方原柏

    GSM/GPRS手機短信息業(yè)務(wù)和遠程監控系統看起來(lái)好像是兩個(gè)互不相關(guān)的東西，但是當科技人員將它們有機結合在一起的時(shí)候，就可以顯示出旺盛的生命力。

1  手機通信和手機短信息

    手機的一個(gè)比較正式的名字是移動(dòng)電話(huà)，從1978年美國芝加哥開(kāi)通了第一臺模擬移動(dòng)電話(huà)以來(lái)，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(huà)用戶(hù)數已超過(guò)8億。1987年11月18日，中國移動(dòng)通信公司在廣州開(kāi)通了我國第一臺模擬移動(dòng)電話(huà)，而截止到2001年7月底，中國移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)數已超過(guò)1.2億，已超過(guò)美國躍居世界第一位。據2003年4月的最新統計，中國手機用戶(hù)已超過(guò)2.1億戶(hù)。

    手機的移動(dòng)通信是靠網(wǎng)絡(luò )完成的，第一代模擬移動(dòng)電話(huà)采用的是蜂窩移動(dòng)通信系統，而第二代數字移動(dòng)通信系統采用了數字復頻技術(shù)代替蜂窩模擬技術(shù)，它被稱(chēng)為GSM（Global System for Mobile Communications，全球移動(dòng)通信系統），是由歐洲主要電信營(yíng)運商和制造商組成的標準化委員會(huì )設計出來(lái)的，其特點(diǎn)是嚴密、完整和公開(kāi)。GSM的技術(shù)成熟，具有可開(kāi)通的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)種類(lèi)多、手機接續速度快、通信質(zhì)量好、安全保密性強、網(wǎng)絡(luò )覆蓋面大、可實(shí)現國際自動(dòng)漫游等特點(diǎn)，全世界已有近一百個(gè)國家和地區建立了GSM數字移動(dòng)通信網(wǎng)。中國移動(dòng)通信公司以GSM系統組建了國家數字移動(dòng)通信網(wǎng)。

    在GSM數字移動(dòng)通信業(yè)務(wù)中可提供短信息、呼叫轉移、移動(dòng)秘書(shū)、手機炒股、IP電話(huà)等上百種服務(wù)，短信息業(yè)務(wù)SMS（Short Message Service）是其中最常見(jiàn)的一種且增長(cháng)率最高的數據傳輸服務(wù)，正常情況下可達到5秒內完成一條短信息傳輸的速率，比如約會(huì )、節日互致問(wèn)候、電視節目猜獎提問(wèn)等互動(dòng)平臺均可采用短信息。1992年12月，世界上第一條短信息是通過(guò)英國沃達豐（Vodafone）公司的GSM網(wǎng)絡(luò )從一臺PC機傳遞到一部手機上的。

    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)合為全球通手機提供“全球通奧運快訊”短信息點(diǎn)播服務(wù)。短信息的功能是通過(guò)手機發(fā)送和接收有限長(cháng)度文本信息，文本信息是詞語(yǔ)、數字和字母的組合，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、出錯率低、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，很受用戶(hù)歡迎，特別是年輕人，發(fā)送短信息已成為一種時(shí)尚，盡管短信息費用低廉，但每月成百上千條短信息的費用已占手機費用的一半以上。以2003年春節為例，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已近千億條。

    第2.5代數字移動(dòng)通信系統GPRS是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，是在現有GSM系統上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶(hù)提供分組形式的數據業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM相同的無(wú)線(xiàn)調制標準、相同的頻帶、相同的突發(fā)結構、相同的跳頻規則以及相同的TDMA幀結構，這種新的分組數據信道與當前的電路交換的話(huà)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(wú)線(xiàn)分組數據業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS是一種新的移動(dòng)數據通信業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶(hù)和數據網(wǎng)絡(luò )之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶(hù)提供高速無(wú)線(xiàn)IP和X.25服務(wù)。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶(hù)可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道，同一無(wú)線(xiàn)信道又可以由多個(gè)用戶(hù)共享，資源被有效的利用，數據傳輸速率高達160Kbps。使用GPRS技術(shù)實(shí)現數據分組發(fā)送和接收，用戶(hù)永遠在線(xiàn)且按流量計費，迅速降低了服務(wù)成本。

