??? 摘　要：首先介紹和分析了管道運輸防盜預(yù)警技術(shù)，在此基礎(chǔ)上給出了系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)和解決方案，并描述了系統(tǒng)的組成和各部分的主要功能；介紹了對偷盜信號信息的采集和處理的方法，利用AT指令控制TC35i模塊，從而實現(xiàn)SMS短消息收發(fā)的方法；又介紹了可編程控制部分的設(shè)計和終端PC通過GSM MODEM接收SMS的實現(xiàn)界面。該方案利用了可編程的典型應(yīng)用、串口通信技術(shù)、TC35i、GSM MODEM、SMS等內(nèi)容。
??? 關(guān)鍵詞：管道；防盜；可編程；TC35i；GSM MODEM；SMS；AT指令

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??? 隨著國內(nèi)石油制品需求的日益增長和國際市場石油價格的不斷攀升，不法分子盜竊國家油料而牟取暴利的現(xiàn)象時有發(fā)生。每年油田都有大量的油料被盜，造成國家財產(chǎn)的巨大損失；輸油管線被破壞后外漏的油料污染大片的農(nóng)田，給人民的生活生產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重的威脅。
??? 由于輸油管道所處的地域復(fù)雜多樣，加之犯罪分子的狡猾，常規(guī)的人防手段很難有效地遏制犯罪分子的破壞。因而及時、迅速發(fā)現(xiàn)管道泄漏并準(zhǔn)確判定泄漏點成為管線平穩(wěn)安全運行的重要保障。而目前的監(jiān)控系統(tǒng)中，對于偏僻地區(qū)、遠距離、大范圍一類的越界報警，普遍面臨著監(jiān)控范圍難以滿足要求、信號傳送和處理要求高、造價昂貴等諸多困難。如果在管道防盜預(yù)警系統(tǒng)中，構(gòu)建一個短信平臺，在發(fā)生偷盜等事件后，將自動獲取事件發(fā)生的地點、事件的性質(zhì)等，以短信的形式發(fā)送給總控制中心及相關(guān)人員，應(yīng)該是實現(xiàn)預(yù)警的一種有效途徑。
1 基于GSM網(wǎng)絡(luò)的SMS傳輸原理
1.1? GSM系統(tǒng)概述
??? GSM是第二代無線數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，是第一個數(shù)字移動通信系統(tǒng)。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，世界上首次對蜂窩移動通信系統(tǒng)—GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制方式、網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)內(nèi)容作了規(guī)定。
1.2? GSM短信業(yè)務(wù)
??? 短信業(yè)務(wù)SMS(Short Message Service)是GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)提供給用戶的一種補充數(shù)字業(yè)務(wù)，它通過無線控制信道進行傳輸，允許GSM手機和基站在傳送正常語音業(yè)務(wù)時，經(jīng)短信業(yè)務(wù)中心完成存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能，每個短信的信息量限制為140個8位組。在GSM系統(tǒng)中，短信業(yè)務(wù)是唯一不需要建立端到端路徑的業(yè)務(wù)，即使移動臺已處于電路通信狀態(tài)，短信傳輸仍然可以進行。
1.3? 短信編碼模式
??? 為了控制和實現(xiàn)短信服務(wù)，GSM協(xié)議中提供了3種短信的編碼模式，它們分別為BLOCK模式(二進制格式)，TEXT模式(文本格式)和PDU模式(協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式)，其特點分別為：
??? (1)BLOCK模式比較復(fù)雜并且不直觀，不適合實際應(yīng)用，現(xiàn)在使用比較少。
??? (2)TEXT模式是一種利用文本信息控制移動臺短信功能的接口協(xié)議，它主要用AT命令集完成對移動臺的操作，即設(shè)置
??? AT+CMGF=1
??? AT+CMGS=子站GSM號碼
??? >[TEXT DATA]
并且這些操作都是文本信息，比較直觀易懂，操作方便，因此現(xiàn)在主要使用它來操作移動臺。
