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方原柏

    GSM/GPRS手機(jī)短信息業(yè)務(wù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)看起來好像是兩個(gè)互不相關(guān)的東西，但是當(dāng)科技人員將它們有機(jī)結(jié)合在一起的時(shí)候，就可以顯示出旺盛的生命力。

1  手機(jī)通信和手機(jī)短信息

    手機(jī)的一個(gè)比較正式的名字是移動(dòng)電話，從1978年美國芝加哥開通了第一臺(tái)模擬移動(dòng)電話以來，全世界移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，截止到2001年7月底，全球移動(dòng)電話用戶數(shù)已超過8億。1987年11月18日，中國移動(dòng)通信公司在廣州開通了我國第一臺(tái)模擬移動(dòng)電話，而截止到2001年7月底，中國移動(dòng)電話用戶數(shù)已超過1.2億，已超過美國躍居世界第一位。據(jù)2003年4月的最新統(tǒng)計(jì)，中國手機(jī)用戶已超過2.1億戶。

    手機(jī)的移動(dòng)通信是靠網(wǎng)絡(luò)完成的，第一代模擬移動(dòng)電話采用的是蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，而第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)采用了數(shù)字復(fù)頻技術(shù)代替蜂窩模擬技術(shù)，它被稱為GSM（Global System for Mobile Communications，全球移動(dòng)通信系統(tǒng)），是由歐洲主要電信營運(yùn)商和制造商組成的標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)設(shè)計(jì)出來的，其特點(diǎn)是嚴(yán)密、完整和公開。GSM的技術(shù)成熟，具有可開通的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)種類多、手機(jī)接續(xù)速度快、通信質(zhì)量好、安全保密性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)覆蓋面大、可實(shí)現(xiàn)國際自動(dòng)漫游等特點(diǎn)，全世界已有近一百個(gè)國家和地區(qū)建立了GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)。中國移動(dòng)通信公司以GSM系統(tǒng)組建了國家數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)。

    在GSM數(shù)字移動(dòng)通信業(yè)務(wù)中可提供短信息、呼叫轉(zhuǎn)移、移動(dòng)秘書、手機(jī)炒股、IP電話等上百種服務(wù)，短信息業(yè)務(wù)SMS（Short Message Service）是其中最常見的一種且增長率最高的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，正常情況下可達(dá)到5秒內(nèi)完成一條短信息傳輸?shù)乃俾剩热缂s會(huì)、節(jié)日互致問候、電視節(jié)目猜獎(jiǎng)提問等互動(dòng)平臺(tái)均可采用短信息。1992年12月，世界上第一條短信息是通過英國沃達(dá)豐（Vodafone）公司的GSM網(wǎng)絡(luò)從一臺(tái)PC機(jī)傳遞到一部手機(jī)上的。

    2000年9月中國移動(dòng)通信與新浪、搜弧、清華深訊、靈通網(wǎng)聯(lián)合為全球通手機(jī)提供“全球通奧運(yùn)快訊”短信息點(diǎn)播服務(wù)。短信息的功能是通過手機(jī)發(fā)送和接收有限長度文本信息，文本信息是詞語、數(shù)字和字母的組合，一條短信息可以包括160個(gè)英文字母或70個(gè)非拉丁字母，如中文漢字或阿拉伯字等。短信息傳輸具有傳輸快捷、出錯(cuò)率低、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，很受用戶歡迎，特別是年輕人，發(fā)送短信息已成為一種時(shí)尚，盡管短信息費(fèi)用低廉，但每月成百上千條短信息的費(fèi)用已占手機(jī)費(fèi)用的一半以上。以2003年春節(jié)為例，7天時(shí)間全國共發(fā)送短信息70億條，而全年短信息總條數(shù)已近千億條。

    第2.5代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM相同的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、相同的頻帶、相同的突發(fā)結(jié)構(gòu)、相同的跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)，這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS是一種新的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶提供高速無線IP和X.25服務(wù)。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無線信道，同一無線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效的利用，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)160Kbps。使用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠(yuǎn)在線且按流量計(jì)費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本。

2  遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

    遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通常是指現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備與控制中心相距數(shù)百米、數(shù)公里、數(shù)十公里的系統(tǒng)，早期采用的硬導(dǎo)線連接或光纖、公共電話網(wǎng)、專線通訊等有線通訊方式已不能滿足用戶的要求，而近年來采用的衛(wèi)星、數(shù)傳電臺(tái)、無線網(wǎng)橋等無線傳輸方式在經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上也存在一些不足，所以人們一直在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備與控制中心之間尋找一種新的通訊方式，以降低投資、減少運(yùn)營費(fèi)用。

3  利用手機(jī)短信息業(yè)務(wù)傳輸檢測(cè)信號(hào)

