【正文】 AT 指令集 AT 命令是 Hayes 公司為 MODEM（ 調(diào)制解調(diào)器 ） 制定的一個(gè)控制指令集，用于數(shù)據(jù)終端 （ 計(jì)算機(jī) ） 和 MODEM 之間的通信。 M23A GSM/GPRS 模塊 M23A GSM/GPRS 是 BenQ 公司 推出 的 GSM/GPRS 雙頻通信模塊 [ 42]，它集基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 成了完整的射頻電路和 GSM 的基帶處理器，適合 于 開(kāi)發(fā)基于 GSM/GPRS 的無(wú)線應(yīng)用產(chǎn)品，如無(wú)線終端、報(bào)警 /安防系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制等產(chǎn)品，應(yīng)用范圍十分廣泛。 目前市場(chǎng)上 GPRS 模塊很多， 從功能來(lái)分， GPRS 模塊可以分為兩類 ： 通用的 GPRS 模塊和內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議 棧的 GPRS 模塊。 4）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 當(dāng)數(shù)據(jù)中心無(wú)法連接公網(wǎng) Inter 時(shí)，可以使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式。分組數(shù)據(jù)經(jīng) SGSN 封裝后， GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn) SGSN 通過(guò)GPRS 骨干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點(diǎn) GGSN 進(jìn)行通信 ， GGSN 對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，如 Inter 或 網(wǎng)絡(luò)。因此，在 GSM 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建 GPRS系統(tǒng)時(shí)， GSM 系 統(tǒng)中的絕大部分部件都不需要作硬件改動(dòng)，只需作軟件升級(jí)。 ? 數(shù)據(jù)安全性高 。 GPRS 的 無(wú)線 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng) DDN（ Digital Data Network） 可以通過(guò) Inter 網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地構(gòu)建覆蓋全國(guó)的虛擬移動(dòng)數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡(luò)，與數(shù)據(jù)中心一起提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道，組成用戶專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，為廣大的中小企業(yè)提供接入便利 、 費(fèi)用低廉的通信方式。 而 利用 GPRS 作為數(shù)據(jù)通信 網(wǎng)絡(luò) 具有如下優(yōu)勢(shì) [ 17][18]： ? 永遠(yuǎn)在線 。這種方式存在建設(shè) 費(fèi)用高、施工周期長(zhǎng)、擴(kuò)展性差、設(shè)備維護(hù)難等缺點(diǎn)。 在 GPRS 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方面，目前 GPRS 無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆 蓋范圍廣，通訊速率較高，是一種具有高實(shí)時(shí)性和高可靠性的通訊方式，本應(yīng)用中將 GPRS作為整個(gè)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，可以節(jié)約自己建設(shè) 通信網(wǎng)絡(luò)的成本 ，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用也比較低。 系統(tǒng)方案的可行性 整個(gè)系統(tǒng)主要涉及原油 油位 計(jì)量和防盜、 GPRS 無(wú)線數(shù)據(jù)通信幾個(gè)方面，以下就各個(gè)方面的可行性分別進(jìn)行說(shuō)明。 L E D 顯 示鍵 盤(pán)蜂 鳴 器數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器時(shí) 鐘 芯 片微 處 理 器 系 統(tǒng)供 電傳 感 器 及調(diào) 理 電 路R S 2 3 2 接 口 4 ～ 2 0 m A2 4 V3 . 3 V2 2 0 V 市電 接 入 電 流 電 壓 轉(zhuǎn) 換G P R S 模 塊圖 像 采 集 模 塊4 . 2 VA / D 轉(zhuǎn) 換R S 2 3 2 接 口 圖 32 監(jiān)測(cè)終端的硬件結(jié)構(gòu)框圖 Fig32 Monitoring terminal hardware structure diagram 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè) 10 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端以 微處理器 為核心，包括 圖像采集、 時(shí)鐘、 鍵盤(pán)與顯示、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和報(bào)警等 電路 。