基于SMS短信报警的石油机井监控系统

        油田采油机井较为分散，为集中管理带来很大问题，采用有线网络成本较高且不易维护。而SMS短信业务的开通解决了这一问题。利用由 和单片机组成的基于SMS短信报警的石油机井监控系统，实现了油田的无线监控，为油田的稳产、高产提供了保障，该系统具有很好的经济效益和较高的应用价值。        

        油田监控系统结构和原理

        监控系统由数据采集系统和报警监控系统组成。数据采集系统由单片机系统压力流量传感器组成，完成对抽油机井生产过程中相关参数的测量，测得的数据与设定的数值进行比较，判定是否正常，如果发生异常，则单片机通过串口与RS232相联的MODE ，将数据以手机短信方式发送到与油田监控中心的计算机相连的MODEM，计算机读取短信到计算机管理系统中，同时也将数据以手机短信的方式发送单位相关管理人员手机上，已便及时处理。此外，数据采集系统还可提供短信查询功能。相关管理人员可以向单片机上制定的MODEM发送约定的命令进行查询，查询内容包括系统当前工作是否正常、是否掉电、是否被人为破坏等。

        1、短信消息功能

        GSM短信消息服务业务SMS(SHORT Message Service)是GMS系统提供给用户的一种数字业务。它与话音传输及传真一样同为GMS数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务。SMS的收发占用的是GSM网络的信令信道，不会占用普通话音信道，而且它是双向通信，具有一定的交互能力;SMS具有较高的可靠性，短消息发送端的用户可知道短消息是否已达到手机端。由于短消息依靠了SMSC短消息服务中心的存储和转发机制，当接收端用户关机或不在服务区内时，SMSC会暂时保存该短消息：如果接收端用户在规定时间(通常为24H)内重新处于工作状态， SMSC会立刻发送短信给接收端用户，当发送成功时会返回发送端用户一个确认信号。 SMS充分利用了GMS网络的直放站覆盖广的特点和全程全网的优势，具有极佳的移动性，使得任何一个申请了短消息服务的GSM无线终端用户在全程全网范围内获得服务。每个短消息限制140个8位组(7bit 编码)140个英文字节或70个文字符号。如果超过此长度，则要分多次发送。

        1.2、数据采集系统构成

        数据采集系统由传感器、单片机、 A/D转换器以及有无线通信的GSM MODEM构成。该部分完成通过传感器将被测物理量转换成模拟信号，再由A/D转换芯片转换成数字信号由单片机进行读取读取的数据通过定标转换为被测机井的运行状态参数并与预存的标准数值进行比较，判定是否正常，如果异常，则将数据以短信方式发送到与油田监控中心的计算机相连的手机上，再由监控中心计算机读取到监控中心计算机的管理系统中。同时为了便于管理，要将异常数据以手机短信方式发送到预设号码的相关管理人员手机上通知进行及时处理。

        2、发送短信原理

        系统开发的关键和主要难点是手机的短消息接口开发。手机短消息的开发主要包括手机短消息的用户数据区编码和解码、通信模式设定和联机测试、短消息的收发、收发数据的关键命令的模式匹配等。手机接口开发主要利用由爱立信、摩托罗拉共同提出的AT指令集。 AT指令是基于字符的命令结构，有TEXT模式和PDU模式，还有早期使用的BLOCK模式。我们主要使用PDU模式。PDU模式是基于字符的，准确地说，是基于十六进制的数据和代码，经过编码，所以无法直接读懂。因此发送短信时需要编码，接受短信时需要解码，这是开发的难点。

        2.1、短消息PDU格式分析及实用的AT命令

        发送和接收SMS信息有2种方式:基于AT命令的TEXT MODE(文本模式)和基于命令的PDU(Protocol Description Unit)模式。西门子的手机大多只支持PDU模式。在PDU模式下，短消息正文经过编码后转换成UNICODE码被传送。由于我们采用的是西门子的TC35手机模块，所以主要探讨PDU模式的发送和接收。

        下面通过对发送的短消息格式分析，来介绍SMS PDU的数据格式。假设准备发送中文本短信内容为“晚上好123"，则将“TC35T与计算机的串行口相连，并打开计算机的超级终端，按如下具体操作过程发送短消息(带下划线字符为响应信息，{}

