基于GSM的油田無(wú)線(xiàn)防盜報警系統的設計與實(shí)現

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)

　　Key words: guard against theft; GSM; data service; SMS(short mes sage service)

1系統結構及主要功能
　　基于GSM的油田無(wú)線(xiàn)防盜報警系統為二級網(wǎng)絡(luò )結構：后臺監控中心和井場(chǎng)監控終端。其系統結構框圖如圖1所示。其中，后臺監控中心是整個(gè)系統的上位機部分，主要由工業(yè)控制計算機、GSM通信模塊、相應的后臺管理軟件和數據庫組成。它通過(guò)GSM通信模塊與井場(chǎng)監控終端雙向通信，從而對系統設置、警情等數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析和處理，以實(shí)現遠程監控。井場(chǎng)監控終端主要由單片機組成，是系統的下位機部分，它通過(guò)各種防盜傳感器采集現場(chǎng)信息，送入主控單元，由微處理器進(jìn)行識別，如確認有異常信息，則啟動(dòng)GSM通信模塊，及時(shí)向后臺和相關(guān)警衛人員傳送報警信息。
　　本系統采用Siemens公司推出的新一代無(wú)線(xiàn)通信GSM模塊TC35T，可以快速安全可靠地實(shí)現數據、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù)SMS和傳真。數據傳輸需要建立通信并獨占一個(gè)無(wú)線(xiàn)信道，短消息在GSM網(wǎng)中是作為信令來(lái)處理的，其收發(fā)占用信令信道，可以被單獨發(fā)送。作為雙向服務(wù)，它們打開(kāi)了一個(gè)寬廣的領(lǐng)域，具有較高的可靠性。因此，本系統具有自動(dòng)數據處理功能，速度快，抗干擾能力強，兼容性好等特點(diǎn)。由于利用了我國目前完善的GSM無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )，系統的成本和維護費用也大大降低，并且在有關(guān)軟件的支持下，實(shí)現了一點(diǎn)對多點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信。

　　井場(chǎng)監控終端的硬件設計框圖如圖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、各種復合式傳感器、門(mén)磁開(kāi)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DALLAS公司的DS1302，為監控終端提供時(shí)間基準?？撮T(mén)狗電路使下位機在其約束下按照一定的流程運行，防止系統死機，加強了野外工作的可靠性。無(wú)線(xiàn)遙控接收單元及手持遙控器用于現場(chǎng)布防或撤防操作。系統的控制輸出可以是聲光報警器、控制繼電器、指示燈等各種報警設備。TC35T模塊主要由射頻天線(xiàn)、內部FLASH、GSM基帶處理器、匹配電源等組成，通過(guò)RS232接口與監控終端的主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)根據后臺監控中心的指令；(2)設定于MCU內存中的定時(shí)布防或撤防時(shí)間；(3)現場(chǎng)遙控器操作命令。在進(jìn)入布防狀態(tài)后，系統如果通過(guò)外接防盜傳感器檢測到非法入侵信號后，以數據通信或者SMS方式上傳至監控中心及相關(guān)警衛人員。監控中心可通過(guò)TC35T模塊隨時(shí)對現場(chǎng)終端進(jìn)行遠程參數設置、布防或撤防操作、工作狀態(tài)上傳等。

　　系統的軟件設計包括：下位機軟件設計；上位機軟件設計；下位機與上位機通信軟件設計。
3.1TC35T模塊的數據傳輸模式和SMS模式的操作
　　TC35T使用AT指令集工作，在使用前必須用一臺電腦離線(xiàn)對TC35T進(jìn)行初始化設置，并將設置參數儲存在TC35T中。其相關(guān)指令如下：
　　
　　設置完之后即可正常使用。
　　在數據通信模式下，“ATD”指令用于呼叫撥號，“ATH”指令釋放所有連接，由于模塊在數據通信模式下不再接收其他AT指令，只能進(jìn)行數據傳輸，因此需要使用“+++”命令進(jìn)行數據模式到命令模式的切換。
　　對于短消息模式，TC35T實(shí)現對SMS的控制共有兩種接入協(xié)議：基于AT命令的Text Mode和基于A(yíng)T命令的PDU Mode。在Text Mode下，發(fā)送及接收到的數據均以ASCII碼的形式來(lái)表示。在PDU Mode下，短信息正文經(jīng)過(guò)十六進(jìn)制編碼后被傳送。PDU相當于一個(gè)數據包，它由構成消息(SMS)的信息組成。作為一種數據單元，它必須包含源／目的地址、保護(有效)時(shí)間、數據格式、協(xié)議類(lèi)型和正文，正文長(cháng)度可達140字節，它們都以十六進(jìn)制表示。PDU結構根據短消息由移動(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，由于本系統中最長(cháng)的數據串沒(méi)有超過(guò)140個(gè)字節，因此數據均可以用一條消息來(lái)發(fā)送。
　　現舉例說(shuō)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(wèn)題，與衛星傳輸方式一樣，雙方的數據收發(fā)均只采用自報方式。即：終端站采用定時(shí)自報方式主動(dòng)向后臺中心發(fā)射數據，后臺中心被動(dòng)接收；當后臺中心需要終端站當前的數據或需要對終端站參數進(jìn)行設置時(shí)，后臺中心只向該終端站發(fā)射相應的命令包，終端站收到該命令時(shí)，根據不同的命令以自報方式發(fā)送后臺中心所要數據或修改相應的參數。
3.2下位機軟件設計
　　井場(chǎng)終端的軟件設計包括雙單片機的通信程序、鍵盤(pán)顯示程序等。雙單片機可以用并口連接，通過(guò)中斷方式讀?。l(fā)送數據；在平時(shí)狀態(tài)，LED顯示時(shí)鐘。
3.3上位機軟件設計
　　后臺監控軟件在Windows操作系統下采用VB語(yǔ)言開(kāi)發(fā)而成，主要由監控中心信息管理、GSM數據和SMS通信功能子系統、數據庫管理三個(gè)子系統所組成。它具有菜單操作、屏幕顯示和聲光報警，并由電子地圖顯示報警位置，設置密碼，以防止系統被惡意刪改或誤操作等功能。
　　本系統已應用于某油田采油公司。經(jīng)過(guò)近一年的運行，取得了良好的效果。