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的操作設(shè)置要方便，符合操作者使用習(xí)慣；計(jì)算機(jī) 監(jiān)控中心為可視化圖形界面，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，保證系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè) 8 3 總體 設(shè)計(jì) 方案 設(shè)計(jì)原則 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則體現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思路，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)和依據(jù)。 系統(tǒng)技術(shù)參數(shù) 運(yùn)行環(huán)境 （ 1） 各 監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散分布 、 距離遠(yuǎn) 、 地形和環(huán)境復(fù)雜。 建立數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù) ， 對(duì)通信采基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理 、 并進(jìn)行各種累計(jì)和統(tǒng)計(jì)工作。 （ 4） 具有 電源切換及電池充電功能 。 （ 7）報(bào)表打印功能。 （ 8）電源必須冗余設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)供電。針對(duì) 分布式 油 田油井 分布的地域廣，不好管理 的問(wèn)題 ， 解決 丟盜油現(xiàn)象 。文中對(duì) 所做的工作 進(jìn)行了總結(jié)，并提出了目前存在的不足和今后 改進(jìn) 的方向。 第 4 章 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端的硬件電路設(shè)計(jì)。 論文的組織結(jié)構(gòu) 本項(xiàng)目源 自 于 陜西省 教育廳科技產(chǎn)業(yè)化培育項(xiàng)目， 項(xiàng)目編號(hào) 07JC05， 根據(jù) 本人 在 項(xiàng)目 中 承擔(dān)的 任務(wù) ，論文中 對(duì) 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端的硬件和軟件 開(kāi)發(fā) 作了詳細(xì) 介紹 ，對(duì) 計(jì)算機(jī) 監(jiān) 控 中心軟件 開(kāi)發(fā) 只 作了簡(jiǎn)要介紹， 論文 最后對(duì) 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端 的 開(kāi)發(fā) 設(shè)計(jì)作了總結(jié)。 整個(gè)系統(tǒng)旨在 提高管理水平，為管理 者 提供科學(xué)準(zhǔn)確的決策依據(jù)， 主要的研究?jī)?nèi)容有： （ 1）儲(chǔ)油罐液面的探測(cè) 儲(chǔ) 油罐內(nèi)部液面的變化直接反映著原油的儲(chǔ)量和正常、異常放油的情況，對(duì)原油液面探測(cè)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的前提和關(guān)鍵。 在原油防盜技術(shù)研究方面， 隨著計(jì)算機(jī)和信息圖像 技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的技術(shù)手段被應(yīng)用在原油防盜問(wèn)題的解決上，但 目前的研究主要集中在對(duì)原油的管道運(yùn)輸防盜上。該方案運(yùn)用 GPRS 無(wú)線技術(shù)作為通信媒介，利用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式油田的原油計(jì)量和防盜的遠(yuǎn)程監(jiān)控， 可以節(jié)省人力物力，降低勞動(dòng)成本，改善工人工作條件，提高生產(chǎn)效率與管理水平。而石油能源又被譽(yù)為“工業(yè)的血液”，因而一個(gè)國(guó)家石油的儲(chǔ)量將很大程度影響該國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度。 論文中對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊、 GPRS 通信模塊和鍵盤(pán)顯示模塊的電路 進(jìn)行了 詳細(xì)說(shuō)明。 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) I XXXXXXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名 xxx 學(xué) 號(hào) xxx 專業(yè)班級(jí) xxx 分 院 xxx 指導(dǎo)教師 xxx xxxx 年 xxx 月 xxx 日 II 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 本課題針對(duì) 分布式油田的原油計(jì)量和丟盜油問(wèn)題，研究開(kāi)發(fā)了一套基于 GPRS 的原油計(jì)量和防盜系統(tǒng) 。 在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的軟件開(kāi)發(fā)中， 借鑒于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā) 的層次化設(shè)計(jì) 方法 ， 在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的軟件設(shè)計(jì)中也采用了層次化的軟件設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu) 。