【正文】 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。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(hù)通過(guò)串行口使用 AT 命令完成對(duì)模塊的 操作。 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/RS232 6 RS232 傳輸接口 UART2 2 內(nèi)部 軟件調(diào)試 BU 1 蜂鳴器 驅(qū)動(dòng)引腳 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè) 18 GPIO 6 常規(guī)用途 I/O Power On 1 啟動(dòng)引腳 LED Driver 1 二極 管驅(qū)動(dòng) 引腳 SIM 4 SIM 卡接口 VBATRF 3 電 源 輸入 VBATBB 1 電池輸入 Audio 7 音頻信號(hào)接 口 Keypad Interrupt 1 鍵盤(pán)中斷 BGND 10 地 ANT 1 天線 M23A GSM/GPRS 模塊支持外部 SIM 卡，可以直接和 的 SIM 連接，模塊能自動(dòng)檢測(cè)和適應(yīng) SIM 卡類(lèi)型。在接口座上各引腳的編號(hào)及位置如圖 37 所示。 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。 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。 （ 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Inter 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。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 Inter 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。 （ 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。 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。 GPRS 模塊選型 GPRS 技術(shù)把 Inter 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。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。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。使用該方案的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的穩(wěn)定性，并且速度上較普通 ADSL 更快些 ， 缺點(diǎn)是費(fèi)用稍高，具體情況請(qǐng)咨詢(xún)當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)服務(wù)商。但是每次連上 Inter 后數(shù)據(jù)中心獲得的公網(wǎng) IP 地址都不一樣，所以在 GPRS 數(shù)據(jù)采集終端 中無(wú)法直接設(shè)置目標(biāo) IP 來(lái)連接數(shù)據(jù)中心。 （ 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(zhuān)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。 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。網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn) GGSN 支持與外部分組交換網(wǎng)的互通，并經(jīng)由基于 IP的 GPRS 骨干網(wǎng)和 GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn) SGSN 連通。 GPRS 是在原 有的基于 電 路交換數(shù)據(jù)業(yè) 務(wù) CSD（ Circuitswitched data services） 方式的 GSM（ Global System of Mobile munication） 網(wǎng)絡(luò)上引入了 兩個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) [ 24]： GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn) SGSN（ Serving GPRS Suport Node） 和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn) GGSN（ Gateway GPRS Suport Node）。有了 GPRS，用戶(hù)的呼叫建立時(shí)間大大縮短，幾乎可以做到 “ 永遠(yuǎn)在線 ” 。 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)。 （ 2） GPRS 概述 GPRS 是通用無(wú)線分組業(yè)務(wù) General Packet Radio System 的縮寫(xiě)， 是在現(xiàn)有 GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù) [ 21]，是 GSM 網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信演進(jìn)過(guò)程中的過(guò)渡技術(shù)。 GPRS 作為目前和將來(lái)大規(guī)模發(fā)展的一種組網(wǎng)方式，具有分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放式特點(diǎn)，在工業(yè)控制、環(huán)境保護(hù)、水利水文監(jiān)測(cè)、報(bào)警等領(lǐng)域中得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用 [19] [20]。 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 。 GPRS 接入等待時(shí)間短，可快速建立連接，平均耗時(shí)為兩秒 。系統(tǒng)具有自動(dòng)恢復(fù)功 能 ，在 GPRS 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不穩(wěn)定的情況下，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，而無(wú)需人工干預(yù) 。 ? 可靠性強(qiáng) 。 ? 通信鏈路由運(yùn)營(yíng)商維護(hù) 。 ? 組網(wǎng)簡(jiǎn)單 。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最大可以高達(dá) 170Kbps，速度的高低取決與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的設(shè)置。 用戶(hù)可以保持一直在線，只有在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候占用資源并進(jìn)行付費(fèi)，改變以往按連接時(shí)間計(jì)費(fèi)的方式，這將節(jié)約用戶(hù)資費(fèi)。 即用戶(hù)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。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) 。 3） 基于 GSM 短消息的數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是傳輸頻帶較寬，通信容量較大 ， 除了交每年的占頻費(fèi)外，平時(shí)運(yùn)行無(wú)需格外費(fèi)用。 2） 無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)。 