【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Internet 時(shí)，可以使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式。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(hù)機(jī)模式。5）VPN隧道連接中國(guó)移動(dòng)的無(wú)線數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)DDN業(yè)務(wù)除了數(shù)據(jù)專(zhuān)線方式外還有VPN隧道方式，該方式指數(shù)據(jù)中心通過(guò)公共Internet與GPRS接入平臺(tái)間建立起IP隧道來(lái)進(jìn)行連接。該方案比專(zhuān)線方式更經(jīng)濟(jì)，而速度和數(shù)據(jù)安全性比數(shù)據(jù)中心通過(guò)ADSL撥號(hào)上網(wǎng)的方案更有優(yōu)勢(shì)。在分布式油田原油計(jì)量與防盜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，綜合考慮以上幾種GPRS組網(wǎng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，以及為便于整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和后期維護(hù)，我們使用了數(shù)據(jù)中心申請(qǐng)固定的公網(wǎng)IP的組網(wǎng)方式。 GPRS模塊選型GPRS技術(shù)把Internet的通訊方式引入到了無(wú)線通信領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的互連。無(wú)線用戶(hù)可以很方便地采用熟悉的標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP通訊模式與Internet直接交換數(shù)據(jù)，也就應(yīng)運(yùn)而生了GPRS終端產(chǎn)品。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。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(lèi)：通用的GPRS模塊和內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧的GPRS模塊。（1）通用的GPRS模塊這一類(lèi)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。應(yīng)用此類(lèi)模塊時(shí)，終端軟件基本要求是要能處理PPP撥號(hào)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。當(dāng)處理能力不強(qiáng)或沒(méi)有操作系統(tǒng)時(shí)，需要用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)或者移植一些協(xié)議，編程實(shí)現(xiàn)GPRS的撥號(hào)上網(wǎng)、PPP配置并最終建立TCP/IP網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)GPRS的附著和激活過(guò)程，此后才能與Internet通信，因此用戶(hù)的開(kāi)發(fā)任務(wù)較重，有時(shí)甚至超過(guò)了應(yīng)用本身的工作量。此類(lèi)模塊的代表為Siemens公司的MC3SonyEricsson公司的GR4Motorola公司的G1Wave公司的Q2403系列等。（2）內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧的GPRS模塊這一類(lèi)模塊是在通用GPRS模塊基礎(chǔ)上內(nèi)置TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，用戶(hù)一般只需要調(diào)用相應(yīng)的AT命令對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，模塊自身就會(huì)完成GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet的互連，然后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，開(kāi)發(fā)過(guò)程比較簡(jiǎn)單。代表如Siemens公司的TC4Motorola GSIMCOM公司的SIM100、BenQ公司的M23A等。