??? (3)PDU模式也是采用AT命令集來控制移動臺的短信功能，但它有一個鮮明的特點，就是：在AT命令的數(shù)據(jù)段中直接采用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)，這樣就可用一條指令完成整個短信的處理。相比TXT模式，此模式支持不同的編碼格式。而當(dāng)短信內(nèi)容比較簡單(如ASCII碼)時，相比TXT模式，此模式的編碼方式就顯得繁瑣。
1.4? AT指令用法與常用的AT指令
??? 指令用法：在指令后面加“？”，會返回當(dāng)前設(shè)置的信息。例如輸入AT+CASA?會返回當(dāng)前的短信中心碼。
??? 在指令后面加“=？”，會返回可以設(shè)置選項的參數(shù)。例如輸入AT+CNMI=?會返回有關(guān)接收到短信息的相關(guān)設(shè)置的參數(shù)選項。
??? 主要用到的AT指令有：
??? (1)指令格式：AT
??? 返回信息：OK；
??? 說明：測試終端連接是否正確，如果正確返回OK。
??? (2)指令格式：AT+CMGL=
??? 返回信息：根據(jù)所選擇的模式返回不同狀態(tài)的短信息數(shù)據(jù)串；
??? 功能：列出所有指定狀態(tài)的短信數(shù)據(jù)。
??? 參數(shù)說明：
??? 0——返回所有未讀短信，并且執(zhí)行后所有未讀短信變成已讀；
??? 1——返回所有已讀短信；
??? 2——返回所有草稿；
??? 3——返回所有存儲的已發(fā)送的短信；
??? 4——返回所有短信。
??? (3)指令格式：AT+CMGR=
??? 返回信息：返回指定索引好的短信數(shù)據(jù)串；
??? 功能：獲得指定索引號的短信息數(shù)據(jù)串。
??? (4)指令格式：AT+CMGF=
??? 返回信息：OK；
??? 功能：設(shè)置短信息模式0為PDU模式；1 為TEXT模式。
??? (5)指令格式：AT+CSCA=
??? 返回信息：+CSCA：“”，145；
??? 功能：設(shè)置短信息中心號碼為。
??? (6)指令格式：AT+CMGD=
??? 返回信息：OK；
??? 功能：刪除指定索引號的短信息。
??? (7)指令格式：AT+CMGS
??? 功能：發(fā)送短信息。
??? 在TEXT模式下：使用方法為輸入AT+CMGS=<對方電話號碼>+回車。然后提示“>”時輸入要發(fā)送的內(nèi)容(只能是英文、數(shù)字和符號，即ASCII必須在0~127之內(nèi))，然后按Ctrl+Z發(fā)送。如果發(fā)送成功顯示OK，發(fā)送失敗顯示ERROR。
??? 在PDU模式下：使用方法為AT+CMGS=+回車。然后提示“>”時候輸入要發(fā)送的PDU數(shù)據(jù)串，然后按Ctrl+Z發(fā)送。如果發(fā)送成功顯示OK，發(fā)送失敗顯示ERROR。
2? TC35i及GSM MODEM
??? 目前，國內(nèi)常用的GSM模塊有Falcom的A2D系列、Wavecome的WM02系列、西門子的TC35系列、愛立信的DMIO/DM20系列、中興的ZXGM18系列等，這些模塊的功能及用法差別不大。本設(shè)計模塊選用西門子TC35系列的TC35i，GSM MODEM使用的核心模塊也是TC35i。
2.1? TC35i模塊主要特點
??? TC35i是德國西門子(SIEMENS)公司新推出的無線模塊，用來更新前期的TC35模塊。功能上與TC35兼容，設(shè)計緊湊，能大大縮小用戶產(chǎn)品的體積。TC35i與GSM2/2+兼容、雙頻(EGSM900/GSM1800)、RS232數(shù)據(jù)口、符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM07.07和GSM07.05，且易于升級為GPRS模塊；該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短信和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計^[1]。
2.2?? TC35i模塊對外接口
??? TC35i通過40針的零插拔力插座ZIF(Zero Insertion Force)接口對外聯(lián)系。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。其中重點是數(shù)據(jù)輸入/輸出接口。
