噪声控制 ©os® Control 基于 GPRS 的环境噪声监测系统的 设计与实现 •系统设计• 文章编号：1002-8684 (2008) 11-0064-03 樊冬毅 1,张瑞林 1,沈秋霞 1,王忠明 2,袁晓雄 2 (1.浙江理工大学软件工程研究所，浙江杭州 310018； 2.嘉兴恒升电子有限责任公司，浙江嘉兴 314031) 【摘要】针对环境噪声监测中多点声级数据采集以及实时传送的要求，提出了基于分组无线业务(GPRS)的新型 环境噪声监测系统， 实现环境声级数据的远程、快捷及低成本传输。提出了系统的总体设计方案，详细分析了系统 的组网方案以及 PPP 网络连接和 Socket 编程等关键技术，实现了监测中心与监测终端之间的实时命令控制及数据 传输，最后系统引进了低成本策略降低了使用成本，突破 了系统的应用局限性，使该系统在环境噪声监测及控制领 域具有良好的应用价值。 【关键词】GPRS；声级计；PPP； Socket；呼叫模式 【中图分类号】TB53 【文献标识码】A Design and Implementation of Environmental Noise Monitoring System Based on GPRS FAN Dong-yi1, ZHANG Rui-lin1, SHEN Qiu-xia1, WANG Zhong-ming2, YUAN Xiao-xiong2 (1. Software Engineering Institute, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China ； 2. Jiaxing Hengsheng Electronics Co., Ltd., Jiaxing Zhejiang 314031, China) [Abstract] For the requirements of multi-point measurement of environmental sound level and real-time transmission of data, a new noise monitoring system based on GPRS is designed to implement environmental sound level data of long-rang, low cost and fast delivery. First of all, the system program is proposed. Then a detailed analysis of the system's network program, PPP network connection and Socket programming, and the realization of the monitoring center to monitor the terminal through command control and data transmission are given. Finally a lowcost strategy is introduced to reduce the cost and to break through the limitations of the system. The system has a very good value in monitoring and controlling of environmental noise field. [Key words] GPRS; sound level meter； PPP； Socket； wake-mode 1 引言 基于 GPRS 的环境噪声监测系统是实现声电转 换、信号采 对环境噪声及时而准确的测量分析有助于环保部 门 集、数据存储、传输、控制和校正等功能的综 合声学监测系统， 制定合理的环境保护措施，其测量分析的水平是衡 量地 具备无须人员值守、长期 24 h 连续 运行等特点，满足中国《声 区环保水平的重要指标。传统的噪声监测采用一 年内监 学环境噪声测量方法》标准 中环境噪声长期连续监测的要求。系 测若干频次和时段的手工监测方法。由于噪声 具有随机 统主要由设在测 点的户外单元监测终端、网络连接和监控中心 3 性和起伏变化大的特点，用手工监测方法获 取的监测数 个部 分组成。系统框图如图 1 所示。 2.1 户外单元监测终端 据实时性、代表性差，花费人力多,对后期 的噪声分析及 管理决策带来诸多不便；采用专线方式 的监测系统可靠 户外单元监测终端由噪声监测仪器和 GPRS 模 块组成，噪 性、实时性强，可以满足长期连续监测 的需要，但系统 声监测仪器实现对环境噪声的数据采集， 灵活性差。随着监测点的增多投入也随 之增加，这对于 偏远地区来说是难以实现的。笔者提出 的基于分组无线 业务(General Packet Radio Service， GPRS)的环境噪声 监测系统利用 GPRS 网络的高覆盖 讂 政技 2008 年第 32 卷第 11 期 率和高可靠性动态实现数据传输功能 1 ， ［ ］ 并通过低成本 策略从而达到提高工作效率和经济效益的目的。 