基于ＧＳＭ短信平臺(tái)的油田輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：借助GSM的手機(jī)短信遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)油田輸油管道輸油狀況的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過(guò)手機(jī)短信完成油井端遠(yuǎn)端采樣量傳輸，同時(shí)進(jìn)行油庫(kù)端近端采樣，并通過(guò)串口發(fā)送近端采樣量到PC機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)近端采樣量的比較，將結(jié)果準(zhǔn)確及時(shí)地進(jìn)行反饋。其最大特點(diǎn)是遠(yuǎn)近端的采樣、傳輸和處理是全自動(dòng)的，給用戶提供了一個(gè)輕松的環(huán)境。

關(guān)鍵詞：GSM；手機(jī)短信；輸油狀況；采樣；遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖法分類號(hào)：TP278 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044(2008)27-2104-03

Design of Oilfield Pipeline Monitoring System Based on GSM SMS Platform

YU Ji-wu 1， XING Yuan-xiu 2

(1.Wuhan Vocational College of Software and Engineering， Wuhan 430033， China; 2.Wuhan University of Science and Technology， Wuhan 430081， China)

Abstract: In this paper， recurring to SMS platform of GSM， the transmission conditions of oil is monitored by remote monitoring technology. The far-ends sampling transmission of oil well is accomplished by SMS. At the same time the data of near-ends oil depot is sampled and transmitted to PC by serial port， and is compared with far-ends sampling data， the result is accurate and timely feedback. The most important characteristic of this system is that sampling data of far and near ends in sampling， transmitting and processing are all automatic. So it provides user with an ease interface.

Key words: GSM; SMS; oil transmission conditions; sample; remote monitor

近年來(lái)，社會(huì)上一些不法分子使用較先進(jìn)的通信交通工具和作案手段，瘋狂盜竊輸管線中的原油，原油泄漏事故頻繁發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染，影響管道運(yùn)行狀況和安全環(huán)境；同時(shí)隨著輸油管道使用年限的不斷增加，管道老化腐蝕泄漏對(duì)環(huán)境污染的問(wèn)題愈來(lái)愈突出，所以需要建立一個(gè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏并精確定位的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

基于GSM的油田輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用了覆蓋面廣、運(yùn)行可靠的GSM公用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的SMS（短信服務(wù)）或GPRS功能，實(shí)現(xiàn)輸油管線的監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)能及時(shí)掌握每條輸油管線和油井的信息，監(jiān)控油管的輸油狀況和油井的采油狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道的漏油、盜油及油井的故障，可免野外人工巡視輸油管線和油井的工作，提高各油區(qū)管理水

平。

1 GSM短信工作原理

在該系統(tǒng)中，PC機(jī)監(jiān)控軟件通過(guò)串口來(lái)讀取SIM卡中的監(jiān)控短信，主要利用GSM模塊中GSM07.05規(guī)定的AT指令集來(lái)實(shí)現(xiàn)，PC機(jī)通過(guò)串口向模塊收發(fā)一系列的AT命令就能達(dá)到控制GSM 模塊收發(fā)短消息的目的，常用的AT指令如表1所示。

目前GSM模塊對(duì)短消息的控制共有三種模式：Block Mode，基于AT命令的Text Mode，基于AT命令的PDU （Protocol Data Unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元）Mode。Block模式需要手機(jī)生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動(dòng)支持，使用Text模式收發(fā)短信代碼簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)十分容易，直接發(fā)原文就行，非ASCII碼也能發(fā)送，但需要手機(jī)支持才能正確顯示，限制了中文短信的應(yīng)用，而PDU模式不僅支持英文短信，也能發(fā)送中文短信，已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，這里我們同樣采用PDU模式進(jìn)行短消息的收發(fā)。

PDU模式收發(fā)短信時(shí)消息正文經(jīng)過(guò)十六進(jìn)制編碼后進(jìn)行傳送，可以使用3種編碼：7-bit、8-bit和UCS2編碼。7-bit編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符，8-bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，UCS2編碼適用于發(fā)送Unicode字符。中文短信息的實(shí)現(xiàn)需要將gb2312的中文編碼轉(zhuǎn)換為代碼頁(yè)為CP936的Unicode編碼，PDU數(shù)據(jù)格式中主要由短消息中心地址、文件頭字節(jié)、信息類型、目的地址、協(xié)議標(biāo)識(shí)、數(shù)據(jù)編碼方案、有效期、用戶數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和用戶數(shù)據(jù)組成，關(guān)于PDU數(shù)據(jù)格式和相關(guān)的AT指令集詳細(xì)請(qǐng)參閱ETSI GSM07.05標(biāo)準(zhǔn)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

