基于GSM網(wǎng)絡(luò)的油田無線防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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介紹一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)和SMS短消息業(yè)務(wù)的油田無線防盜報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、硬件構(gòu)成、軟件設(shè)計(jì)等進(jìn)行了論述。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信和井場(chǎng)終端的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
關(guān)鍵詞：防盜報(bào)警；GSM；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；SMS
Design of a Wireless Alarm System against Oil Well Theft Based o n GSM
ZENG Yifan, YANGMei, LIN Chengwu
(Information Science Engineering College, shengyan Industries University,
Shengyan 110023, China)
Shengyan 110023, China)
Key words: guard against theft; GSM; data service; SMS(short mes sage service)
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要功能
基于GSM的油田無線防盜報(bào)警系統(tǒng)為二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：后臺(tái)監(jiān)控中心和井場(chǎng)監(jiān)控終端。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中，后臺(tái)監(jiān)控中心是整個(gè)系統(tǒng)的上位機(jī)部分，主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、GSM通信模塊、相應(yīng)的后臺(tái)管理軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)組成。它通過GSM通信模塊與井場(chǎng)監(jiān)控終端雙向通信，從而對(duì)系統(tǒng)設(shè)置、警情等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析和處理，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。井場(chǎng)監(jiān)控終端主要由單片機(jī)組成，是系統(tǒng)的下位機(jī)部分，它通過各種防盜傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)信息，送入主控單元，由微處理器進(jìn)行識(shí)別，如確認(rèn)有異常信息，則啟動(dòng)GSM通信模塊，及時(shí)向后臺(tái)和相關(guān)警衛(wèi)人員傳送報(bào)警信息。
本系統(tǒng)采用Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊TC35T，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)SMS和傳真。數(shù)據(jù)傳輸需要建立通信并獨(dú)占一個(gè)無線信道，短消息在GSM網(wǎng)中是作為信令來處理的，其收發(fā)占用信令信道，可以被單獨(dú)發(fā)送。作為雙向服務(wù)，它們打開了一個(gè)寬廣的領(lǐng)域，具有較高的可靠性。因此，本系統(tǒng)具有自動(dòng)數(shù)據(jù)處理功能，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，兼容性好等特點(diǎn)。由于利用了我國(guó)目前完善的GSM無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的成本和維護(hù)費(fèi)用也大大降低，并且在有關(guān)軟件的支持下，實(shí)現(xiàn)了一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信。
基于GSM的油田無線防盜報(bào)警系統(tǒng)為二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：后臺(tái)監(jiān)控中心和井場(chǎng)監(jiān)控終端。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中，后臺(tái)監(jiān)控中心是整個(gè)系統(tǒng)的上位機(jī)部分，主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、GSM通信模塊、相應(yīng)的后臺(tái)管理軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)組成。它通過GSM通信模塊與井場(chǎng)監(jiān)控終端雙向通信，從而對(duì)系統(tǒng)設(shè)置、警情等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析和處理，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。井場(chǎng)監(jiān)控終端主要由單片機(jī)組成，是系統(tǒng)的下位機(jī)部分，它通過各種防盜傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)信息，送入主控單元，由微處理器進(jìn)行識(shí)別，如確認(rèn)有異常信息，則啟動(dòng)GSM通信模塊，及時(shí)向后臺(tái)和相關(guān)警衛(wèi)人員傳送報(bào)警信息。