    如果您是一位工廠廠長、總工程師、總調(diào)度長，當(dāng)您看到關(guān)心股票市場(chǎng)的股迷可以在手機(jī)上收到股市信息時(shí)，您是否會(huì)聯(lián)想到如果工廠里生產(chǎn)過程中的主要信息也能以這種方式傳送到您的手機(jī)上那該多好！或者當(dāng)您需要了解生產(chǎn)過程中的主要信息時(shí)，如果能用手機(jī)向生產(chǎn)裝置發(fā)出一個(gè)短信息指令并很快就能收到生產(chǎn)過程中的主要信息那該多好！

    GSM/GPRS數(shù)據(jù)采集器就是基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)并針對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用開發(fā)的，與數(shù)據(jù)中心的接口設(shè)備一起提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道，組成用戶專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

    以下介紹利用手機(jī)短信息業(yè)務(wù)傳輸檢測(cè)信號(hào)的簡單原理。

圖1  GSM/GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

   I/O組件通過標(biāo)準(zhǔn)的RS-232口與GSM/GPRS模塊通信，并將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的I/O數(shù)據(jù)信息打包成“短信息數(shù)據(jù)包”，通過GSM/GPRS 公眾網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)信息傳送到指定的手機(jī)，或通過GSM/GPRS Modem，將數(shù)據(jù)信息傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的PC機(jī)上，而手機(jī)或PC機(jī)也可向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。

    由圖1可見，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)通過短信息業(yè)務(wù)傳輸并不需要數(shù)量很多且價(jià)格昂貴的設(shè)備，只需在一些通用的I/O組件上增加價(jià)值數(shù)千元的GSM/GPRS模塊即可構(gòu)成帶GSM/GPRS功能的數(shù)據(jù)采集器。I/O組件可以接收各種I/O信號(hào)，比如開關(guān)量輸入信號(hào)、模擬量輸入信號(hào)（包括熱電阻、熱電偶、電壓、電流、脈沖信號(hào)），同時(shí)帶通訊接口，如RS-232口，具有這種功能的I/O組件比較多，許多公司都有現(xiàn)成的產(chǎn)品，并已在市場(chǎng)上應(yīng)用多年。目前已用作帶GSM/GPRS功能的數(shù)據(jù)采集器的I/O組件有澳大利亞西雅特（CiT）公司的MOX組件、美國奧普?qǐng)D（OPTO）22公司的SNAP-IT組件、美國UNITRONICS公司的M90帶人機(jī)接口的O-PLC、北京安控公司的遠(yuǎn)程測(cè)控終端SuperRTU、浙大中控技術(shù)中心的HB-156環(huán)保檢測(cè)儀等。

    而GSM/GPRS模塊則通常是由手機(jī)廠商開發(fā)的，如西門子（SIEMENS）公司的TC35系列、Falcom公司的A2D系列、Wavecom公司的WM02系列、諾基亞（NOKIA）公司的M2M、中興公司的ZXGM18系列等等。以西門子公司的TC35為例，它是一個(gè)完整的GSM Modem，是一種可以進(jìn)行話音、短信息、數(shù)據(jù)及傳真功能的Phase+GSM調(diào)制解調(diào)器，它擁有900/1800MHz雙頻功能，支持WAP、GPRS通訊技術(shù)，使其可以在多層面上使用。

4  利用手機(jī)短信息傳輸檢測(cè)信號(hào)構(gòu)成的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

    利用手機(jī)短信息業(yè)務(wù)傳輸檢測(cè)信號(hào)并構(gòu)成遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一項(xiàng)新技術(shù)，國內(nèi)外一些公司對(duì)采集點(diǎn)分散且相距較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用了GSM/GPRS中的SMS技術(shù)，與傳統(tǒng)的有線傳輸或數(shù)傳電臺(tái)傳輸相比，減少了信號(hào)干擾、降低了設(shè)備投資及運(yùn)營成本。采用短信息傳送技術(shù)，大量的電纜可以省去，信號(hào)以數(shù)字方式傳送準(zhǔn)確可靠，SMS短信功能的成本為：0.10元/條（集團(tuán)運(yùn)行成本更低）；GPRS通用分組無線傳輸功能的成本為：0.03元/Kbit（集團(tuán)運(yùn)行成本可低于200.00元/月）。

    例一，某市環(huán)保局污水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由控制中心和分散于該市區(qū)的各監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集器組成，數(shù)據(jù)采集器采用的是帶GSM/GPRS模塊UNITRONICS公司的O-PLC。數(shù)據(jù)采集器將監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)（包括排放污水流量值、污水處理設(shè)備運(yùn)行時(shí)間等數(shù)據(jù)）以短信息方式，通過電信部門提供的短信業(yè)務(wù)定時(shí)將以上數(shù)據(jù)傳送到控制中心，錄入SQL Server數(shù)據(jù)庫，并對(duì)錄入的排放污水流量值、污水處理設(shè)備運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)累計(jì)。在每天晚上的固定時(shí)間將當(dāng)日累計(jì)數(shù)據(jù)上報(bào)數(shù)據(jù)中心。此外，控制中心監(jiān)控人員可隨時(shí)察看分散于市區(qū)的監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，了解各監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)行情況，如污水處理裝置是否運(yùn)行，實(shí)際排放污水量的大小等數(shù)據(jù)。該市環(huán)保局已根據(jù)污水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行排污收費(fèi)和監(jiān)視各監(jiān)控點(diǎn)污水處理設(shè)備運(yùn)行狀況，系統(tǒng)運(yùn)行成效顯著。

