基于SMS短信報(bào)警的石油機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)

        油田采油機(jī)井較為分散，為集中管理帶來(lái)很大問(wèn)題，采用有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)成本較高且不易維護(hù)。而SMS短信業(yè)務(wù)的開(kāi)通解決了這一問(wèn)題。利用由 和單片機(jī)組成的基于SMS短信報(bào)警的石油機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了油田的無(wú)線(xiàn)監(jiān)控，為油田的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)提供了保障，該系統(tǒng)具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和較高的應(yīng)用價(jià)值。        

        油田監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

        監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)壓力流量傳感器組成，完成對(duì)抽油機(jī)井生產(chǎn)過(guò)程中相關(guān)參數(shù)的測(cè)量，測(cè)得的數(shù)據(jù)與設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，判定是否正常，如果發(fā)生異常，則單片機(jī)通過(guò)串口與RS232相聯(lián)的MODE ，將數(shù)據(jù)以手機(jī)短信方式發(fā)送到與油田監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)相連的MODEM，計(jì)算機(jī)讀取短信到計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)中，同時(shí)也將數(shù)據(jù)以手機(jī)短信的方式發(fā)送單位相關(guān)管理人員手機(jī)上，已便及時(shí)處理。此外，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還可提供短信查詢(xún)功能。相關(guān)管理人員可以向單片機(jī)上制定的MODEM發(fā)送約定的命令進(jìn)行查詢(xún)，查詢(xún)內(nèi)容包括系統(tǒng)當(dāng)前工作是否正常、是否掉電、是否被人為破壞等。

        1、短信消息功能

        GSM短信消息服務(wù)業(yè)務(wù)SMS(SHORT Message Service)是GMS系統(tǒng)提供給用戶(hù)的一種數(shù)字業(yè)務(wù)。它與話(huà)音傳輸及傳真一樣同為GMS數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供的主要電信業(yè)務(wù)。SMS的收發(fā)占用的是GSM網(wǎng)絡(luò)的信令信道，不會(huì)占用普通話(huà)音信道，而且它是雙向通信，具有一定的交互能力;SMS具有較高的可靠性，短消息發(fā)送端的用戶(hù)可知道短消息是否已達(dá)到手機(jī)端。由于短消息依靠了SMSC短消息服務(wù)中心的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，當(dāng)接收端用戶(hù)關(guān)機(jī)或不在服務(wù)區(qū)內(nèi)時(shí)，SMSC會(huì)暫時(shí)保存該短消息：如果接收端用戶(hù)在規(guī)定時(shí)間(通常為24H)內(nèi)重新處于工作狀態(tài)， SMSC會(huì)立刻發(fā)送短信給接收端用戶(hù)，當(dāng)發(fā)送成功時(shí)會(huì)返回發(fā)送端用戶(hù)一個(gè)確認(rèn)信號(hào)。 SMS充分利用了GMS網(wǎng)絡(luò)的直放站覆蓋廣的特點(diǎn)和全程全網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，具有極佳的移動(dòng)性，使得任何一個(gè)申請(qǐng)了短消息服務(wù)的GSM無(wú)線(xiàn)終端用戶(hù)在全程全網(wǎng)范圍內(nèi)獲得服務(wù)。每個(gè)短消息限制140個(gè)8位組(7bit 編碼)140個(gè)英文字節(jié)或70個(gè)文字符號(hào)。如果超過(guò)此長(zhǎng)度，則要分多次發(fā)送。

        1.2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成

        數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、單片機(jī)、 A/D轉(zhuǎn)換器以及有無(wú)線(xiàn)通信的GSM MODEM構(gòu)成。該部分完成通過(guò)傳感器將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，再由A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)進(jìn)行讀取讀取的數(shù)據(jù)通過(guò)定標(biāo)轉(zhuǎn)換為被測(cè)機(jī)井的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)并與預(yù)存的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行比較，判定是否正常，如果異常，則將數(shù)據(jù)以短信方式發(fā)送到與油田監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)相連的手機(jī)上，再由監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)讀取到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)的管理系統(tǒng)中。同時(shí)為了便于管理，要將異常數(shù)據(jù)以手機(jī)短信方式發(fā)送到預(yù)設(shè)號(hào)碼的相關(guān)管理人員手機(jī)上通知進(jìn)行及時(shí)處理。

        2、發(fā)送短信原理

        系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵和主要難點(diǎn)是手機(jī)的短消息接口開(kāi)發(fā)。手機(jī)短消息的開(kāi)發(fā)主要包括手機(jī)短消息的用戶(hù)數(shù)據(jù)區(qū)編碼和解碼、通信模式設(shè)定和聯(lián)機(jī)測(cè)試、短消息的收發(fā)、收發(fā)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵命令的模式匹配等。手機(jī)接口開(kāi)發(fā)主要利用由愛(ài)立信、摩托羅拉共同提出的AT指令集。 AT指令是基于字符的命令結(jié)構(gòu)，有TEXT模式和PDU模式，還有早期使用的BLOCK模式。我們主要使用PDU模式。PDU模式是基于字符的，準(zhǔn)確地說(shuō)，是基于十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)和代碼，經(jīng)過(guò)編碼，所以無(wú)法直接讀懂。因此發(fā)送短信時(shí)需要編碼，接受短信時(shí)需要解碼，這是開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)。