我國(guó)是一個(gè)石油資源不十分豐富的國(guó)家，自 1993 年開(kāi)始，我國(guó)便超越日本成為僅次于美國(guó)的世界上第二大石油進(jìn)口國(guó) [ 1]， 能源 機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)顯示，為了保持高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)勢(shì)頭，在 2040 年，中國(guó)將有 87％的原油依賴于進(jìn)口 [2]。 項(xiàng)目 的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 經(jīng)過(guò)多年的發(fā) 展，我國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域技術(shù)水平發(fā)展很快，并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益， 而在對(duì) 采油現(xiàn)場(chǎng)的 原油生產(chǎn)自動(dòng)化管理上，國(guó)內(nèi)石油企業(yè)與國(guó)外基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè) 2 同行還是有一定差距。 大港油田應(yīng)用聲波原理，以管道做信道，大地做回路實(shí)現(xiàn)了原油防盜及陰極保護(hù)參數(shù)自動(dòng)遙測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)對(duì)原油輸送管道及陰極保護(hù)參數(shù)進(jìn)行有效的檢測(cè) [10]。 儲(chǔ) 油罐在野外，風(fēng)沙大，溫差大，環(huán)境惡劣，因此 還必須研究非接觸式 測(cè)量在惡劣環(huán)境下 探測(cè)容積變化的模式 和方法，以及工作的準(zhǔn)確性、可靠性和安全性等問(wèn)題。 論 文共分為 7 章，其 組織 結(jié)構(gòu) 如下： 第 1 章 緒論。 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端 采用模塊化的 電路設(shè)計(jì) 方法，依據(jù)系統(tǒng)功能自頂向下的把硬件分成了五 個(gè)模 塊，文中對(duì)各個(gè)模塊的電路進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 2 需求分析 充分理解需求信息對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的成功至關(guān)重要，對(duì)需求進(jìn)行詳盡的分析、準(zhǔn)確的描述 可 以縮短開(kāi)發(fā)周期、降低后期開(kāi)發(fā)成本，也是設(shè)計(jì)高質(zhì)量、高可靠性系統(tǒng)的首要工作。 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端的要求 系統(tǒng) 針對(duì) 分布式 油田的實(shí)際狀況 ，要求監(jiān)測(cè)終端應(yīng)具備以下功能： （ 1） 用非接觸測(cè)量 方法 ，對(duì)油罐內(nèi)的原油進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。 （ 9）具備一定的升級(jí)換代 和 擴(kuò)展功能。 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端功能分析 分析 整個(gè) 項(xiàng)目對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端需求的功能， 總的來(lái)說(shuō) 應(yīng)具備 如下幾點(diǎn)： （ 1） 具有 數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)功能。 當(dāng)有交流電源時(shí)系統(tǒng)使用交流電源為系統(tǒng)供電，并給蓄電池充電。 （ 3）顯示功能。 （ 2） 溫濕度變化范圍大。 根據(jù)分布式油田現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況， 本系統(tǒng)中 按下列原則進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)： （ 1）可靠性原則 可靠性是整個(gè)系統(tǒng)的基本要求，在使用中要求系統(tǒng)具有抗惡劣工作環(huán)境的能力，無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)。 系統(tǒng)方案 分布式油田 原油計(jì)量和防盜 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是將安裝在井場(chǎng)儲(chǔ)油罐上的各種傳感器采集數(shù)據(jù)（ 油位 、閥門(mén)狀態(tài)、報(bào)警器狀態(tài)）利用 GPRS 無(wú)線 通信平臺(tái)傳輸至 計(jì)算機(jī) 監(jiān)控中心，監(jiān)控中心的管理人員利用計(jì)算機(jī)分析、匯總， 實(shí)時(shí)掌握采油現(xiàn)場(chǎng)的儲(chǔ)油量，輔助于管理者決策 。傳感器 輸出 信號(hào)先經(jīng)過(guò)調(diào)理電路 ，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào) ， 微處理器 對(duì)處理后 的 數(shù)據(jù) 進(jìn)行 本地 存儲(chǔ) 和 顯示 ，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS 模塊發(fā)送至監(jiān)控中心。 在 油位 計(jì)量方面，近年來(lái)由于光纖 和 超聲波等高新技術(shù)不斷的涌現(xiàn)， 油位監(jiān)測(cè)已進(jìn)入多功能、高精度的新階段。 綜上所述， 整個(gè) 系統(tǒng) 方案 能夠滿足分布式油田對(duì)原油計(jì)量和防盜的要求，具有 良好的可行性。 