2  遠程監控系統

    遠程監控系統通常是指現場(chǎng)監控設備與控制中心相距數百米、數公里、數十公里的系統，早期采用的硬導線(xiàn)連接或光纖、公共電話(huà)網(wǎng)、專(zhuān)線(xiàn)通訊等有線(xiàn)通訊方式已不能滿(mǎn)足用戶(hù)的要求，而近年來(lái)采用的衛星、數傳電臺、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋等無(wú)線(xiàn)傳輸方式在經(jīng)濟上、技術(shù)上也存在一些不足，所以人們一直在現場(chǎng)監控設備與控制中心之間尋找一種新的通訊方式，以降低投資、減少運營(yíng)費用。

3  利用手機短信息業(yè)務(wù)傳輸檢測信號

    如果您是一位工廠(chǎng)廠(chǎng)長(cháng)、總工程師、總調度長(cháng)，當您看到關(guān)心股票市場(chǎng)的股迷可以在手機上收到股市信息時(shí)，您是否會(huì )聯(lián)想到如果工廠(chǎng)里生產(chǎn)過(guò)程中的主要信息也能以這種方式傳送到您的手機上那該多好！或者當您需要了解生產(chǎn)過(guò)程中的主要信息時(shí)，如果能用手機向生產(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(guò)程中的主要信息那該多好！

    GSM/GPRS數據采集器就是基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )并針對工業(yè)數據通信的應用開(kāi)發(fā)的，與數據中心的接口設備一起提供透明數據傳輸通道，組成用戶(hù)專(zhuān)用數據網(wǎng)絡(luò )。

    以下介紹利用手機短信息業(yè)務(wù)傳輸檢測信號的簡(jiǎn)單原理。

圖1  GSM/GPRS遠程監控系統原理圖

   I/O組件通過(guò)標準的RS-232口與GSM/GPRS模塊通信，并將現場(chǎng)檢測到的I/O數據信息打包成“短信息數據包”，通過(guò)GSM/GPRS 公眾網(wǎng)絡(luò )，將數據信息傳送到指定的手機，或通過(guò)GSM/GPRS Modem，將數據信息傳送到遠程監控系統的PC機上，而手機或PC機也可向現場(chǎng)設備發(fā)出指令，實(shí)現數據雙向傳輸。

    由圖1可見(jiàn)，要實(shí)現工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的數據通過(guò)短信息業(yè)務(wù)傳輸并不需要數量很多且價(jià)格昂貴的設備，只需在一些通用的I/O組件上增加價(jià)值數千元的GSM/GPRS模塊即可構成帶GSM/GPRS功能的數據采集器。I/O組件可以接收各種I/O信號，比如開(kāi)關(guān)量輸入信號、模擬量輸入信號（包括熱電阻、熱電偶、電壓、電流、脈沖信號），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，許多公司都有現成的產(chǎn)品，并已在市場(chǎng)上應用多年。目前已用作帶GSM/GPRS功能的數據采集器的I/O組件有澳大利亞西雅特（CiT）公司的MOX組件、美國奧普圖（OPTO）22公司的SNAP-IT組件、美國UNITRONICS公司的M90帶人機接口的O-PLC、北京安控公司的遠程測控終端SuperRTU、浙大中控技術(shù)中心的HB-156環(huán)保檢測儀等。

    而GSM/GPRS模塊則通常是由手機廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)的，如西門(mén)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(mén)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(huà)音、短信息、數據及傳真功能的Phase+GSM調制解調器，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  利用手機短信息傳輸檢測信號構成的遠程監控系統

    利用手機短信息業(yè)務(wù)傳輸檢測信號并構成遠程監控系統是一項新技術(shù)，國內外一些公司對采集點(diǎn)分散且相距較遠的遠程監控系統采用了GSM/GPRS中的SMS技術(shù)，與傳統的有線(xiàn)傳輸或數傳電臺傳輸相比，減少了信號干擾、降低了設備投資及運營(yíng)成本。采用短信息傳送技術(shù)，大量的電纜可以省去，信號以數字方式傳送準確可靠，SMS短信功能的成本為：0.10元/條（集團運行成本更低）；GPRS通用分組無(wú)線(xiàn)傳輸功能的成本為：0.03元/Kbit（集團運行成本可低于200.00元/月）。