本系統(tǒng)采用Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊TC35T，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)SMS和傳真。數(shù)據(jù)傳輸需要建立通信并獨(dú)占一個(gè)無線信道，短消息在GSM網(wǎng)中是作為信令來處理的，其收發(fā)占用信令信道，可以被單獨(dú)發(fā)送。作為雙向服務(wù)，它們打開了一個(gè)寬廣的領(lǐng)域，具有較高的可靠性。因此，本系統(tǒng)具有自動(dòng)數(shù)據(jù)處理功能，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，兼容性好等特點(diǎn)。由于利用了我國(guó)目前完善的GSM無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的成本和維護(hù)費(fèi)用也大大降低，并且在有關(guān)軟件的支持下，實(shí)現(xiàn)了一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信。
井場(chǎng)監(jiān)控終端的硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2。
傳感器選用主動(dòng)紅外傳感器、被動(dòng)紅外傳感器、超聲波傳感器、微波傳感器、各種復(fù)合式傳感器、門磁開關(guān)、玻璃破碎感知器等各種傳感器。
實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片采用美國(guó)DALLAS公司的DS1302，為監(jiān)控終端提供時(shí)間基準(zhǔn)?？撮T狗電路使下位機(jī)在其約束下按照一定的流程運(yùn)行，防止系統(tǒng)死機(jī)，加強(qiáng)了野外工作的可靠性。無線遙控接收單元及手持遙控器用于現(xiàn)場(chǎng)布防或撤防操作。系統(tǒng)的控制輸出可以是聲光報(bào)警器、控制繼電器、指示燈等各種報(bào)警設(shè)備。TC35T模塊主要由射頻天線、內(nèi)部FLASH、GSM基帶處理器、匹配電源等組成，通過RS232接口與監(jiān)控終端的主CPU串口相連。
微處理器MCU有三種方式進(jìn)入或退出布防狀態(tài)：(1)根據(jù)后臺(tái)監(jiān)控中心的指令；(2)設(shè)定于MCU內(nèi)存中的定時(shí)布防或撤防時(shí)間；(3)現(xiàn)場(chǎng)遙控器操作命令。在進(jìn)入布防狀態(tài)后，系統(tǒng)如果通過外接防盜傳感器檢測(cè)到非法入侵信號(hào)后，以數(shù)據(jù)通信或者SMS方式上傳至監(jiān)控中心及相關(guān)警衛(wèi)人員。監(jiān)控中心可通過TC35T模塊隨時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)終端進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置、布防或撤防操作、工作狀態(tài)上傳等。
實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片采用美國(guó)DALLAS公司的DS1302，為監(jiān)控終端提供時(shí)間基準(zhǔn)?？撮T狗電路使下位機(jī)在其約束下按照一定的流程運(yùn)行，防止系統(tǒng)死機(jī)，加強(qiáng)了野外工作的可靠性。無線遙控接收單元及手持遙控器用于現(xiàn)場(chǎng)布防或撤防操作。系統(tǒng)的控制輸出可以是聲光報(bào)警器、控制繼電器、指示燈等各種報(bào)警設(shè)備。TC35T模塊主要由射頻天線、內(nèi)部FLASH、GSM基帶處理器、匹配電源等組成，通過RS232接口與監(jiān)控終端的主CPU串口相連。
微處理器MCU有三種方式進(jìn)入或退出布防狀態(tài)：(1)根據(jù)后臺(tái)監(jiān)控中心的指令；(2)設(shè)定于MCU內(nèi)存中的定時(shí)布防或撤防時(shí)間；(3)現(xiàn)場(chǎng)遙控器操作命令。在進(jìn)入布防狀態(tài)后，系統(tǒng)如果通過外接防盜傳感器檢測(cè)到非法入侵信號(hào)后，以數(shù)據(jù)通信或者SMS方式上傳至監(jiān)控中心及相關(guān)警衛(wèi)人員。監(jiān)控中心可通過TC35T模塊隨時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)終端進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置、布防或撤防操作、工作狀態(tài)上傳等。
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括：下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)；上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)；下位機(jī)與上位機(jī)通信軟件設(shè)計(jì)。
3.1TC35T模塊的數(shù)據(jù)傳輸模式和SMS模式的操作
TC35T使用AT指令集工作，在使用前必須用一臺(tái)電腦離線對(duì)TC35T進(jìn)行初始化設(shè)置，并將設(shè)置參數(shù)儲(chǔ)存在TC35T中。其相關(guān)指令如下：
設(shè)置完之后即可正常使用。
在數(shù)據(jù)通信模式下，“ATD”指令用于呼叫撥號(hào)，“ATH”指令釋放所有連接，由于模塊在數(shù)據(jù)通信模式下不再接收其他AT指令，只能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此需要使用“+++”命令進(jìn)行數(shù)據(jù)模式到命令模式的切換。
對(duì)于短消息模式，TC35T實(shí)現(xiàn)對(duì)SMS的控制共有兩種接入?yún)f(xié)議：基于AT命令的Text Mode和基于AT命令的PDU Mode。在Text Mode下，發(fā)送及接收到的數(shù)據(jù)均以ASCII碼的形式來表示。在PDU Mode下，短信息正文經(jīng)過十六進(jìn)制編碼后被傳送。PDU相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)包，它由構(gòu)成消息(SMS)的信息組成。作為一種數(shù)據(jù)單元，它必須包含源／目的地址、保護(hù)(有效)時(shí)間、數(shù)據(jù)格式、協(xié)議類型和正文，正文長(zhǎng)度可達(dá)140字節(jié)，它們都以十六進(jìn)制表示。PDU結(jié)構(gòu)根據(jù)短消息由移動(dòng)終端發(fā)起或以移動(dòng)終端為目的而不同。每條消息可以發(fā)送140個(gè)字節(jié)，由于本系統(tǒng)中最長(zhǎng)的數(shù)據(jù)串沒有超過140個(gè)字節(jié)，因此數(shù)據(jù)均可以用一條消息來發(fā)送。
