基于GSM的油田無線防盜報警系統的設計與實現

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的油田無線防盜報警系統為二級網絡結構：后臺監控中心和井場監控終端。其系統結構框圖如圖1所示。其中，后臺監控中心是整個系統的上位機部分，主要由工業控制計算機、GSM通信模塊、相應的后臺管理軟件和數據庫組成。它通過GSM通信模塊與井場監控終端雙向通信，從而對系統設置、警情等數據進行實時采集、分析和處理，以實現遠程監控。井場監控終端主要由單片機組成，是系統的下位機部分，它通過各種防盜傳感器采集現場信息，送入主控單元，由微處理器進行識別，如確認有異常信息，則啟動GSM通信模塊，及時向后臺和相關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線通信GSM模塊TC35T，可以快速安全可靠地實現數據、語音傳輸、短消息服務SMS和傳真。數據傳輸需要建立通信并獨占一個無線信道，短消息在GSM網中是作為信令來處理的，其收發占用信令信道，可以被單獨發送。作為雙向服務，它們打開了一個寬廣的領域，具有較高的可靠性。因此，本系統具有自動數據處理功能，速度快，抗干擾能力強，兼容性好等特點。由于利用了我國目前完善的GSM無線移動通信網絡，系統的成本和維護費用也大大降低，并且在有關軟件的支持下，實現了一點對多點的實時通信。

　　井場監控終端的硬件設計框圖如圖2。

　　傳感器選用主動紅外傳感器、被動紅外傳感器、超聲波傳感器、微波傳感器、各種復合式傳感器、門磁開關、玻璃破碎感知器等各種傳感器。
　　實時時鐘芯片采用美國DALLAS公司的DS1302，為監控終端提供時間基準。看門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。無線遙控接收單元及手持遙控器用于現場布防或撤防操作。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、內部FLASH、GSM基帶處理器、匹配電源等組成，通過RS232接口與監控終端的主CPU串口相連。
　　微處理器MCU有三種方式進入或退出布防狀態：(1)根據后臺監控中心的指令；(2)設定于MCU內存中的定時布防或撤防時間；(3)現場遙控器操作命令。在進入布防狀態后，系統如果通過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警衛人員。監控中心可通過TC35T模塊隨時對現場終端進行遠程參數設置、布防或撤防操作、工作狀態上傳等。

　　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對TC35T進行初始化設置，并將設置參數儲存在TC35T中。其相關指令如下：
　　
　　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，只能進行數據傳輸，因此需要使用“+++”命令進行數據模式到命令模式的切換。
　　對于短消息模式，TC35T實現對SMS的控制共有兩種接入協議：基于AT命令的Text Mode和基于AT命令的PDU Mode。在Text Mode下，發送及接收到的數據均以ASCII碼的形式來表示。在PDU Mode下，短信息正文經過十六進制編碼后被傳送。PDU相當于一個數據包，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)時間、數據格式、協議類型和正文，正文長度可達140字節，它們都以十六進制表示。PDU結構根據短消息由移動終端發起或以移動終端為目的而不同。每條消息可以發送140個字節，由于本系統中最長的數據串沒有超過140個字節，因此數據均可以用一條消息來發送。
　　現舉例說明短消息的發送與接收(以Text Mode為例)：
　
　　考慮到GSM傳輸存在時延問題，與衛星傳輸方式一樣，雙方的數據收發均只采用自報方式。即：終端站采用定時自報方式主動向后臺中心發射數據，后臺中心被動接收；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行設置時，后臺中心只向該終端站發射相應的命令包，終端站收到該命令時，根據不同的命令以自報方式發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
　　井場終端的軟件設計包括雙單片機的通信程序、鍵盤顯示程序等。雙單片機可以用并口連接，通過中斷方式讀取／發送數據；在平時狀態，LED顯示時鐘。
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語言開發而成，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。經過近一年的運行，取得了良好的效果。