基于GSM的油田无线防盗报警系统的设计与实现

介绍一种基于GSM网络的数据传输业务和SMS短消息业务的油田无线防盗报警系统，对其系统结构、工作原理、硬件构成、软件设计等进行了论述。该系统实现了数据的远程通信和井场终端的实时监控。
　　关键词：防盗报警；GSM；数据业务；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)

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

1系统结构及主要功能
　　基于GSM的油田无线防盗报警系统为二级网络结构：后台监控中心和井场监控终端。其系统结构框图如图1所示。其中，后台监控中心是整个系统的上位机部分，主要由工业控制计算机、GSM通信模块、相应的后台管理软件和数据库组成。它通过GSM通信模块与井场监控终端双向通信，从而对系统设置、警情等数据进行实时采集、分析和处理，以实现远程监控。井场监控终端主要由单片机组成，是系统的下位机部分，它通过各种防盗传感器采集现场信息，送入主控单元，由微处理器进行识别，如确认有异常信息，则启动GSM通信模块，及时向后台和相关警卫人员传送报警信息。
　　本系统采用Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块TC35T，可以快速安全可靠地实现数据、语音传输、短消息服务SMS和传真。数据传输需要建立通信并独占一个无线信道，短消息在GSM网中是作为信令来处理的，其收发占用信令信道，可以被单独发送。作为双向服务，它们打开了一个宽广的领域，具有较高的可靠性。因此，本系统具有自动数据处理功能，速度快，抗干扰能力强，兼容性好等特点。由于利用了我国目前完善的GSM无线移动通信网络，系统的成本和维护费用也大大降低，并且在有关软件的支持下，实现了一点对多点的实时通信。

井场监控终端的硬件设计框图如图2。

传感器选用主动红外传感器、被动红外传感器、超声波传感器、微波传感器、各种复合式传感器、门磁开关、玻璃破碎感知器等各种传感器。
　　实时时钟芯片采用美国DALLAS公司的DS1302，为监控终端提供时间基准。看门狗电路使下位机在其约束下按照一定的流程运行，防止系统死机，加强了野外工作的可靠性。无线遥控接收单元及手持遥控器用于现场布防或撤防操作。系统的控制输出可以是声光报警器、控制继电器、指示灯等各种报警设备。TC35T模块主要由射频天线、内部FLASH、GSM基带处理器、匹配电源等组成，通过RS232接口与监控终端的主CPU串口相连。
　　微处理器MCU有三种方式进入或退出布防状态：(1)根据后台监控中心的指令；(2)设定于MCU内存中的定时布防或撤防时间；(3)现场遥控器操作命令。在进入布防状态后，系统如果通过外接防盗传感器检测到非法入侵信号后，以数据通信或者SMS方式上传至监控中心及相关警卫人员。监控中心可通过TC35T模块随时对现场终端进行远程参数设置、布防或撤防操作、工作状态上传等。

系统的软件设计包括：下位机软件设计；上位机软件设计；下位机与上位机通信软件设计。
3.1TC35T模块的数据传输模式和SMS模式的操作
　　TC35T使用AT指令集工作，在使用前必须用一台电脑离线对TC35T进行初始化设置，并将设置参数储存在TC35T中。其相关指令如下：
　　
　　设置完之后即可正常使用。
　　在数据通信模式下，“ATD”指令用于呼叫拨号，“ATH”指令释放所有连接，由于模块在数据通信模式下不再接收其他AT指令，只能进行数据传输，因此需要使用“+++”命令进行数据模式到命令模式的切换。
　　对于短消息模式，TC35T实现对SMS的控制共有两种接入协议：基于AT命令的Text Mode和基于AT命令的PDU Mode。在Text Mode下，发送及接收到的数据均以ASCII码的形式来表示。在PDU Mode下，短信息正文经过十六进制编码后被传送。PDU相当于一个数据包，它由构成消息(SMS)的信息组成。作为一种数据单元，它必须包含源／目的地址、保护(有效)时间、数据格式、协议类型和正文，正文长度可达140字节，它们都以十六进制表示。PDU结构根据短消息由移动终端发起或以移动终端为目的而不同。每条消息可以发送140个字节，由于本系统中最长的数据串没有超过140个字节，因此数据均可以用一条消息来发送。
　　现举例说明短消息的发送与接收(以Text Mode为例)：
　
　　考虑到GSM传输存在时延问题，与卫星传输方式一样，双方的数据收发均只采用自报方式。即：终端站采用定时自报方式主动向后台中心发射数据，后台中心被动接收；当后台中心需要终端站当前的数据或需要对终端站参数进行设置时，后台中心只向该终端站发射相应的命令包，终端站收到该命令时，根据不同的命令以自报方式发送后台中心所要数据或修改相应的参数。
3.2下位机软件设计
　　井场终端的软件设计包括双单片机的通信程序、键盘显示程序等。双单片机可以用并口连接，通过中断方式读取／发送数据；在平时状态，LED显示时钟。
3.3上位机软件设计
　　后台监控软件在Windows操作系统下采用VB语言开发而成，主要由监控中心信息管理、GSM数据和SMS通信功能子系统、数据库管理三个子系统所组成。它具有菜单操作、屏幕显示和声光报警，并由电子地图显示报警位置，设置密码，以防止系统被恶意删改或误操作等功能。
　　本系统已应用于某油田采油公司。经过近一年的运行，取得了良好的效果。