現(xiàn)舉例說明短消息的發(fā)送與接收(以Text Mode為例)：
考慮到GSM傳輸存在時(shí)延問題，與衛(wèi)星傳輸方式一樣，雙方的數(shù)據(jù)收發(fā)均只采用自報(bào)方式。即：終端站采用定時(shí)自報(bào)方式主動(dòng)向后臺(tái)中心發(fā)射數(shù)據(jù)，后臺(tái)中心被動(dòng)接收；當(dāng)后臺(tái)中心需要終端站當(dāng)前的數(shù)據(jù)或需要對(duì)終端站參數(shù)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，后臺(tái)中心只向該終端站發(fā)射相應(yīng)的命令包，終端站收到該命令時(shí)，根據(jù)不同的命令以自報(bào)方式發(fā)送后臺(tái)中心所要數(shù)據(jù)或修改相應(yīng)的參數(shù)。
3.2下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
井場(chǎng)終端的軟件設(shè)計(jì)包括雙單片機(jī)的通信程序、鍵盤顯示程序等。雙單片機(jī)可以用并口連接，通過中斷方式讀?。l(fā)送數(shù)據(jù)；在平時(shí)狀態(tài)，LED顯示時(shí)鐘。
3.3上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
后臺(tái)監(jiān)控軟件在Windows操作系統(tǒng)下采用VB語言開發(fā)而成，主要由監(jiān)控中心信息管理、GSM數(shù)據(jù)和SMS通信功能子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理三個(gè)子系統(tǒng)所組成。它具有菜單操作、屏幕顯示和聲光報(bào)警，并由電子地圖顯示報(bào)警位置，設(shè)置密碼，以防止系統(tǒng)被惡意刪改或誤操作等功能。
本系統(tǒng)已應(yīng)用于某油田采油公司。經(jīng)過近一年的運(yùn)行，取得了良好的效果。
3.1TC35T模塊的數(shù)據(jù)傳輸模式和SMS模式的操作
TC35T使用AT指令集工作，在使用前必須用一臺(tái)電腦離線對(duì)TC35T進(jìn)行初始化設(shè)置，并將設(shè)置參數(shù)儲(chǔ)存在TC35T中。其相關(guān)指令如下：
設(shè)置完之后即可正常使用。
在數(shù)據(jù)通信模式下，“ATD”指令用于呼叫撥號(hào)，“ATH”指令釋放所有連接，由于模塊在數(shù)據(jù)通信模式下不再接收其他AT指令，只能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此需要使用“+++”命令進(jìn)行數(shù)據(jù)模式到命令模式的切換。
對(duì)于短消息模式，TC35T實(shí)現(xiàn)對(duì)SMS的控制共有兩種接入?yún)f(xié)議：基于AT命令的Text Mode和基于AT命令的PDU Mode。在Text Mode下，發(fā)送及接收到的數(shù)據(jù)均以ASCII碼的形式來表示。在PDU Mode下，短信息正文經(jīng)過十六進(jìn)制編碼后被傳送。PDU相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)包，它由構(gòu)成消息(SMS)的信息組成。作為一種數(shù)據(jù)單元，它必須包含源／目的地址、保護(hù)(有效)時(shí)間、數(shù)據(jù)格式、協(xié)議類型和正文，正文長(zhǎng)度可達(dá)140字節(jié)，它們都以十六進(jìn)制表示。PDU結(jié)構(gòu)根據(jù)短消息由移動(dòng)終端發(fā)起或以移動(dòng)終端為目的而不同。每條消息可以發(fā)送140個(gè)字節(jié)，由于本系統(tǒng)中最長(zhǎng)的數(shù)據(jù)串沒有超過140個(gè)字節(jié)，因此數(shù)據(jù)均可以用一條消息來發(fā)送。
現(xiàn)舉例說明短消息的發(fā)送與接收(以Text Mode為例)：
考慮到GSM傳輸存在時(shí)延問題，與衛(wèi)星傳輸方式一樣，雙方的數(shù)據(jù)收發(fā)均只采用自報(bào)方式。即：終端站采用定時(shí)自報(bào)方式主動(dòng)向后臺(tái)中心發(fā)射數(shù)據(jù)，后臺(tái)中心被動(dòng)接收；當(dāng)后臺(tái)中心需要終端站當(dāng)前的數(shù)據(jù)或需要對(duì)終端站參數(shù)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，后臺(tái)中心只向該終端站發(fā)射相應(yīng)的命令包，終端站收到該命令時(shí)，根據(jù)不同的命令以自報(bào)方式發(fā)送后臺(tái)中心所要數(shù)據(jù)或修改相應(yīng)的參數(shù)。
3.2下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
井場(chǎng)終端的軟件設(shè)計(jì)包括雙單片機(jī)的通信程序、鍵盤顯示程序等。雙單片機(jī)可以用并口連接，通過中斷方式讀?。l(fā)送數(shù)據(jù)；在平時(shí)狀態(tài)，LED顯示時(shí)鐘。
3.3上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
后臺(tái)監(jiān)控軟件在Windows操作系統(tǒng)下采用VB語言開發(fā)而成，主要由監(jiān)控中心信息管理、GSM數(shù)據(jù)和SMS通信功能子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理三個(gè)子系統(tǒng)所組成。它具有菜單操作、屏幕顯示和聲光報(bào)警，并由電子地圖顯示報(bào)警位置，設(shè)置密碼，以防止系統(tǒng)被惡意刪改或誤操作等功能。
本系統(tǒng)已應(yīng)用于某油田采油公司。經(jīng)過近一年的運(yùn)行，取得了良好的效果。
評(píng)論