    例二，在另一個(gè)城市精細(xì)化工園管網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)控項(xiàng)目中采用了以HB-156環(huán)保監(jiān)測(cè)儀為基礎(chǔ)的無線環(huán)保集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，HB-156環(huán)保監(jiān)測(cè)儀安裝在企業(yè)排污管道的出水口，與在線監(jiān)測(cè)設(shè)備（流量計(jì)、TOD或COD測(cè)量儀、pH計(jì)、濁度計(jì)等等）相連，利用GSM網(wǎng)絡(luò)良好的覆蓋功能和穩(wěn)定可靠的傳輸通道，通過GSM無線調(diào)制解調(diào)器以短信息形式把相關(guān)信息傳送給監(jiān)控中心，而監(jiān)控中心的PC機(jī)在接收到多臺(tái)分散的HB-156環(huán)保監(jiān)測(cè)儀的信息后及時(shí)進(jìn)行存貯、分析和報(bào)表統(tǒng)計(jì)，使環(huán)保部門能隨時(shí)直觀地了解到各排污企業(yè)的排污情況。目前已成功實(shí)現(xiàn)了18個(gè)分散監(jiān)測(cè)站與監(jiān)測(cè)中心的聯(lián)網(wǎng)，該項(xiàng)目現(xiàn)已通過該市環(huán)境監(jiān)理局的驗(yàn)收。

    例三，某市煤氣總公司煤氣管網(wǎng)安全遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由控制調(diào)度中心、輸配所壓送機(jī)站控制系統(tǒng)、煤氣公正計(jì)量站和分散于市區(qū)多個(gè)煤氣調(diào)壓站組成。其中分散于市區(qū)多個(gè)煤氣調(diào)壓站采用帶GSM/GPRS模塊的MOX 組件作為數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器將煤氣調(diào)壓站的數(shù)據(jù)以短信息方式，通過電信部門提供的短信業(yè)務(wù)定時(shí)將以上數(shù)據(jù)傳送到控制調(diào)度中心，錄入SQL Server數(shù)據(jù)庫。煤氣調(diào)壓站的數(shù)據(jù)包括煤氣過濾器前中壓力、后中壓力、低壓力、斷電報(bào)警、煤氣泄漏報(bào)警、非法人員入內(nèi)報(bào)警和失壓切斷報(bào)警。

    調(diào)度人員在控制中心可實(shí)時(shí)或定時(shí)監(jiān)控分散于市區(qū)多個(gè)煤氣調(diào)壓站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而了解各調(diào)壓站的運(yùn)行情況和該區(qū)居民的用氣情況。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，采用GSM/GPRS短信息傳輸方式的數(shù)據(jù)到報(bào)率為99.9%以上，完全滿足煤氣管網(wǎng)安全調(diào)度的需要。與以往采用的數(shù)傳電臺(tái)方式比較，信號(hào)干擾小、維護(hù)量小、投資省、防雷要求低。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，調(diào)度人員根據(jù)所采集數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行生產(chǎn)指揮、調(diào)配資源、安全搶險(xiǎn)、決策支持等，取得了良好的成效，大大降低了生產(chǎn)運(yùn)營成本，減少了事故隱患，在市政公共事業(yè)領(lǐng)域和其他類似領(lǐng)域具有很好的推廣前景。

    預(yù)裝式變電站是無人值守的，為了保證其安全運(yùn)行，降低系統(tǒng)意外事故，需要對(duì)高壓室、變壓器室、低壓室所有重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并采取措施進(jìn)行綜合保護(hù)。基于GSM移動(dòng)通信短信息業(yè)務(wù)的預(yù)裝式變電站綜合保護(hù)裝置也已在現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用，它采用了GSM通信技術(shù)，可利用公用的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，不受通信距離限制，數(shù)據(jù)信息可以安全傳送到任何地點(diǎn)，保密性極強(qiáng)，且投資較少。

    航標(biāo)燈有很多也是無人值守的，基于GSM技術(shù)的航標(biāo)燈監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)航標(biāo)燈的工作狀態(tài)和技術(shù)參數(shù)如燈體位置、充電電流、電瓶電壓、負(fù)載電流、燈值和顏色等，可通過GSM系統(tǒng)以SMS方式向信息中心提供自動(dòng)無線傳輸，中心軟件處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線管理和分析，并能遙控現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)工作。

    綜上所述，人們可以看到如果將信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的通信技術(shù)與自動(dòng)化儀表領(lǐng)域的一些技術(shù)結(jié)合，可以使自動(dòng)化儀表提高到一個(gè)新的水平。