        2.1、短消息PDU格式分析及實(shí)用的AT命令

        發(fā)送和接收SMS信息有2種方式:基于AT命令的TEXT MODE(文本模式)和基于命令的PDU(Protocol Description Unit)模式。西門(mén)子的手機(jī)大多只支持PDU模式。在PDU模式下，短消息正文經(jīng)過(guò)編碼后轉(zhuǎn)換成UNICODE碼被傳送。由于我們采用的是西門(mén)子的TC35手機(jī)模塊，所以主要探討PDU模式的發(fā)送和接收。

        下面通過(guò)對(duì)發(fā)送的短消息格式分析，來(lái)介紹SMS PDU的數(shù)據(jù)格式。假設(shè)準(zhǔn)備發(fā)送中文本短信內(nèi)容為“晚上好123"，則將“TC35T與計(jì)算機(jī)的串行口相連，并打開(kāi)計(jì)算機(jī)的超級(jí)終端，按如下具體操作過(guò)程發(fā)送短消息(帶下劃線(xiàn)字符為響應(yīng)信息，{}

        內(nèi)為注釋):

        AT

        OK什十算機(jī)與手機(jī)連接成功，這時(shí)就可以輸入各類(lèi)GSM AT指令}

        AT+CNMI=1，1，2

        OK股置收到短消息提示}當(dāng)模塊收到短消息時(shí)，給出回應(yīng):

        例如:+ CMTI : " SM”， 4

        AT+CMGF=0

        OK{設(shè)置模塊工作的模式:0為PDU模式，1為文本模式}

        AT + CMGS二26{發(fā)送短消息的字節(jié)數(shù)}

        >08916831082009050 0103 091

        6831993125239 3208 OC

        665A4EOA597 D003100320033//鍵入Ctrl + Z，看到提示符一>出現(xiàn)在最后一個(gè)數(shù)字后面，說(shuō)明系統(tǒng)已經(jīng)收到了命令，系統(tǒng)會(huì)返回操作的結(jié)構(gòu)。

        OK {OK表示成功，ERROR表示發(fā)送失敗}

        +CMGS:32

        下面分析出條信息：

        08表示短消息中心地址長(zhǎng)度:

        91表示短消息中心號(hào)碼類(lèi)型:

        68310820905 FO表示發(fā)送短消息的編碼方式;

        OD表示目標(biāo)地址長(zhǎng)度;

        91表示目的地址類(lèi)型;

        68313904152329表示目的地址，既接收端消息的手機(jī)號(hào)碼為:13904152329;

        3208表示發(fā)送中心字符方式:

        oc表示短消息長(zhǎng)度;

        665 A4 EOA59 D003100320033表示發(fā)送種文字符的

        UNICODE碼

        665A{晚}4EOA{上}597 D{好}0032 {2)0033 {3}。

        以下是模塊接收信息的分析:

        AT + CMGR = < Index >{閱讀短消息的內(nèi)容，Index表示短消息存放的位置}

        AT + CMGL = < Stat > &lJ表短信息:stat = 0，列為度08表示短消息中心地址長(zhǎng)度:

        91表示短消息中心號(hào)碼類(lèi)型:

        68310820905 FO表示發(fā)送短消息的編碼方式;

        OD表示目標(biāo)地址長(zhǎng)度;

        91表示目的地址類(lèi)型;

        68313904152329表示目的地址，既接收端消息的手機(jī)號(hào)碼為:13904152329;

        3208表示發(fā)送中心字符方式:

        oc表示短消息長(zhǎng)度;

        665 A4 EOA59 D003100320033表示發(fā)送種文字符的UNICODE碼

        665A{晚}4EOA{上}597 D{好}0032 {2)0033 {3}。

        以下是模塊接收信息的分析:

        AT + CMGR = < Index >{閱讀短消息的內(nèi)容，Index表示短消息存放的位置}

        AT + CMGL = < Stat > &lJ表短信息:stat = 0，列為度過(guò)的信息;Stat = 4，列所有的消息}

        + CMGL: 1, 2, 24 {I表示信息個(gè)數(shù)，2表示為發(fā)信息，24表示信息總?cè)萘縸

        AT + CMGD = < Index >姍U除短消息，Index表示短消息存放的位置}

        OK{刪除成功}

        3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件

        數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件主要包括數(shù)據(jù)采集、校正、短信報(bào)警等功能。將抽油機(jī)井的壓力、流量、溫度等物理量轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后由單片機(jī)讀出數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)通過(guò)定標(biāo)、補(bǔ)償就得到機(jī)井的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。該參數(shù)與中心存儲(chǔ)的預(yù)定數(shù)值進(jìn)行比較，判斷是否正常，如果異常，則要求系統(tǒng)通過(guò)手機(jī)短信方式發(fā)送到與油田監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)相聯(lián)系的MODEM上以及單位相關(guān)管理人員的手機(jī)上。

