RTU在粮情监测系统中的开发与应用

作     者：许柯加 

作者单位：河南工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：傅洪亮

授予年度：2010年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0835[工学-软件工程] 081002[工学-信号与信息处理] 

主      题：RTU 无线通信 Rabbit ZigBee 加密 

摘      要：粮食储备对保证粮食供应、解决粮食安全有着重要的意义。在储粮工作中,粮情远程监测是极其重要的环节。本文研究了RTU在粮情监测系统中的开发与应用,以移动网和互联网为通信载体,实现了监测系统的硬件集成和软件设计,并对通信数据安全算法进行了研究。 文章首先介绍了研究课题的背景和意义,阐述了粮情监测系统在储粮工作中的重要性;接下来对不同通信方式的监测系统进行了对比,分析了采用GPRS通信方式的优越性。因此在RTU硬件电路集成时,选择了功耗低、性价比高、支持TCP/IP协议的Rabbit处理器和支持GPRS通信的无线模块,以满足与上位机之间GPRS/Internet的通信方式;同时监测系统中粮仓间没有采用常用的总线连接形式,而是使用了新兴的ZigBee无线技术,通过ZigBee在RTU的下端组网,减少了粮仓间布线的麻烦;最后以GPRS和ZigBee相结合的数据传输方式将下位机端的监测系统集成实现。 设计了RTU的通信协议。首先根据与Rabbit处理器的兼容性选择了uC/OS-II实时操作系统和Dynamic C开发语言;接下来设计了RTU的通信数据结构和通信协议,其中重点设计了通信协议中的网络连接断开、数据收发等程序;其主要功能有:RTU定时向上位机发送现场的采集数据,并根据上位机的命令发送即时数据、返回状态或设置参数等。通过测试,满足RTU和上位机之间的通信需求,最后给出通信协议实验过程的图示。 考虑到GPRS和Internet网络中的不安全因素,需要对传输数据进行加密。根据网络中的攻击种类和密码学上的分析,针对保密性、完整性和认证等要素提出一种混合加密算法,并对算法在应用中出现的加密速度较慢问题予以改进,最后使用秘密序列的方式替代了混合加密算法中的RSA认证过程。加密采用端到端的方式并由软件实现,通过Dynamic C编程完成,最后给出数据加密过程实现的图示。