2 系统总体设计 © 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http://www.cnki.net 噪声控制 n Noise ControL 动态域名解析方案采用动态 IP 结合 DNS 域名解 析进行组网。 首先联系 DNS 服务商，为监测中心申请 一个域名，并把这个域 名写入 GPRS 模块中。监测中心 接入 Internet 后，与 DNS 服务器 进行连接，将当前获得 的动态 IP 报告给 DNS 服务器。GPRS 模 块上电后，首 先采用域名寻址方式连接 DNS 服务器，再由 DNS 服务 器找到监测中心的公网动态 IP 地址，这样就可以在二 者之 间建立通信。 2.2.2 PPP（点对点协议）连接 PPP 协议是 GPRS 模块与中国移动网关间通信的 链路层协议， 其功能是在完成对数据链路的建立、配置 和测试后，对收到的 PPP 数据帧进行解析，并交给网络 层处理，同时将本地网络层的 GPRS 实现数据的无线传输，二者之间通过 RS-232 进 行数据交 IP 包封装成 PPP 数据帧 发送给移动网关。监测终端 GPRS 模块上 换。 电后自动进 行 MODEM 参数配置，然后发送“ATDT”指令拨号 系统中噪声监测仪器是准确度为 2 型以上的积 分式声级计 登入 基站服务器，在通过 LCP 配置、PAP/CHAP 认证、IPCP 配 或噪声统计分析仪，性能必须符合 GB 3785—1983 的要求。系统 置后完成 PPP 连接糧连接流程如图 2 所示。 中采用的噪声监测仪器是以 HS5661 精密噪声测量仪为基础的， 仪器符合 GB 3785 和 IEC61672 1 级标准,声级测量范围 35~130dB, 频 率范围 10 Hz~20 kHz,其中的数字检波技术大大提局 了仪器工 作的可靠稳定性，系统通过功能扩展实现了 计权声级测量、单组 或整时数据采集、温度控制及时钟 校准等功能［2］。 内嵌 TCP/IP 协议的无线调制解调器是系统首选。 其中， GPRS 模块采用流行的 MC35i，按照 AT 命令对 GPRS 模块进行 控制，实现互联网和无线网络的有机 结合。监测终端的 GPRS 模 块在与监测中心建立连接 后就可以一方面将声级计传来的数据 封装成 TCP/IP 包通过网络传送至监测中心；另一方面将从网络中 接 收的来自监测中心的 TCP/IP 包解析成相应的二进制 数据传送 给声级计控制器，控制器按照约定协议进行 相应操作完成对环境 噪声的监测。 2.2 网络连接 2.2.1 组网方案选择 由图 2 可知，GPRS 拨号上网需要用到 AT+CGD- CONT 和 组网方案的选择要考虑成本投入、可靠性和实时 性等因素， ATD 这 2 条指令。其中 AT+CGDCONT=1，IP， ”CMNET” 在实际应用中组网方案通常包括公网静态 IP、动态域名解析、SMS 指令定义了 PDP context 为 IP 类型，即获取 IP 地址登入中国移动 ［ 3］ 通信、APN 专线接入等 。 网络。ATDT *99***1#是目前最 常用的拨号上网指令，如果返 SMS 通信方案中短消息的发送和接收容易受到干 扰，造成 回 ”CONNET” 表 示 成 功 连 接 基 站 服 务 器 , 否 则 返 回 ”NO 收发失败或延时等问题，这对于实时性要求 较高的场合是不能容 CARRIER”。在 PPP 链 路顺利建立后，即可进行 TCP/IP 协议 忍的；APN 专线接入方案在安全 性、实时性上达到最优，但成 下的数据传送。 2.2.3 Socket 编程 本不菲。实际应用中，公网 静态 IP、动态域名解析这 2 种方案是 成本与性能的折 中，被广泛采用。 公网静态 IP 方案将监测中心的固定 IP 地址事先 写入 GPRS 该系统利用流 Socket 进行网络通信，首先监测中 心 服务器端调用 Socket 函数创建一个流套接字，函数 原型 如下： 模块中，这样模块就可以在上电后通过读 取已存 IP 地址与其进 SOCKET socket(int af， int type， int protocol)； 其 行联系，将获得的临时 IP 地址 告知监测中心实现二者的连接。 中，af 用于指定网络地址类型，type 用于指定套 接字类 此种方案的前提是环 保监测中心具有公网的静态 IP 地址，而静 型,protocol 用于指定网络协议,这里分别取 AF_INET ， 态 IP 地址 的申请和使用需要一部分费用， 但此种方案具有较高 的 SOCK_STREAM 和 0,表示创建的是流套接 字，利用 可靠性和稳定性。 TCP/IP 协议在 Internet 中进行通信，接着调用 bind 和 listen • EH，！ 2008 年第 32 卷第 11 期 © 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http://www.cnki.net 讂 噪声控制 ©os® Control 函数使套接字和指定地址相连，并处于 侦