基于短消息的远程报警系统的设计与实现

[摘要]介绍了一种基于GSM公网SMS短消息业务的无线远程防盗报警系统的设计和实现，并对其系统结构、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，有效解决了油田防盗的课题，对其它远程数据传输及其它无人值守的系统均有一定的实用价值。 [关键词]SMS、远程监控、防盗报警 1 引言 在现代信息技术飞速发展的今天，报警系统已进入一个高科技、智能化的时代。短消息（SMS）是目前利用最广泛的通信方案之一，它利用信令信道传输，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由服务中心再发给最终的信宿，具有实现简单、通信成本低、频谱利用率高、保密性好等特点，因此，基于SMS的新型远程报警系统，充分利用了GSM无线移动通信网络平台，不仅实时、自动、可靠、方便地实现了油田的远程通信报警和监控，更对其它远程数据传输和无人值守的场合具有重要实用价值。 2 系统结构及主要功能 基于SMS的远程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，主要是由工业控制计算机、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。井场监控终端主要是由单片机组成，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，由其中的微处理器进行识别，如确认为有异常信息，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(Short Message Service)和传真。TC35T模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。P-P数据通讯速率是2400、4800、9600、14400bps。本系统具有实时性自动数据处理功能，速度快，抗干扰能力强，兼容性好等特点，并且在有关软件的支持下，实现了一点对多点的实时通信。 3 井场监控终端电路设计 井场监控终端的硬件设计框图如下： 本系统采用了双单片机（从CPU和主CPU）并行处理的工作方式，以解决与后台中心通信时帧的整体性和现场采集报警数据的随机性冲突。因此，系统下位机的工作任务可以分为两部分：一部分是由从CPU负责系统基本功能，把从传感器采集的数据放入存储器中，周期性刷新数据并定时向主CPU发送；另一部分为主CPU负责监听空中的无线信号，当检测到有上位机命令访问本分机站时，立即申请中断，转向中断服务子程序，执行上位机命令，同时它还负责对从CPU的管理。 传感器可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。可以根据系统工作的实际情况适当选用。 实时时钟芯片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。 通过对外围电路的适当修改，本系统不仅可以满足油田防盗报警的需求，还可以进一步满足社会对安全的需求，因此是一种通用报警设备。 4 报警系统软件设计 　　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。 4.1 TC35T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： ATS0=n n=/=0; 设置自动接听振铃次数。 AT+IPR=9600; 设置通信速率。 AT+&W; 设置参数存储。 设置完之后即可正常使用。 在短消息模式下，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） （1）设置短消息中心 AT+CSCA="+8613800240500" (短消息中心号码) （2）设置短消息发送格式 AT+CMGF=1 (1-TEXT; 0-PDU) （3）发送短消息(短消息内容为“ABCD”) AT+CMGS="13694121067" (目的地址) > ABCD ^z （4）设置新短消息到达提示 AT+CNMI=1,1,0,0,1() 当短消息到达时，模块将自动发出提示指令： +CMTI:"SM",INDEX(信息存储位置) （5）读取短消息内容，假设INDEX＝8。 AT+CMGR=8 返回信息如下： +CMGR: "REC READ","+8613694121067","04/05/31,11:21:18+00" HELLO （6）删除短消息 AT+CMGD=INDEX 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。 4.2 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。 4.3 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，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。 5 结束语 该报警系统具有设计合理、报警准确迅速、可靠性高、便于联网等优点，现场与后台间真正实现了“实时监控，远程传输”，该系统可广泛应用于石油开采井场和各种不易巡检的厂房及设备全天候防盗监控的场合。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，提高了油井的实时综合监测报警，为油田生产任务的全面完成提供可靠的保证。 [参考文献] [1] 李华．MCS-51系列单片机适用技术接口．北京航空航天大学出版社，1993 [2] 戴美泰等．GSM移动通信系统优化．人民邮电出版社,2003 [3] Xavier Lagrange．GSM网络与GPRS.电子工业出版社,2002 [4] Siemens，Inc．AT-Commands for GSM-Engine TC35，2001 [5] Cohn Hamling. An Overview of GSM Data Services. The Institution of Electrical Engineers.1995 [作者简介] 洋梅（1980-），女，在读硕士研究生，主要从事通信和仪器仪表工作；曾一凡（1955-），男，沈阳人，副教授，主要从事通信和仪器仪表工作