GSM短消息在油罐区监控系统中的应用

 

　　1 引言

　　实施油罐区有效的监控对提高管理水平，降低工人的劳动强度，改善工人的工作条件，避免事故的发生等方面具有十分重要的意义近年来，随着罐区规模、储罐数量的增加，对油罐区储存、装卸、管理提出了越来越高的要求，特别对罐区的自动化管理水平提出了更高的要求另一方面，随着自动化控制理论水平、计算机应用技术与通信技术不断提高，以及工业计算机监控系统在工业生产过程中的成功应用，自动化仪表正向着数字化、智能化的方向发展，使得生产过程的底层自动化监视和控制逐渐完善，形成了基于可编程控制器、集散控制系统、现场总线控制系统的各种工业控制网络，生产的自动化水平大大提高，为港口油罐区监控系统的建立提供了技术保障。

　　2 系统总体结构设计

　　移动通讯系统GlobalSystemofMobilecommunication就是众所周知的GSM,是当前应用为广泛的移动电话标准。超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。GSM标准的无处不在使得在移动电话运营商之间签署"漫游协定"后用户的国际漫游变得很平常。GSM较之它以前的标准的不同是他的信令和语音信道都是数字式的，因此GSM被看作是第二代（2G）移动电话系统。这说明数字通讯从很早就已经构建到系统中。GSM是一个当前由3GPP开发的开放标准。

　　图1为基于GSM的油罐区远程监控系统总体结构，它由测控单元、GSM无线网络和监控中心构成。测控单元以微处理器LPC2119为，同时采集罐区内的多个油罐压力和温度信号，并分别遵循HART协议和RS485通信方式传给罐区主控单元。LPC2119将采集的数据运算，求得实际油罐的储油量和温度，并与已设定值比较，若超出整定范围，启动阀门、喇叭报警，液晶模块并显示故障信息。GSM短消息收发器将采集的数据压缩打包后，经GSM短消息信息中心转发到监控中心的GSM短消息收发器。接收数据并处理后，建立数据文件，并显示对应各油罐的储油量和各品种油的总量。

　　3 系统硬件电路设计

　　3.1 数据采集模块

　　数据采集（DAQ），是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。

　　数据采集模块采集液体的压力和温度。压力采集用1151系列压力变送器，直接检测油罐内压力。压力变送器输出4~20 mA电流，选用1%的电阻转换成电压，通过多路开关CD4067循环测量32路压力，遵循HART协议传至LPC2119.选用数字温度传感器18820,将温度值通过RS485接口通信传输给LPC2119.该电路接口简单，温度范围满足系统要求。

　　3.2 SIM300无线模块

　　SIM300无线模块选用SIMCOM公司推出的GSM/GPRS三频模块。该模块具有标准的AT命令接口，可提供语音传输、短消息和GPRS无线上网业务。SIM300集成完整的射频电路、GSM的基带处理器和强大的TCP/IP协议栈。其主要特点：单电源供电；工作于三频模式900/1 800/1 900 MHz;支持文本和PDU模式的短消息；支持多时隙GPRS功能；支持语音和传真。本系统利用SIM300的短消息功能，实现与监控中心的通信。图2为SIM300模块硬件电路。

　　SIM300高电平启动，启动完成后不再起作用。复位信号低电平有效，低电平脉冲宽度应不小于100 ms.实际应用中，将20 kΩ电阻接在电源与RESET引脚之间，用一只0.1μF电容接地，电源连接端通过开关按钮控制。GSM通信使用SIM卡作为身份标志，SIM卡上的SIM_RST、SIM_I/O、SIM_CLK、SIM_CLK、SIM_VCC和GND通过SIM卡阅读器与SIM300同名端直接相连。目前移动运营商所提供的SIM卡均无SIM I/O引脚，在设计电路时将该引脚接一个10 kΩ电阻与SIM_VCC相连。SIM_I/O引脚检测卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡时，该引脚置为高电平，系统进入正常状态。SIM300的SIM卡电路加入22 Ω串联匹配电阻，在SIM DATA引脚上加10 kΩ的上拉电阻，若进行SIM卡检测，在SIM_PR引脚上加100 kΩ的上拉电阻。设计SIM卡的引线不能太长，因为SIM_DATA和SIM_CLK两引脚易受干扰。图2中SP207用于电平转换，SIM300通过SP207与LPC2119连接，也可与PC机相连。该系统设计还包括阀门驱动、报警、液晶按键、JTAG接口、电源及复位电路等模块。

　　4 系统软件设计

　　4.1 短消息通信协议

　　SIM300模块与LPC2119之间通过标准RS232串行接口通信，通信协议是AT指令集。AT命令以'AT+'开头，以回车结尾，每个命令执行成功与否都有相应的返回，其他一些非预期的信息将提示对应信息，接收端根据接收信息进行相应处理。本系统只涉及到短消息和串口的命令控制，用到的AT命令如表1所列。

 

　　4.2 测控模块

　　测控模块软件采用C语言编写。短消息的发送和接收都是通过串口完成，发送短消息时必须转换为字节数组，以数据包形式发送；接收短消息通过实时监控串口实现，将接收到的信息进行及时处理。图3为短消息的发送和接收流程。

 

 

　　4.3 监控模块

　　系统监控模块软件设计基于Visual Basic、SQL Server和Office Aceess软件编写，该模块能实时跟踪现场油罐的液位、压力、温度等状态，实现自动化管理，完成单灌图形显示（图4）的群灌图形显示、表格显示、手工计量、报警记录显示、报表打印等功能。

　　5 实验结果

　　实验结果表明：采用GSM短消息数据传输模式，能有效解决传统的使用有线传输受环境干扰影响大、传输大量数据时出错率高、传输距离短等方面的不足，而且GSM具有网络覆盖面广、用户投资小、运营费用少等优点，能够实现系统远程监控功能。

　　6 结论

　　采用GSM短消息完成现场数据采集和监测终端与控制中心的通信，将ARM7的强大管理能力和GSM短消息相结合，采用模块化设计，简化硬件电路设计，提高系统性能。需注意的是：由于每条SMS信息不能超过160个英文字母或70个汉字。对于稍长的短消息，SMS必须把信息分割为数条传输，否则将导致数据丢失。