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。 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。M23A GSM/GPRS模塊主要的性能指標(biāo)如下：u 40，重量13克；u GPRS Class 8 多時(shí)隙功能，Class B操作模式；u 支持EGSM900/DCS1800/PCS1900三個(gè)頻段；u 支持3V SIM卡接口；u 在GPRS數(shù)據(jù)通信模式下消耗電流最大280mA；u 電源電壓范圍：；u 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。這44個(gè)引腳大致可以劃分為5類(lèi)，即電源接口、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡接口、音頻接口和控制接口。在接口座上各引腳的編號(hào)及位置如圖37所示。圖37 M23A模塊引腳編號(hào)及位置Fig37 M23A module pins’ number and locationM23A GSM/GPRS模塊的各個(gè)引腳的功能如表32所示。表32 M23A模塊引腳功能Tab32 M23A module pins’ function接口名稱(chēng)引腳數(shù)量功能說(shuō)明UART/RS2326RS232傳輸接口UART22內(nèi)部軟件調(diào)試BU1蜂鳴器驅(qū)動(dòng)引腳GPIO6常規(guī)用途I/OPower On1啟動(dòng)引腳LED Driver1二極管驅(qū)動(dòng)引腳SIM4SIM卡接口VBATRF3電源輸入VBATBB1電池輸入Audio7音頻信號(hào)接口Keypad Interrupt1鍵盤(pán)中斷BGND10地ANT1天線M23A GSM/GPRS模塊支持外部SIM卡，模塊能自動(dòng)檢測(cè)和適應(yīng)SIM卡類(lèi)型。為使用模塊的GPRS功能，應(yīng)用時(shí)選用的SIM卡需要開(kāi)通GPRS業(yè)務(wù)。M23A GSM/GPRS模塊還提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行接口，用戶(hù)通過(guò)串行口使用AT命令完成對(duì)模塊的操作。 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。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。AT命令通常是由字符AT或at（大小寫(xiě)應(yīng)一致）作為前綴，MODEM從這兩個(gè)字符中檢測(cè)出計(jì)算機(jī)使用的波特率、字長(zhǎng)、奇偶校驗(yàn)等信息。發(fā)給MODEM的指令一般使用7個(gè)數(shù)據(jù)位、一個(gè)奇偶位和一個(gè)停止位組成的幀，也可以使用有8 個(gè)數(shù)據(jù)位、無(wú)奇偶位和1個(gè)停止位組成的幀，另每個(gè)AT指令都是以“\r\n”作為結(jié)束符。表33 GPRS 相關(guān)的 AT 命令Tab 33 Correlative AT mand of GPRSAT指令指令功能使用舉例（指令意義）AT+IRP設(shè)置模塊串口通信速率AT+IRP=0(模塊自適應(yīng)串口通信速率)AT+COPS設(shè)置是否自動(dòng)登陸網(wǎng)絡(luò) AT+COPS=1（選擇自動(dòng)登陸網(wǎng)絡(luò)）AT+CREG當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)情況AT+CREG=1（查詢(xún)是否登陸上網(wǎng)絡(luò)）AT%CGPCOPCO字符串激活指令A(yù)T%CGPCO=1,PAP,1 （激活PCO字符串）AT+CGDCONT定義PDP文本指令A(yù)T+CGDCONT=1,IP,CMNET（定義PDP文本）AT$DESTINFO設(shè)置將連接的IP地址AT$DESTINFO=,2,5001,0（將連接的IP地址：，端口5001）ATD*97對(duì)設(shè)置的的IP地址撥號(hào)，進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式ATD*97（連接已用AT$DESTINFO指令設(shè)置的IP地址和端口號(hào)）+++從數(shù)據(jù)傳輸模式返回指令模式命令+++（返回指令傳輸模式，模塊又能接收AT指令；在數(shù)據(jù)傳輸模式下，指令將被當(dāng)成數(shù)據(jù)）表33只列出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使用到的AT指令，關(guān)于GPRS相關(guān)的AT指令的詳細(xì)材料請(qǐng)參見(jiàn)本論文的參考文獻(xiàn)48。 