基于GSM短消息的油罐区监控系统

1 引言
    油品灌区监控系统是油库储备公司的基本组成部分。目前大多数油品罐区普遍存在技术落后、自动化水平低、手工作业等问题。因此，为了适应市场竞争要求，提高灌区安全运行，开发一种新型基于ARM7和GSM短消息的油罐监控系统。该系统设计利用ARM7丰富的外围模块、强大的管理功能和控制能力，以及GSM的网络覆盖面广、用户投资小、运营费用少等优点，将采集数据以短消息方式有效传给监控中心，再由控制中心处理数据并建立数据文件，从而解决油品灌区现场数据的传输和决策指令的发送问题。

2 系统总体结构设计
    图1为基于GSM的油罐区远程监控系统总体结构，它由测控单元、GSM无线网络和监控中心构成。测控单元以微处理器LPC2119为核心，同时采集罐区内的多个油罐压力和温度信号，并分别遵循HART协议和RS485通信方式传给罐区主控单元。LPC2119将采集的数据运算，求得实际油罐的储油量和温度，并与已设定值比较，若超出整定范围，启动阀门、喇叭报警，液晶模块并显示故障信息。GSM短消息收发器将采集的数据压缩打包后，经GSM短消息信息中心转发到监控中心的GSM短消息收发器。接收数据并处理后，建立数据文件，并显示对应各油罐的储油量和各品种油的总量。

3 系统硬件电路设计
3．1 数据采集模块
    数据采集模块采集液体的压力和温度。压力采集用1151系列压力变送器，直接检测油罐内压力。压力变送器输出4~20 mA电流，选用1％精度的电阻转换成电压，通过多路开关CD4067循环测量32路压力，遵循HART协议传至LPC2119。选用数字温度传感器18820，将温度值通过RS485接口通信传输给LPC2119。该电路接口简单，温度范围满足系统要求。
3．2 SIM300无线模块
    SIM300无线模块选用SIMCOM公司推出的GSM／GPRS三频模块。该模块具有标准的AT命令接口，可提供语音传输、短消息和GPRS无线上网业务。SIM300集成完整的射频电路、GSM的基带处理器和强大的TCP/IP协议栈。其主要特点：单电源供电；工作于三频模式900／1 800／1 900 MHz；支持文本和PDU模式的短消息；支持多时隙GPRS功能；支持语音和传真。本系统利用SIM300的短消息功能，实现与监控中心的通信。图2为SIM300模块硬件电路。

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    SIM300高电平启动，启动完成后不再起作用。复位信号低电平有效，低电平脉冲宽度应不小于100 ms。实际应用中，将20 kΩ电阻接在电源与RESET引脚之间，用一只0．1μF电容接地，电源连接端通过开关按钮控制。GSM通信使用SIM卡作为身份标志，SIM卡上的SIM_RST、SIM_I／O、SIM_CLK、SIM_CLK、SIM_VCC和GND通过SIM卡阅读器与SIM300同名端直接相连。目前移动运营商所提供的SIM卡均无SIM I／O引脚，在设计电路时将该引脚接一个10 kΩ电阻与SIM_VCC相连。SIM_I／O引脚检测卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡时，该引脚置为高电平，系统进入正常状态。SIM300的SIM卡电路加入22 Ω串联匹配电阻，在SIM DATA引脚上加10 kΩ的上拉电阻，若进行SIM卡检测，在SIM_PR引脚上加100 kΩ的上拉电阻。设计SIM卡的引线不能太长，因为SIM_DATA和SIM_CLK两引脚易受干扰。图2中SP207用于电平转换，SIM300通过SP207与LPC2119连接，也可与PC机相连。该系统设计还包括阀门驱动、报警、液晶按键、JTAG接口、电源及复位电路等模块。

4 系统软件设计
4．1 短消息通信协议
    SIM300模块与LPC2119之间通过标准RS232串行接口通信，通信协议是AT指令集。AT命令以‘AT+’开头，以回车结尾，每个命令执行成功与否都有相应的返回，其他一些非预期的信息将提示对应信息，接收端根据接收信息进行相应处理。本系统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 测控模块
    测控模块软件采用C语言编写。短消息的发送和接收都是通过串口完成，发送短消息时必须转换为字节数组，以数据包形式发送；接收短消息通过实时监控串口实现，将接收到的信息进行及时处理。图3为短消息的发送和接收流程。

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4．3 监控模块
    系统监控模块软件设计基于Visual Basic、SQL Server和Office Aceess软件编写，该模块能实时跟踪现场油罐的液位、压力、温度等状态，实现自动化管理，完成单灌图形显示(图4)的群灌图形显示、表格显示、手工计量、报警记录显示、报表打印等功能。

5 实验结果
    实验结果表明：采用GSM短消息数据传输模式，能有效解决传统的使用有线传输受环境干扰影响大、传输大量数据时出错率高、传输距离短等方面的不足，而且GSM具有网络覆盖面广、用户投资小、运营费用少等优点，能够实现系统远程监控功能。

6 结论
    采用GSM短消息完成现场数据采集和监测终端与控制中心的通信，将ARM7的强大管理能力和GSM短消息相结合，采用模块化设计，简化硬件电路设计，提高系统性能。需注意的是：由于每条SMS信息不能超过160个英文字母或70个汉字。对于稍长的短消息，SMS必须把信息分割为数条传输，否则将导致数据丢失。