基于GSM的油田輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)并以短信平臺(tái)為基礎(chǔ)的人機(jī)交互系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下具體目標(biāo)：（1）實(shí)現(xiàn)每個(gè)油井出油端油量采集及數(shù)據(jù)發(fā)送；（2）實(shí)現(xiàn)每個(gè)油井油庫(kù)進(jìn)油端油量采集及數(shù)據(jù)發(fā)送；（3）實(shí)現(xiàn)短信接收處理及油量檢測(cè)；（4）實(shí)現(xiàn)漏油報(bào)警；（5）實(shí)現(xiàn)控制采樣模式設(shè)置及歷史數(shù)據(jù)查看等操作。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示， 在油庫(kù)端，每個(gè)油道安裝了油庫(kù)進(jìn)油流量測(cè)量?jī)x，采樣間隔由單片機(jī)設(shè)定，把采樣信息通過(guò)串口或USB接口發(fā)送到監(jiān)控的PC機(jī)中，并同時(shí)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

油井出油流量測(cè)量?jī)x安裝在每個(gè)油井出油口處，根據(jù)PC機(jī)設(shè)置的采樣模式設(shè)置采樣定時(shí)，并把采樣數(shù)據(jù)根據(jù)采樣協(xié)議通過(guò)聯(lián)通或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到短信接收儀端。

當(dāng)短信接收儀有短信到達(dá)時(shí)，PC機(jī)對(duì)所讀到的短信進(jìn)行分析，對(duì)每個(gè)油井的油量進(jìn)行遠(yuǎn)近端的采樣比較，如果油量之差大于某給定的范圍，則進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警處理。

2.3 軟件結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)目標(biāo)，該系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分：油井出油流量測(cè)量?jī)x固件程序，油庫(kù)進(jìn)油流量測(cè)量?jī)x固件程序，PC機(jī)監(jiān)控軟件，操作系統(tǒng)，聯(lián)通移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)幾個(gè)部分。其中聯(lián)通移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)和操作系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，油井出油流量測(cè)量?jī)x固件程序和油庫(kù)進(jìn)油流量測(cè)量?jī)x固件程序完成對(duì)所流經(jīng)的石油進(jìn)行原始數(shù)據(jù)采集，并把所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。圖2說(shuō)明了各部分軟件結(jié)構(gòu)中的組成。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

3.1固件程序

固件程序是運(yùn)行在硬件電路板上的電路驅(qū)動(dòng)程序，擔(dān)任著一個(gè)系統(tǒng)最基礎(chǔ)最底層工作的軟件，其功能是控制硬件的動(dòng)作和與PC機(jī)的數(shù)據(jù)交換等。本系統(tǒng)中包括油井出油流量測(cè)量?jī)x固件程序和油庫(kù)進(jìn)油流量測(cè)量?jī)x固件程序兩部分。

油庫(kù)進(jìn)油流量測(cè)量?jī)x固件程序相對(duì)比較簡(jiǎn)單，主要利用89C52處理器對(duì)油庫(kù)端的油量進(jìn)行采樣處理，然后通過(guò)串口發(fā)送到PC機(jī)中。

這里主要介紹油井出油流量測(cè)量?jī)x固件程序。首先需要上電初始化硬件設(shè)備，之后檢測(cè)是否入網(wǎng)，不能入網(wǎng)則需重啟模塊，接著對(duì)系統(tǒng)工作進(jìn)行初始化，設(shè)置采樣模式（采樣模式為“00”～“07”，不同的數(shù)值代表不同的時(shí)間間隔），本文采用82C54進(jìn)行采樣計(jì)數(shù)，采樣頻率可高達(dá)12MHz，片內(nèi)包含3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)通道，每個(gè)計(jì)數(shù)通道有6種工作方式，可由程序設(shè)置和改變，所有的輸入／輸出電平信號(hào)都與TTL兼容 當(dāng)采樣間隔時(shí)間到達(dá)時(shí)固件程序轉(zhuǎn)入中斷處理，采樣數(shù)據(jù)通過(guò)GSM短信傳送到PC機(jī)，由于GSM手機(jī)短信在傳輸時(shí)是以16進(jìn)制的ASCII碼傳輸?shù)?，所以我們首先要定義通信協(xié)議，其中采樣通信協(xié)議：起始位（‘S’）＋采樣模式＋82c54采樣值＋采樣時(shí)間。下面的代碼說(shuō)明了如何進(jìn)行上電初始化硬件設(shè)備。

void InitSysterm()