        3.1、主程序

        將數(shù)據(jù)以短信方式發(fā)送到目標(biāo)號(hào)碼的手機(jī)或MODEM上，首先將目標(biāo)號(hào)碼的手機(jī)或MODOEM上的SIM卡卡號(hào)與短信內(nèi)容編碼為PDU碼(我們這里用PDU格式發(fā)送短信)，并計(jì)算出PDU串長(zhǎng)度L。然后通過(guò)串口將PDU碼長(zhǎng)度及PD U碼格式按如下個(gè)事發(fā)出到與單片機(jī)并聯(lián)的MODEM上，由MODEM通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信道目標(biāo)手機(jī)或MODEM上。

        At + crags = L(回車(chē)){L代表PDU碼長(zhǎng)度}

        )誕時(shí)等待出現(xiàn)該標(biāo)識(shí)}

        PDU{發(fā)送PDU碼}

        OK(或ERROR)

        {MODEM會(huì)自動(dòng)通過(guò)串行口向單片機(jī)發(fā)送OK或

        ERROR，如果是OK則表示短信發(fā)送成功，如果返

        回的是ERROR則表示發(fā)送失敗}

        主程序:

        ORG OOOOH

        AJMP ZCX

        ORG 0003H

        AJMP ZD

        zcx:MOV P1，#OFFH

        MOV R2，#40H

        MOV R3，#50H

        DSJ:MOV A，P1

        CJNE A，#60H，DSJ

        SETB EA

        SETB I'M

        SETB EXO

        MOV R2，A

        MOV R3，A

        ACALL YS

        SJMP DSJ

        END

        3.2串口接收中斷子程序

        系統(tǒng)不僅有報(bào)警功能，還要具有短信功能，以便相關(guān)人員了解當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀況。在打開(kāi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的MODEM的收到短信通知時(shí)，一旦MODEM收到短信，則會(huì)通過(guò)串口發(fā)出含有“+CMTI":" SM”串的短信通知表示已經(jīng)收到短信。這時(shí)通過(guò)彈片機(jī)串口向MODEM發(fā)送“AT + CMGL”讀出所有的短信，MODEM在收到該指令后會(huì)將所有未讀短信以PDU碼的格式通過(guò)串口發(fā)送到單片機(jī)中。PDU碼中包含了GSM網(wǎng)絡(luò)信息，短信發(fā)送的時(shí)間信息，發(fā)送方的手機(jī)號(hào)碼，短信內(nèi)容等信息。而這些信息包含在PDU碼中不易識(shí)別，需要解碼，解碼出短信內(nèi)容以及發(fā)送方的手機(jī)號(hào)碼。將短信內(nèi)容與預(yù)設(shè)在單片機(jī)中的密碼比較是否一致，如果不一致，則當(dāng)作非法查詢(xún)處理;如果一致則單片機(jī)時(shí)通過(guò)彈片機(jī)串口向MODEM發(fā)送“AT + CMGL”讀出所有的短信，MODEM在收到該指令后會(huì)將所有未讀短信以PDU碼的格式通過(guò)串口發(fā)送到單片機(jī)中。PDU碼中包含了GSM網(wǎng)絡(luò)信息，短信發(fā)送的時(shí)間信息，發(fā)送方的手機(jī)號(hào)碼，短信內(nèi)容等信息。

        而這些信息包含在PDU碼中不易識(shí)別，需要解碼，解碼出短信內(nèi)容以及發(fā)送方的手機(jī)號(hào)碼。將短信內(nèi)容與預(yù)設(shè)在單片機(jī)中的密碼比較是否一致，如果不一致，則當(dāng)作非法查詢(xún)處理;如果一致則單片機(jī)提供查詢(xún)功能，將系統(tǒng)當(dāng)前的相關(guān)信息以短信的方式發(fā)送到該查詢(xún)手機(jī)號(hào)碼。

        中斷接收子程序:

        ZD:JZ JSNO:MOV R3，A

        MOV A，R3

        CJNE A，R3，NO

        is:RETI

        4、油田監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件

        監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要由短信接受報(bào)警，短信查詢(xún)、數(shù)據(jù)庫(kù)、報(bào)表、曲線(xiàn)圖等功能。監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)通過(guò)串行口與MODEM相連，可能通過(guò)串口收發(fā)短信。如果MODEM收到短信，則會(huì)發(fā)出通知到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可讀出短信，并解碼，然后存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，共工作人員處理。由于MODEM收到的短信保存在SIM卡中，SIM卡一般只能存儲(chǔ)有限的幾十條短信，一旦SIM卡存滿(mǎn)則會(huì)造成MODEM擁堵不能再接受短信的現(xiàn)象，因此每讀出一條短信必須及時(shí)刪除。為了管理，必須能提供短信查詢(xún)功能，查詢(xún)當(dāng)前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作狀況。以免為破壞數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并能對(duì)己破壞的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)修復(fù)。

        5、結(jié)束語(yǔ)

        基于SMS短信報(bào)警的石油機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用有效地提高了油田的安全生產(chǎn)能力，能滿(mǎn)足大型油田穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的要求，大大地節(jié)省了管理費(fèi)用，節(jié)省了人力物力。具有較強(qiáng)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。