??? TC35i的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口是一個串行異步收發(fā)器。它符合ITU-TRS232接口標(biāo)準(zhǔn)，有固定的參數(shù)：8 bit數(shù)據(jù)位和1 bit停止位，無校驗位，波特率在300 b/s~230 400 b/s之間，硬件握手信號用RTSO/CTSO，軟件流量控制用XON/OFF，CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。
??? 由于TC35i的串行口采用CMOS電平(高電平2.65 V)。而PC機或者單片機的串口輸出的是RS232電平和TTL電平，因此需要進行電平轉(zhuǎn)換。
3? 基于TC35i的預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)
3.1? 監(jiān)測點系統(tǒng)
??? 監(jiān)測點系統(tǒng)用于短距離有限范圍內(nèi)的管道監(jiān)控，以便對管道盜竊進行報警?？傮w思路如下：該系統(tǒng)采集到偷盜聲音信號后，通過放大、濾波、幅度比較判斷其是否為打鉆聲音，若同時采集到振動信號則向報警信息發(fā)送部分發(fā)送高電平脈沖。然后，報警信息發(fā)送部分通過可編程控制TC35i模塊發(fā)送內(nèi)容為該監(jiān)測點代碼的短信息至總控制臺及相關(guān)人員。
3.1.1 信號采集部分
??? 聲音信號采集部分，采用駐極體電容式傳聲器，其較靈敏，安裝在管道上可以收到1km以內(nèi)人為的在管道上的電鉆聲音信號，并把聲信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?；振動信號采集部分采用ND-1振動傳感器，也可以檢測到1km以內(nèi)的振動信號，并輸出直流電壓信號，經(jīng)外部元件電流放大后，可驅(qū)動報警器或繼電器，并受內(nèi)部定時器控制，具有報警一段時間后自動復(fù)位的功能。
3.1.2? 信號處理部分
??? 聲音信號處理部分，把從聲波傳感器輸出的電信號進行放大，根據(jù)先前對偷盜信號的分析是否檢測到高電平，可以了解管道鉆擊信號的頻率和幅度，則可將放大后的信號進行濾波及幅度比較，從而提取出偷盜信號。此外，應(yīng)用時參數(shù)還需根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)定，以提高其準(zhǔn)確度。為了將信號利用至報警信息發(fā)送部分，此輸出還需經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。同時，振動部分的直流電壓信號也應(yīng)用于此電路中。當(dāng)同時有聲波信號和振動信號的兩個高電平時，信號處理部分才會輸出一高電平的脈沖。其系統(tǒng)框圖如圖1所示^[2]。

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3.1.3? 報警信息發(fā)送部分
??? 可編程控制TC35i模塊，當(dāng)檢測到信號采集及處理部分輸出為高電平脈沖時，會發(fā)送一條內(nèi)容為該監(jiān)測點代碼的短信息至總控制臺。模塊框圖如圖2所示，核心代碼流程圖如圖3所示。

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??? 本課題研究將可編程技術(shù)，串口通信技術(shù)及GSM技術(shù)相結(jié)合，結(jié)合傳感探測裝置組成的監(jiān)控設(shè)備共同組成了一套防盜預(yù)警系統(tǒng)。具體地說，該系統(tǒng)實現(xiàn)了可編程與TC35i的串口通信，以及電腦控制與GSM MODEM收發(fā)短信息的功能。
??? 把GSM短信業(yè)務(wù)應(yīng)用于防盜預(yù)警系統(tǒng)之中，充分利用了GSM 網(wǎng)覆蓋廣、抗干擾能力強、實現(xiàn)無線傳輸、費用較低的特點，是對現(xiàn)有的基于有線網(wǎng)絡(luò)的消防監(jiān)控系統(tǒng)的有效補充。利用手機短信實現(xiàn)實時報警是實現(xiàn)無人值守的一種新技術(shù)支持。
參考文獻
[1]?Siemens. TC35i Siemens Cellular Engine. 2005.9.
[2]?童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京: 高等教育出版社，2003.
[3]?王振紅.VHDL數(shù)字電路設(shè)計與應(yīng)用實踐教程[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社，2006.