTU收到數據中心發來的TCP/UDP包時，從中取出數據內容，立即通過串口傳送給用戶設備。
通過有線的數據採集中心，同時與很多個GPRS DTU進行雙向通信。這是目前GPRS DTU套用系統中最為常用的方式。
核心功能
（1）內部集成TCP/IP協定棧
GPRS DTU內部封裝了PPP撥號協定以及TCP/IP協定棧並且具有嵌入式作業系統，從硬體上，它可看作是嵌入式PC與無線GPRS MODEM的結合；它具備GPRS撥接以及TCP/IP數據通信的功能。
（2）提供串口數據雙向轉換功能
GPRS DTU提供了串列通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都屬於常用的串列通信方式，而且GPRS DTU在設計上大都將串口數據設計成“透明轉換”的方式，也就是說GPRS DTU可以將串口上的原始數據轉換成TCP/IP數據包進行傳送，而不需要改變原有的數據通信內容。因此，GPRS DTU可以和各種使用串口通信的用戶設備進行連線，而且不需要對用戶設備作改動。
（3）支持自動心跳，保持永久線上
GPRS通信網路的優點之一就是支持GPRS終端設備永久線上，因此典型的GPRS DTU在設計上都支持永久線上功能，這就要求DTU包含了上電自動撥號、採用心跳包保持永久線上（當長時間沒有數據通信時，移動網關將斷開DTU與中心的連線，心跳包就是DTU與數據中心在連線被斷開之前傳送一個小數據包，以保持連線不被斷開）、支持斷線自動重連、自動重撥號等特點。
（4）支持參數配置，永久保存
GPRS DTU作為一種通信設備，其套用場合十分廣泛。在不同的套用中，數據中心的IP位址及連線埠號，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS DTU都應支持參數配置，並且將配置好的參數保存內部的永久存儲器件內（一般為FLASH或EEPROM等）。一旦上電，就自動按照設定好的參數進行工作。
GPRS DTU使用場合一般可以從以下幾個實際套用角度來講：
（1） 現場只能使用無線通信環境
當數據採集現場的設備需要在移動中工作，或者採集現場處於野外等情況下，無法提供有線通信的環境。這個時候，採用GPRS無線網路就可能是一個好的選擇，因為GPRS網路的覆蓋率在國內已經很高，全國大部分地區均有GPRS信號覆蓋。
（2） 現場終端的傳輸距離分散
（3） 適當的數據實時性要求
國內GPRS網路，其傳輸數據的延時為秒級範圍。在絕大部分時間下，GPRS數據通信的平均整體延時為2秒左右。也就是說，從GPRS DTU端傳送的數據包將大致在2秒鐘後到達數據中心。反之，從數據中的數據包也大致在2秒鐘後到達GPRS DTU。
總的來說，GPRS這種實時性，可以滿足大多數行業套用的要求。 但是，對於一些特定的套用系統，如果不能承受2秒左右的平均延時，那么GPRS通信方式就可能是不適合的。（另外，CDMA網路的傳輸延時也是1秒-2秒左右）。
從另一個角度來講，如果我們要設計的系統希望通過GPRS網路來傳輸數據，那么就要在設計通信協定時候考慮這種延時的情況。
（4） 適當的數據通信速率
GPRS DTU與數據中心的數據通信速率一般在10kbps-60kbps之間。從也就是說，GPRS DTU可以持續不斷地以10bps-60kbps的速度向中心傳送數據，反之亦然。（補充說明：國內CDMA網路的數據通信平均速率可以達到40kbps-90kbps左右）從系統套用可靠性角度來講，我們認為當套用系統本身的數據平均通信量在30kbps以內的時候，使用GPRS網路來進行數據傳輸是比較適合的。
也可以從另外一方面，例如果通過GPRS網路來進行遠程傳輸數據，那么就需要把數據平均通信量控制在30kbps之內。（注意：這裡的平均持續通信速率和瞬間通信速率是有區別的，與設備串口波特率也不是同一個概念）
以上的幾點可以用於判斷套用系統是否適合採用GPRS網路進行數據傳輸，如果這幾個方面都比較符合的話，那么採用GPRS DTU進行數據傳輸是非常合適的。
測試方法
由於GPRS DTU大多用於遙遠的監測現場，因此GPRS DTU的穩定性就變得非常重要。