2） 無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)。 即用戶隨時(shí)與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，即使沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送，終端還一直與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。 ? 通信鏈路由運(yùn)營(yíng)商維護(hù) 。 系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中加入了加密機(jī)制，資料可以在公網(wǎng)上安全地傳輸 。有了 GPRS，用戶的呼叫建立時(shí)間大大縮短，幾乎可以做到 “ 永遠(yuǎn)在線 ” 。 （ 3） GPRS 的幾種組網(wǎng)方式 [ 25] 利用 GPRS 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸， 數(shù)據(jù)鏈路的建立是 關(guān)鍵，數(shù)據(jù)鏈路建立的方式 如圖 36， 主要有：數(shù)據(jù)中心通過(guò) ADSL 撥號(hào)上網(wǎng) 、 數(shù)據(jù)中心申請(qǐng)固定的公網(wǎng) IP、 數(shù)據(jù)中心使用專線方式連接至移動(dòng)網(wǎng)關(guān) 、 數(shù)據(jù)中心 通過(guò) VPN 隧道連接 和 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 幾種方式。在這種方式下，與數(shù)據(jù)中心相連的 GPRS 通信 終端 要設(shè)置為 服務(wù)器 模式，遠(yuǎn)程的 GPRS數(shù)據(jù)采集終端 要配置為 客戶機(jī) 模式。 （ 1） 通用的 GPRS 模塊 這一 類模塊的特點(diǎn)是只支持 GPRS 短信 的 收發(fā)模式，本身不具備 TCP/IP協(xié)議處理功能。 M23A GSM/GPRS 模塊 主要的性能指標(biāo)如下： ? 外形尺寸 40，重量 13 克； ? GPRS Class 8 多時(shí)隙功能， Class B 操作模式； ? 支持 EGSM900/DCS1800/PCS1900 三個(gè)頻段； ? 支持 3V SIM 卡接口； ? 在 GPRS 數(shù)據(jù)通信模式下消耗電流最大 280mA； ? 電源電壓范圍 ： 直流 到 ； ? 工作溫度： 20 攝氏度到 60 攝氏度； M23A GSM/GPRS 模塊共有 44 個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)插槽引出。由于 Hayes 公司生產(chǎn)的MODEM 產(chǎn)品在工業(yè)界占有主導(dǎo)的地位，為了保持產(chǎn)品的兼容性，其它 MODEM制造廠商也接受并使用了 AT 指令，因此 AT 命令目前在工業(yè)界已經(jīng)成為一個(gè)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，非 Hayes 公司的 MODEM 產(chǎn)品也都支持 AT 指令集。 M23A GSM/GPRS 模塊還提供標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 串行接口，用戶通過(guò)串行口使用 AT 命令完成對(duì)模塊的 操作。 隨著 GPRS 技術(shù)的不斷發(fā)展， GPRS 模塊的功能越來(lái)越強(qiáng)大，成本卻越來(lái)越 低，綜合考慮到成本和開(kāi)發(fā)難度，做無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)發(fā)時(shí)選用內(nèi)置 TCP/IP協(xié)議棧的 GPRS 模塊才是明智之舉，因此在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的開(kāi)發(fā)中選 用的是BenQ 公司 內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議棧 的 M23A GSM/GPRS 模塊。 GPRS 模塊就是為使用 GPRS 服務(wù) 而開(kāi)發(fā)的無(wú)線通信終端設(shè)備， 因此在開(kāi)發(fā) GPRS 終端產(chǎn) 品的時(shí)候，就而臨著如何 選擇一 個(gè)低成本、易開(kāi)發(fā)的 GPRS 模塊的問(wèn)題。該方案的優(yōu)點(diǎn)是具有更高的速度和更低的時(shí)延，并且在網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和在數(shù)據(jù)安全性方面也有較大的提高 ， 但是費(fèi)用較高。 G P R S 骨 干 網(wǎng)S G S NB S SG P R S 模 塊I n t e r n e tG G S N數(shù) 據(jù) 中 心 圖 35 GPRS 與 Inter 連接框圖 Fig35 GPRS link with Inter diagram GPRS 終端通過(guò)接口從 數(shù)據(jù)采集器 取得數(shù)據(jù)，處理后的 GPRS 分組數(shù)據(jù)發(fā)送到 GSM 基站。 GPRS 采用與 GSM 相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、跳頻規(guī)則以及相同的 TDMA 幀結(jié)構(gòu)。 GPRS 接入等待時(shí)間短，可快速建立連接，平均耗時(shí)為兩秒 。 ? 組網(wǎng)簡(jiǎn)單 。其主要缺點(diǎn)是信息按條收費(fèi)，費(fèi)用較高 ， 只能傳送小流量數(shù)據(jù)（限于 160 字節(jié)）， 存在短消息延時(shí)、丟失 和 擁塞等現(xiàn)象 ， 實(shí) 時(shí)性不強(qiáng) 。 表 31 各數(shù)據(jù)傳輸方式的 比較 Tab31 Comparison of various data tran