基于GSM短消息的油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言
    油品灌區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)是油庫儲備公司的基本組成部分。目前大多數(shù)油品罐區(qū)普遍存在技術(shù)落后、自動(dòng)化水平低、手工作業(yè)等問題。因此，為了適應(yīng)市場競爭要求，提高灌區(qū)安全運(yùn)行，開發(fā)一種新型基于ARM7和GSM短消息的油罐監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用ARM7豐富的外圍模塊、強(qiáng)大的管理功能和控制能力，以及GSM的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、用戶投資小、運(yùn)營費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，將采集數(shù)據(jù)以短消息方式有效傳給監(jiān)控中心，再由控制中心處理數(shù)據(jù)并建立數(shù)據(jù)文件，從而解決油品灌區(qū)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的傳輸和決策指令的發(fā)送問題。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    圖1為基于GSM的油罐區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，它由測控單元、GSM無線網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心構(gòu)成。測控單元以微處理器LPC2119為核心，同時(shí)采集罐區(qū)內(nèi)的多個(gè)油罐壓力和溫度信號，并分別遵循HART協(xié)議和RS485通信方式傳給罐區(qū)主控單元。LPC2119將采集的數(shù)據(jù)運(yùn)算，求得實(shí)際油罐的儲油量和溫度，并與已設(shè)定值比較，若超出整定范圍，啟動(dòng)閥門、喇叭報(bào)警，液晶模塊并顯示故障信息。GSM短消息收發(fā)器將采集的數(shù)據(jù)壓縮打包后，經(jīng)GSM短消息信息中心轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心的GSM短消息收發(fā)器。接收數(shù)據(jù)并處理后，建立數(shù)據(jù)文件，并顯示對應(yīng)各油罐的儲油量和各品種油的總量。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
3．1 數(shù)據(jù)采集模塊
    數(shù)據(jù)采集模塊采集液體的壓力和溫度。壓力采集用1151系列壓力變送器，直接檢測油罐內(nèi)壓力。壓力變送器輸出4~20 mA電流，選用1％精度的電阻轉(zhuǎn)換成電壓，通過多路開關(guān)CD4067循環(huán)測量32路壓力，遵循HART協(xié)議傳至LPC2119。選用數(shù)字溫度傳感器18820，將溫度值通過RS485接口通信傳輸給LPC2119。該電路接口簡單，溫度范圍滿足系統(tǒng)要求。
3．2 SIM300無線模塊
    SIM300無線模塊選用SIMCOM公司推出的GSM／GPRS三頻模塊。該模塊具有標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，可提供語音傳輸、短消息和GPRS無線上網(wǎng)業(yè)務(wù)。SIM300集成完整的射頻電路、GSM的基帶處理器和強(qiáng)大的TCP/IP協(xié)議棧。其主要特點(diǎn)：單電源供電；工作于三頻模式900／1 800／1 900 MHz；支持文本和PDU模式的短消息；支持多時(shí)隙GPRS功能；支持語音和傳真。本系統(tǒng)利用SIM300的短消息功能，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的通信。圖2為SIM300模塊硬件電路。

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    SIM300高電平啟動(dòng)，啟動(dòng)完成后不再起作用。復(fù)位信號低電平有效，低電平脈沖寬度應(yīng)不小于100 ms。實(shí)際應(yīng)用中，將20 kΩ電阻接在電源與RESET引腳之間，用一只0．1μF電容接地，電源連接端通過開關(guān)按鈕控制。GSM通信使用SIM卡作為身份標(biāo)志，SIM卡上的SIM_RST、SIM_I／O、SIM_CLK、SIM_CLK、SIM_VCC和GND通過SIM卡閱讀器與SIM300同名端直接相連。目前移動(dòng)運(yùn)營商所提供的SIM卡均無SIM I／O引腳，在設(shè)計(jì)電路時(shí)將該引腳接一個(gè)10 kΩ電阻與SIM_VCC相連。SIM_I／O引腳檢測卡支架中是否插有SIM卡。當(dāng)插入SIM卡時(shí)，該引腳置為高電平，系統(tǒng)進(jìn)入正常狀態(tài)。SIM300的SIM卡電路加入22 Ω串聯(lián)匹配電阻，在SIM DATA引腳上加10 kΩ的上拉電阻，若進(jìn)行SIM卡檢測，在SIM_PR引腳上加100 kΩ的上拉電阻。設(shè)計(jì)SIM卡的引線不能太長，因?yàn)镾IM_DATA和SIM_CLK兩引腳易受干擾。圖2中SP207用于電平轉(zhuǎn)換，SIM300通過SP207與LPC2119連接，也可與PC機(jī)相連。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)還包括閥門驅(qū)動(dòng)、報(bào)警、液晶按鍵、JTAG接口、電源及復(fù)位電路等模塊。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4．1 短消息通信協(xié)議
    SIM300模塊與LPC2119之間通過標(biāo)準(zhǔn)RS232串行接口通信，通信協(xié)議是AT指令集。AT命令以‘AT+’開頭，以回車結(jié)尾，每個(gè)命令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回，其他一些非預(yù)期的信息將提示對應(yīng)信息，接收端根據(jù)接收信息進(jìn)行相應(yīng)處理。本系統(tǒng)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 測控模塊
    測控模塊軟件采用C語言編寫。短消息的發(fā)送和接收都是通過串口完成，發(fā)送短消息時(shí)必須轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組，以數(shù)據(jù)包形式發(fā)送；接收短消息通過實(shí)時(shí)監(jiān)控串口實(shí)現(xiàn)，將接收到的信息進(jìn)行及時(shí)處理。圖3為短消息的發(fā)送和接收流程。

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4．3 監(jiān)控模塊
    系統(tǒng)監(jiān)控模塊軟件設(shè)計(jì)基于Visual Basic、SQL Server和Office Aceess軟件編寫，該模塊能實(shí)時(shí)跟蹤現(xiàn)場油罐的液位、壓力、溫度等狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，完成單灌圖形顯示(圖4)的群灌圖形顯示、表格顯示、手工計(jì)量、報(bào)警記錄顯示、報(bào)表打印等功能。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用GSM短消息數(shù)據(jù)傳輸模式，能有效解決傳統(tǒng)的使用有線傳輸受環(huán)境干擾影響大、傳輸大量數(shù)據(jù)時(shí)出錯(cuò)率高、傳輸距離短等方面的不足，而且GSM具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、用戶投資小、運(yùn)營費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

6 結(jié)論
    采用GSM短消息完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測終端與控制中心的通信，將ARM7的強(qiáng)大管理能力和GSM短消息相結(jié)合，采用模塊化設(shè)計(jì)，簡化硬件電路設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)性能。需注意的是：由于每條SMS信息不能超過160個(gè)英文字母或70個(gè)漢字。對于稍長的短消息，SMS必須把信息分割為數(shù)條傳輸，否則將導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。