很多用戶選用GPRS DTU，僅在前期做了一些簡單測試就結束選型工作，實際上是很不充分的。如果選用了不穩定的GPRS DTU並大量套用, 無異於給自己的監測系統埋下了一顆定時炸彈！
如何能夠在一開始，就能全面而快速的測試GPRS DTU穩定性？ 這已經成為一個重要課題！
遺憾的是，大多GPRS DTU廠家都只是宣揚自己產品穩定性好，而對於具體的穩定性測試方法，則閉口不談！
這裡，是經過驗證的GPRS DTU穩定性測試流程，希望幫助用戶掌握一套全面的，可操作的GPRS DTU鑑別方法，這套測試方法，可以快速鑑別GPRS DTU的主要通信性能和穩定性。
一）線上空閒測試
測試原因：測試GPRS DTU自己維持已建鏈路的能力，當沒有數據時，GPRS DTU通過心跳保持自己的連線，GPRS DTU應至少能維持平均1小時以上的鏈路持續時間，不發生斷線重連。
測試方法：讓GPRS DTU連上數據中心後不發任何數據，觀察它能維持鏈路多久，時間越長越好。本項測試臨近結束時，應向數據中心和DTU各發幾個數據包，來驗證該DTU保持的
空閒鏈路是真實可用的，如果DTU或數據中心任何一方無法收到對方的數據包，則為不合格。
二）數據中心關閉後恢複測試
測試原因：數據中心在以後運行和維護過程中，肯定會出現臨時停止暫停服務的情況，因此需要測試GPRS DTU在數據中心恢復後的快速恢復能力。
測試方法：
讓數據中心關閉短時間，如1分鐘，然後恢複數據中心，看DTU是否能快速連線上來，恢復時間應該在5分鐘內，越快越好，重複多次該項測試，DTU必須能100%恢復連線，只要出現一次DTU始終無法恢復連線的現象，即為不合格,以此例推就就可以判斷出DTU質量.
三）頻繁雙向小數據量測試
測試原因：測試GPRS DTU頻繁收發小數據包的能力，因為日常運行中主要是小數據包的頻繁雙向收發。
測試方法：在數據中心和DTU端，每10秒向對方傳送一個100位元組左右的數據包，持續10分鐘，同時統計，是網路有沒有出現斷線或是數據出現丟包丟失的情況，最好的結果是：沒有發生斷線重連，也沒有丟失任何數據包，如果出現DTU斷線後再也不上線，或上線後無法繼續雙向收發數據，即為不合格。
另外，在小數據量測試時，可以觀察是否出現丟包，或數據內容錯誤的情況，如果頻繁丟包，或出現內容錯誤，則為不合格。
小技巧：可以將DTU的串口2，3短接起來形成環路測試，這樣只需要在數據中心傳送就可以進行雙向測試。
四）雙向大數據壓力測試
測試原因：某些套用需要臨時傳輸大數據量，因此該項測試也是非常必要的。
測試方法：在數據中心和DTU端，每2秒都向對方傳送一個1000位元組左右的數據包，持續30分鐘，並進行統計，是否出現網路斷線的情況，以及雙方是否出現數據包丟失的情況，一般來說，壓力測試下，GPRS DTU可能會出現斷線重連，也會丟失數據包。但斷線重連的次數不應超過10次，而且次數越小越好。如果出現DTU斷線後再也不能上線，或上線後無法繼續雙向收發數據，即為不合格。
另外，大數據壓力測試時，可以觀察數據傳輸性能這個指標，一般情況下，GPRS DTU傳輸數據的速度在每秒300-1500位元組範圍內，均屬於正常，但速度越快的傳輸性能越好。如果GPRS DTU的傳輸能力明顯低於該範圍，為不合格。
五）去天線測試
測試原因：某些現場，因先現場某些原因，可能出現GPRS/GSM信號臨時中斷或變弱，信號恢復正常後，GPRS DTU應能自動恢復連線，並續傳數據到數據中心。
測試方法：
1）短時間去天線：當GPRS DTU線上時，去掉GPRS DTU的天線1分鐘，然後重新裝上天線，並且在去掉GPRS DTU天線的時候下，依次向GPRS DTU提交3個100位元組左右的數據包，當插上天線後，GPRS DTU必須能自動快速恢復連線，速度越快越好，並能續傳期間的數據到數據中心，3個數據包全部丟失的為不合格，數據全部上傳的為最佳。
2）長時間去天線：當GPRS DTU線上時，去掉GPRS DTU的天線30分鐘，然後重新裝上天線，當插上天線後，GPRS DTU必須能自動恢復連線，恢復時間應小於10分鐘，超出30分鐘或更長間未恢復連線的，為
不合格。
六）重複上電測試