表 31 各數(shù)據(jù)傳輸方式的 比較 Tab31 Comparison of various data transmission modes 電話線撥號(hào) 無(wú)線數(shù)傳電臺(tái) 短消息 GPRS 模式 覆蓋范圍 窄 20Km 較寬 較寬 通信速率 56Kbps 160 字節(jié) /包 ~ 建設(shè)成本 高 高 較低 較低 運(yùn)行費(fèi)用 高 一般 較高 較低 實(shí)時(shí)性 差 差 差 高 可靠性 一般 低 一般 較高 相比于 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模式，其它 各通訊方式的 優(yōu)缺點(diǎn) 如下 [16]： 1） 電話線撥號(hào) 。 目前 常用 有線和無(wú)線 的通 信 方式 主要 有： 電話線撥號(hào) 、無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)、基于 GSM 短消息的數(shù)據(jù)傳輸、基于 GPRS 的數(shù)據(jù)傳輸?shù)确绞健? 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè) 12 系統(tǒng) 開(kāi)發(fā) 涉及的相關(guān) 內(nèi)容 GPRS 網(wǎng)絡(luò) （ 1）幾種通信方式的比較 按傳遞信息的媒質(zhì)不同，通信可分為兩大類(lèi) [ 15]。 綜上所述， 整個(gè) 系統(tǒng) 方案 能夠滿(mǎn)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。 本系統(tǒng)中 應(yīng)用了 紅外線 傳感器和 攝像設(shè)備， 當(dāng)紅外線傳感器被觸發(fā)有警情出現(xiàn)時(shí)， 攝像設(shè)備 拍攝井場(chǎng)附近的圖片，為日后辦 案提供證據(jù)，這樣可有效打擊盜油犯罪分子，從而減少或杜絕偷盜油現(xiàn)象，提高經(jīng)濟(jì)效益。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)。 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 液 位 測(cè) 量 方 法接 觸 測(cè) 量 法非 接 觸 測(cè) 量 法靜壓式電容式電感式稱(chēng)重式浮沉式光電式超聲波r射線激光線紅外線 圖 34 液位測(cè)量方法 Fig34 Level measuring method 隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，非接觸測(cè)量法 中的 浮沉式的測(cè)量方法 因 機(jī)械部分 不便于維修和更換，現(xiàn)在很少會(huì)使用它，熱感式、電感式和稱(chēng)重式測(cè)量方法，因精度和應(yīng)用范圍的限制，不具備通用性，多用于小型 油罐 上。 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。 I n t e r n e t 網(wǎng) 絡(luò)打 印 機(jī)監(jiān) 控 中 心 服 務(wù) 器U S B固 定 I P 地 址 圖 33 監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)框圖 Fig33 Control center structure diagram 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用了 數(shù)據(jù)中心申請(qǐng)固定的公網(wǎng) IP 的方式， 采用該方式對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用影響不大，但卻可提高通信質(zhì)量，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴１O(jiān)控中心通過(guò)固定的 IP 地址接入 Inter 網(wǎng)絡(luò)，從網(wǎng)絡(luò)上接收 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端傳輸來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。 關(guān)于 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端各個(gè)部分電路的設(shè)計(jì)，后面章節(jié)有詳細(xì)介紹 。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。 監(jiān) 測(cè) 終 端監(jiān) 測(cè) 終 端監(jiān) 測(cè) 終 端監(jiān) 測(cè) 終 端移 動(dòng) G P R S 網(wǎng) 絡(luò)I n t e r n e t 網(wǎng) 絡(luò)監(jiān) 控 中 心儲(chǔ) 油 罐儲(chǔ) 油 罐儲(chǔ) 油 罐儲(chǔ) 油 罐 圖 31 系統(tǒng)總體結(jié) 構(gòu)框圖 Fig31 Overall system structure diagram 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端的結(jié)構(gòu) 根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)終端的功能 需求 ， 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖32 所示。由于采油現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)油罐數(shù)量眾多，各個(gè)井場(chǎng)分布也很分散，整個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用 GPRS無(wú)線通信 網(wǎng)絡(luò) ，將計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心和各個(gè) 遠(yuǎn)程 監(jiān)控終端聯(lián)系起來(lái)。 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 整個(gè)系統(tǒng)分為 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端和計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心兩個(gè)部分。 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 。 （ 4）操作、維護(hù)的簡(jiǎn)便性原則 根據(jù)簡(jiǎn)便性原則，產(chǎn)品設(shè)計(jì)要便于操作 。 （ 3） 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 模塊化結(jié)構(gòu)的硬件產(chǎn)品使系統(tǒng)配置靈活，緊湊簡(jiǎn)便，易于升級(jí) 和 維護(hù)。 （ 2）先進(jìn)性和實(shí)用性原則 系統(tǒng)從分布式油田的實(shí)際需求出發(fā)， 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端既可單機(jī)運(yùn)行，也可以與 計(jì)算機(jī) 監(jiān) 控 中心 聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。 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)。 無(wú)線通信范圍 GPRS：在移動(dòng)基站覆蓋的地域 。 （ 2） 外部 開(kāi)關(guān)量 電平輸入 ： 高電平 16V~24V，低電平 0V~8V。 測(cè)量參數(shù)及要求 本系統(tǒng) 監(jiān)測(cè) 的 物理量 共三種 ，分別是 模擬 量 信號(hào) 、開(kāi)關(guān)量 信號(hào) 和視頻信號(hào)。 （ 2） 溫濕度變化范圍大?？纱蛴〉膬?nèi)容包括各種報(bào)表、統(tǒng)計(jì)圖表、趨勢(shì)曲線 等 各種表格。 （ 5）打印功能。 （ 4）報(bào)表功能。 （ 3）顯示功能。 （ 2）