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的外設(shè)備選型為了實(shí)現(xiàn)分布式油田的計(jì)量和防盜，采集需要監(jiān)測(cè)的各物理量，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端使用了超聲波液位變送器、圖像采集卡、紅外對(duì)射探測(cè)器和接近開(kāi)關(guān)等幾個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備，以下對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端使用的各個(gè)設(shè)備的原理和性能作簡(jiǎn)要介紹。（1）超聲波液位變送器超聲波具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好，能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)，以超聲波作為監(jiān)測(cè)手段，并將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成工業(yè)上常用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的液位變送器就是超聲波液位變送器。超聲波液位變送器的工作原理是由超聲波探頭發(fā)出高頻脈沖聲波，聲波遇到被測(cè)物位表面被反射，換能器接收反射回波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于聲波脈沖發(fā)射過(guò)程中機(jī)械惰性占用了傳輸時(shí)間，使靠近超聲波換能器的一小段區(qū)域不能接收聲波，這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為盲區(qū)，盲區(qū)大小與超聲波的量程有關(guān)。為測(cè)量?jī)?chǔ)油罐中油位，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端開(kāi)發(fā)中選用了重慶兆易科技公司生產(chǎn)的RISENBS1KA0型超聲波液位變送器。RISENBS1KA0變送器集超聲波傳感器、溫度傳感器、超聲伺服電路和變送電路為一體，采用SMD（Surface Mount Device）貼片元件及兆易公司與美國(guó)合作研發(fā)的專(zhuān)用芯片，使得整機(jī)電路非常緊湊簡(jiǎn)潔，線路板全部鍍金，內(nèi)部電磁屏蔽及出廠四十八小時(shí)高低溫老化，使其具有很高的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期可靠性。殼體采用質(zhì)地堅(jiān)固且聲學(xué)特性好的合成材料，其外形精巧美觀，防水、防塵，可適應(yīng)大多數(shù)工況現(xiàn)場(chǎng)。RISENBS1KA0超聲波液位變送器的主要技術(shù)參數(shù)如下：u 高精度線性電流輸出：4~20mA；u 量程：1，2，3，4，5，6，8米；u 盲區(qū)：小于300毫米；u 波束角：15度；u 工作電壓：直流12V/24V；u 安裝方式：49雙鑼母夾緊式固定安裝或M49；（2）紅外對(duì)射探測(cè)器紅外對(duì)射探測(cè)器全名叫“光束遮斷式感應(yīng)器”（Photoelectric Beam Detector），其基本的構(gòu)造包括瞄準(zhǔn)孔、光束強(qiáng)度指示燈、球面鏡片和LED（LightEmitting Diode）指示燈等。其偵測(cè)原理是利用紅外線經(jīng)LED紅外光發(fā)射二極體，再經(jīng)光學(xué)鏡面做聚焦處理使光線傳至很遠(yuǎn)距離，由受光器接受，當(dāng)光線被遮斷時(shí)就會(huì)發(fā)出警報(bào)。目前常見(jiàn)的主動(dòng)紅外探測(cè)器有兩光束、三光束、四光束，距離從30米到300米不等，也有部分廠家生產(chǎn)遠(yuǎn)距離多光束的“光墻”，主要應(yīng)用于廠礦企業(yè)和一些特殊的場(chǎng)所。