測試原因：某些時候，現場會出現臨時斷電然後恢復的情況，GPRS DTU應能保證可靠的登錄數據中心。
測試方法：將GPRS DTU上電，然後等待GPRS DTU連線上數據中心，每次DTU都能在2分鐘內登錄到數據中心，重複進行20次測試，一旦發現有一次DTU始終無法連線到數據中心，則為不合格，如有條件可以增大測試次數。
七）撥號及簡訊干擾測試
測試原因：在DTU登錄或線上運行過程中，可能會收到一些不明簡訊或電話呼叫, GPRS DTU應能保證這些情況不影響其正常工作。
測試方法：將DTU上電，然後等待10秒左右，開始向DTU傳送2條簡訊，以及2次呼叫，DTU應能正確的連線上數據中心。 在連線數據中心成功後，再向DTU傳送2條簡訊，以及2次呼叫，觀察5分鐘，看DTU是否能維持鏈路，然後雙向傳送10個數據包，看是否能正常收發。
八）看門狗測試（選測）
測試原因： 如果一個GPRS DTU，即使前面的測試項都通過了，但是如果它的內部看門狗沒做好，那也是有隱患的，在現場長時間連續運行，很可能還會出問題。
測試方法：看門狗的測試方法有多種，一般在內部CPU的數據匯流排或地址匯流排上，瞬間短路幾個管腳，讓其程式跑飛，或者RAM數據錯亂，也可利用外部強幹擾源進行干擾，在這種情況下，有良好看門狗機制的產品，其CPU能夠在20秒內復位，如果不能復位則不合格，重複多次測試該項，DTU必須能100%復位。
這項功能要求測試人員對DTU主機板比較熟悉，而且不一定方便操作，所以設為選測項。但如有測試操作條件的，建議進行該項測試。
九）去卡測試（選測）
測試原因：如果GPRS DTU套用現場惡劣，如振動或有腐蝕性氣體，則可能造成SIM卡短時接觸不良，GPRS DTU應能自動恢復,我們用臨時取卡來模擬這種情況。
測試方法：在GPRS DTU連線數據中心時，去掉卡3秒鐘左右再插上，看GPRS DTU是否會掉線及正常收發數據，去掉卡60秒鐘左右再插上，看GPRS DTU是否會掉線。如果臨時取卡再上卡後，DTU再也無法自動連線中心的，建議不套用這類DTU到現場有振動或有腐蝕性氣體的環境。
十）電源波動測試（選測）
測試原因：如果GPRS DTU套用現場採用電池或太陽能供電，有可能出現較大範圍的電源波動，GPRS DTU應能適應這種電源波動。
測試方法：以12V電池為例，電壓波動範圍可能在5伏到14伏之間波動，所以我們在GPRS DTU連線數據中心時，將外部電源從3伏到16伏進行緩慢的升降，模擬電池的充放電情形，這項測試GPRS DTU出現復位是正常的，我們主要看GPRS DTU是否會出現再也無法連線數據中心的情況。如果經過供電電源波動後，DTU再也無法自動連線中心的，建議不套用這類DTU到現場為電池供電的環境。
十一）欠費測試（選測）
測試原因：在GPRS DTU常年運行過程中，很可能會出現因SIM卡欠費，導致無法使用GPRS業務，從而通信連線中斷的情況，在進行充值後，GPRS DTU應自動恢復與中心的連線。
補充一條，如果該DTU支持電話呼叫或發簡訊來進行復位，並經過測試方法有效，則應視為合格。
十二）域名解析測試（選測）
測試原因：有的套用系統，使用了域名來代替固定IP位址，這會增加一個域名解析的環節，由於域名解析服務存在臨時失效的情況，因此在使用域名解析時，需要加測這個項目。
測試方法：
1）域名失效模擬，將動態域名失效，或者靜態域名設定指向為一個無效地址，將DTU設定為通過域名尋找數據中心，上電後DTU將無法連線到數據中心，這時，恢復域名的指向，然後觀察DTU是否能自動連線到數據中心，恢復時間越短越好，如果DTU始終無法自動連線數據中心，則為不合格。
2）將設定好域名的GPRS DTU,在連線數據中心成功後，進行去天線測試（參見第五項），看是否通過測試，未通過測試的為該項不合格。
3）將設定好域名的GPRS DTU,在連線數據中心成功後，進行數據中心關閉後恢複測試（參見第二項），看是否通過測試，未通過測試的為該項不合格。
如果域名解析測試不合格，建議不套用這類DTU到使用域名解析數據中心IP位址的系統中。
其他測試項：
1）高低溫測試，請參考電子產品通用測試方法。
2）衝擊振動測試，請參考電子產品通用測試方法。