{

PMR = PMR | 0x01; //要使用片內(nèi)SRAM

initTime();

TR0=1;

initport0();

initport1();

ET0 = 1;//允許T0中斷

EX0=1;

IT0=1;

EA = 1;

DYINFO = 0;//電源指示燈

JSDXINFO = 0;//接收短信指示燈

FSDXINFO = 0;//發(fā)送短信指示燈

CJSJINFO = 0;//采集數(shù)據(jù)指示

openphone();//開(kāi)機(jī)

JSDXINFO = 1;

FSDXINFO = 1;

CJSJINFO = 1;

watchdog();//啟動(dòng)看門狗

init_cal();//初始化時(shí)鐘

RDSmsStart=1; //讀短信列表計(jì)

ClockStart=1;//讀模塊時(shí)鐘

}

3.2PC機(jī)監(jiān)控軟件

PC機(jī)監(jiān)控軟件主要實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)接收并對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，把處理結(jié)果反饋給工作人員，并把采樣數(shù)據(jù)入庫(kù)，另外還可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端油井出油油量測(cè)量?jī)x的遠(yuǎn)程控制與維護(hù)，系統(tǒng)流程如圖3所示。

3.2.1數(shù)據(jù)接收處理

數(shù)據(jù)接收包括對(duì)遠(yuǎn)端油井出油流量和近端油庫(kù)進(jìn)油流量數(shù)據(jù)采集。近端油庫(kù)進(jìn)行定時(shí)采樣，每次采樣的結(jié)果通過(guò)串口發(fā)送到PC機(jī)中，并保存起來(lái)。遠(yuǎn)端油井的采樣間隔由PC機(jī)監(jiān)控軟件人為設(shè)定，當(dāng)采樣時(shí)間到達(dá)時(shí)，82C54把采樣結(jié)果通過(guò)短信發(fā)送到短信接收儀，由PC機(jī)監(jiān)控軟件通過(guò)串口進(jìn)行實(shí)時(shí)讀取，并根據(jù)雙方通信協(xié)議，分離出遠(yuǎn)端采樣數(shù)據(jù)。

當(dāng)PC機(jī)接收遠(yuǎn)端采樣數(shù)據(jù)完畢，則對(duì)遠(yuǎn)近端的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)，表明油道運(yùn)作正常，否則發(fā)出報(bào)警信息。

3.2.2遠(yuǎn)程控制

PC機(jī)監(jiān)控中心通過(guò)短信接收儀，再通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)使用短信對(duì)遠(yuǎn)端油井出油流量測(cè)量?jī)x進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)與監(jiān)控，可以確保監(jiān)控系統(tǒng)可用性。主要是進(jìn)行出油流量測(cè)量?jī)x的時(shí)間設(shè)定和設(shè)置系統(tǒng)采樣模式，時(shí)間設(shè)置短信協(xié)議格式為：起始位（WH01）＋ 時(shí)間（SSMMHHFFDDMMYY）（秒分時(shí)星期日月年），系統(tǒng)采樣模式短信協(xié)議格式為：起始位（WH02）＋SampleMode(2BYTE)＋SampleCyc(6BYTE或者8byte)。如果設(shè)置成功，測(cè)量?jī)x返回成功信息。

4 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)使用了全新的油田管理理念，系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)程端和近程端油量的接收及比較后，能準(zhǔn)確有效的得出監(jiān)測(cè)結(jié)果。實(shí)現(xiàn)縮短銷售周期、降低管理成本、增加收入、從而全面提升企業(yè)的贏利能力。本系統(tǒng)貼近實(shí)際需求，推動(dòng)企業(yè)的快速成長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曾慶波，孫華，周衛(wèi)宏.組態(tài)監(jiān)控軟件及其應(yīng)用技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005.

[2] 李元臣，劉維群.基于GSM模塊的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，28(6):90-92.

[3] 馬忠梅.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[4] 陳堅(jiān)，陳偉，等.Visual C＋＋網(wǎng)絡(luò)高級(jí)編程[M].北京:人民郵電出版社，2001.