本系統(tǒng)中選用的是LENNOX力諾士公司的QT系列四光束紅外線對(duì)射探測(cè)器[26]，該產(chǎn)品專(zhuān)門(mén)是室外遠(yuǎn)距離周界防護(hù)的專(zhuān)用防盜探測(cè)設(shè)備，它的主要特點(diǎn)如下：u 脈沖式四光束發(fā)射、接收，降低誤報(bào)；u 四光束上下2組水平、垂直獨(dú)立調(diào)整，精度步進(jìn)式微調(diào)；u 內(nèi)置微處理器控制電路，防干擾效果好；u 10級(jí)LED顯示接收信號(hào)強(qiáng)度指示；u 內(nèi)置雙層保護(hù)電路，有效防止室外雷擊破壞；u 采用高效率水晶球準(zhǔn)直透鏡聚焦技術(shù)，大幅度提升投光性能，降低誤報(bào)；u 使用C型繼電器輸出；u 外罩采用特殊材料和結(jié)構(gòu)，防止凝結(jié)雨、霜和露水，一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其能在惡劣的環(huán)境中正常工作；（3）圖像采集卡VC313為實(shí)現(xiàn)對(duì)采油現(xiàn)場(chǎng)圖像的監(jiān)控，當(dāng)偷盜油發(fā)生時(shí)能夠抓拍現(xiàn)場(chǎng)圖片，為破案提供第一手資料，我們選用了是武漢萬(wàn)德數(shù)碼技術(shù)有限公司的VC313嵌入式視頻壓縮卡。VC313嵌入式視頻壓縮卡的主要性能指標(biāo)[27]如下：u 4路 PAL制式模擬視頻信號(hào)輸入；u 串口輸出黑白或彩色 JPG 格式圖像文件； u 串口波特率 1200~115200bps；u 支持 6種圖像分辨率：160117614320235228640480、704576；u 支持 6種圖像壓縮比；u 可調(diào)整亮度、對(duì)比度、色飽和度； u 支持連續(xù)發(fā)送圖像；u 支持同一圖像重復(fù)發(fā)送；u 支持圖像活動(dòng)偵測(cè)；u 電源電壓 ，正常工作電流195mA（睡眠模式下約45mA）； u 外形尺寸 7070毫米； u 工作溫度范圍：20~70℃； u 優(yōu)秀的抗干擾性能和穩(wěn)定性；VC313的數(shù)據(jù)接口為標(biāo)準(zhǔn)串口，主機(jī)通過(guò)串口向VC313發(fā)送控制命令，而VC313通過(guò)串口向主機(jī)發(fā)送JPG文件。主機(jī)發(fā)送給VC313嵌入式視頻壓縮卡的控制命令一共有9條，命令列表如表34所示。表34 VC313圖像采集卡命令列表Tab34 VC 313 image acquisition card mand list命令號(hào)命令名命令結(jié)構(gòu)幀頭命令碼參數(shù)1參數(shù)20設(shè)置串口波特率0xFF，0xE10x60，0x60PAR0，PAR01切換工作模式0xFF，0xE10x61，0x61PAR0，PAR02切換視頻輸入0xFF，0xE10x62，0x62PAR0，PAR03設(shè)定亮度0xFF，0xE10x63，0x63PAR0，PAR04設(shè)定對(duì)比度0xFF，0xE10x64，0x64PAR0，PAR05設(shè)定色飽和度0xFF，0xE10x65，0x65PAR0，PAR06設(shè)定活動(dòng)偵測(cè)靈敏度0xFF，0xE10x66，0x66PAR0，PAR07設(shè)定OSD功能0xFF，0xE10x67，0x67PAR0，PAR0PAR18發(fā)送JPG文件0xFF，0xE10x68，0x68PAR0，PAR0每個(gè)控制命令長(zhǎng)度為6個(gè)字節(jié)，前2個(gè)字節(jié)為幀頭，第4字節(jié)為命令碼，用來(lái)區(qū)分不同的命令，第6字節(jié)為命令參數(shù)，參數(shù)的值必須符合約定，否則該命令將被丟棄。第4字節(jié)是第3字節(jié)的重復(fù)，第6字節(jié)是第5字節(jié)的重復(fù)，用作校驗(yàn)。命令7除參數(shù)1外，還帶有可變長(zhǎng)度的第2參數(shù)。VC313 在處理命令時(shí)，如果又收到新的命令，則新的命令被暫存在接收緩沖區(qū)中，以等待執(zhí)行，接收緩沖區(qū)的容量是256字節(jié)，若緩沖區(qū)滿(mǎn)，則新到數(shù)據(jù)被丟棄。當(dāng)緩沖區(qū)中包含多條命令時(shí)，VC313總是按照接收的先后順序依次執(zhí)行。VC313執(zhí)行命令8：0xFF+0xE1+0x68+0x68+PAR0+PAR0之后，將向主機(jī)發(fā)送JPG文件，其中參數(shù)PAR0的值按位進(jìn)行設(shè)定，參數(shù)意義見(jiàn)表35所示。表35 VC313命令8參數(shù)Tab35 VC313 order 8 parameter位組功能說(shuō)明D2D1D0圖像分辨率D2D1D0的值圖像分辨率016012011761442320240335228846404805704576其它無(wú)效值D3顏色屬性D3的值彩色或黑白0黑白1彩色D6D5D4圖像壓縮比D6D5D4圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)0很差1差2好3好