    例一，某市環(huán)保局污水遠程監控系統由控制中心和分散于該市區的各監控點(diǎn)的數據采集器組成，數據采集器采用的是帶GSM/GPRS模塊UNITRONICS公司的O-PLC。數據采集器將監控點(diǎn)的數據（包括排放污水流量值、污水處理設備運行時(shí)間等數據）以短信息方式，通過(guò)電信部門(mén)提供的短信業(yè)務(wù)定時(shí)將以上數據傳送到控制中心，錄入SQL Server數據庫，并對錄入的排放污水流量值、污水處理設備運行時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)累計。在每天晚上的固定時(shí)間將當日累計數據上報數據中心。此外，控制中心監控人員可隨時(shí)察看分散于市區的監控點(diǎn)的實(shí)時(shí)運行數據，了解各監控點(diǎn)的實(shí)際運行情況，如污水處理裝置是否運行，實(shí)際排放污水量的大小等數據。該市環(huán)保局已根據污水遠程監控系統所采集的數據和數據處理結果進(jìn)行排污收費和監視各監控點(diǎn)污水處理設備運行狀況，系統運行成效顯著(zhù)。

    例二，在另一個(gè)城市精細化工園管網(wǎng)自動(dòng)監控項目中采用了以HB-156環(huán)保監測儀為基礎的無(wú)線(xiàn)環(huán)保集中監測系統，HB-156環(huán)保監測儀安裝在企業(yè)排污管道的出水口，與在線(xiàn)監測設備（流量計、TOD或COD測量?jì)x、pH計、濁度計等等）相連，利用GSM網(wǎng)絡(luò )良好的覆蓋功能和穩定可靠的傳輸通道，通過(guò)GSM無(wú)線(xiàn)調制解調器以短信息形式把相關(guān)信息傳送給監控中心，而監控中心的PC機在接收到多臺分散的HB-156環(huán)保監測儀的信息后及時(shí)進(jìn)行存貯、分析和報表統計，使環(huán)保部門(mén)能隨時(shí)直觀(guān)地了解到各排污企業(yè)的排污情況。目前已成功實(shí)現了18個(gè)分散監測站與監測中心的聯(lián)網(wǎng)，該項目現已通過(guò)該市環(huán)境監理局的驗收。

    例三，某市煤氣總公司煤氣管網(wǎng)安全遠程監控系統由控制調度中心、輸配所壓送機站控制系統、煤氣公正計量站和分散于市區多個(gè)煤氣調壓站組成。其中分散于市區多個(gè)煤氣調壓站采用帶GSM/GPRS模塊的MOX 組件作為數據采集器，數據采集器將煤氣調壓站的數據以短信息方式，通過(guò)電信部門(mén)提供的短信業(yè)務(wù)定時(shí)將以上數據傳送到控制調度中心，錄入SQL Server數據庫。煤氣調壓站的數據包括煤氣過(guò)濾器前中壓力、后中壓力、低壓力、斷電報警、煤氣泄漏報警、非法人員入內報警和失壓切斷報警。

    調度人員在控制中心可實(shí)時(shí)或定時(shí)監控分散于市區多個(gè)煤氣調壓站的運行數據，從而了解各調壓站的運行情況和該區居民的用氣情況。實(shí)際運行結果表明，采用GSM/GPRS短信息傳輸方式的數據到報率為99.9%以上，完全滿(mǎn)足煤氣管網(wǎng)安全調度的需要。與以往采用的數傳電臺方式比較，信號干擾小、維護量小、投資省、防雷要求低。系統投入運行后，調度人員根據所采集數據和數據處理結果進(jìn)行生產(chǎn)指揮、調配資源、安全搶險、決策支持等，取得了良好的成效，大大降低了生產(chǎn)運營(yíng)成本，減少了事故隱患，在市政公共事業(yè)領(lǐng)域和其他類(lèi)似領(lǐng)域具有很好的推廣前景。

    預裝式變電站是無(wú)人值守的，為了保證其安全運行，降低系統意外事故，需要對高壓室、變壓器室、低壓室所有重要參數進(jìn)行監控，并采取措施進(jìn)行綜合保護?；贕SM移動(dòng)通信短信息業(yè)務(wù)的預裝式變電站綜合保護裝置也已在現場(chǎng)成功應用，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，數據信息可以安全傳送到任何地點(diǎn)，保密性極強，且投資較少。

    航標燈有很多也是無(wú)人值守的，基于GSM技術(shù)的航標燈監測系統，可實(shí)現航標燈的工作狀態(tài)和技術(shù)參數如燈體位置、充電電流、電瓶電壓、負載電流、燈值和顏色等，可通過(guò)GSM系統以SMS方式向信息中心提供自動(dòng)無(wú)線(xiàn)傳輸，中心軟件處理系統實(shí)現數據的在線(xiàn)管理和分析，并能遙控現場(chǎng)計算機工作。

    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)結合，可以使自動(dòng)化儀表提高到一個(gè)新的水平。