        内为注释):

        AT

        OK什十算机与手机连接成功，这时就可以输入各类GSM AT指令}

        AT+CNMI=1，1，2

        OK股置收到短消息提示}当模块收到短消息时，给出回应:

        例如:+ CMTI : " SM”， 4

        AT+CMGF=0

        OK{设置模块工作的模式:0为PDU模式，1为文本模式}

        AT + CMGS二26{发送短消息的字节数}

        >08916831082009050 0103 091

        6831993125239 3208 OC

        665A4EOA597 D003100320033//键入Ctrl + Z，看到提示符一>出现在最后一个数字后面，说明系统已经收到了命令，系统会返回操作的结构。

        OK {OK表示成功，ERROR表示发送失败}

        +CMGS:32

        下面分析出条信息：

        08表示短消息中心地址长度:

        91表示短消息中心号码类型:

        68310820905 FO表示发送短消息的编码方式;

        OD表示目标地址长度;

        91表示目的地址类型;

        68313904152329表示目的地址，既接收端消息的手机号码为:13904152329;

        3208表示发送中心字符方式:

        oc表示短消息长度;

        665 A4 EOA59 D003100320033表示发送种文字符的

        UNICODE码

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

        以下是模块接收信息的分析:

        AT + CMGR = < Index >{阅读短消息的内容，Index表示短消息存放的位置}

        AT + CMGL = < Stat > &lJ表短信息:stat = 0，列为度08表示短消息中心地址长度:

        91表示短消息中心号码类型:

        68310820905 FO表示发送短消息的编码方式;

        OD表示目标地址长度;

        91表示目的地址类型;

        68313904152329表示目的地址，既接收端消息的手机号码为:13904152329;

        3208表示发送中心字符方式:

        oc表示短消息长度;

        665 A4 EOA59 D003100320033表示发送种文字符的UNICODE码

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

        以下是模块接收信息的分析:

        AT + CMGR = < Index >{阅读短消息的内容，Index表示短消息存放的位置}

        AT + CMGL = < Stat > &lJ表短信息:stat = 0，列为度过的信息;Stat = 4，列所有的消息}

        + CMGL: 1, 2, 24 {I表示信息个数，2表示为发信息，24表示信息总容量}

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

        OK{删除成功}

        3、数据采集系统软件

        数据采集系统软件主要包括数据采集、校正、短信报警等功能。将抽油机井的压力、流量、温度等物理量转换成模拟信号，通过A/D转换将模拟信号转换为数字信号，然后由单片机读出数字信号。该数字信号通过定标、补偿就得到机井的运行状态参数。该参数与中心存储的预定数值进行比较，判断是否正常，如果异常，则要求系统通过手机短信方式发送到与油田监控中心计算机相联系的MODEM上以及单位相关管理人员的手机上。

        3.1、主程序

        将数据以短信方式发送到目标号码的手机或MODEM上，首先将目标号码的手机或MODOEM上的SIM卡卡号与短信内容编码为PDU码(我们这里用PDU格式发送短信)，并计算出PDU串长度L。然后通过串口将PDU码长度及PD U码格式按如下个事发出到与单片机并联的MODEM上，由MODEM通过GSM网络发送短信道目标手机或MODEM上。

        At + crags = L(回车){L代表PDU码长度}

        )诞时等待出现该标识}

        PDU{发送PDU码}

        OK(或ERROR)

        {MODEM会自动通过串行口向单片机发送OK或

        ERROR，如果是OK则表示短信发送成功，如果返

        回的是ERROR则表示发送失败}

        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串口接收中断子程序

        系统不仅有报警功能，还要具有短信功能，以便相关人员了解当前系统的工作状况。在打开数据采集系统中的MODEM的收到短信通知时，一旦MODEM收到短信，则会通过串口发出含有“+CMTI":" SM”串的短信通知表示已经收到短信。这时通过弹片机串口向MODEM发送“AT + CMGL”读出所有的短信，MODEM在收到该指令后会将所有未读短信以PDU码的格式通过串口发送到单片机中。PDU码中包含了GSM网络信息，短信发送的时间信息，发送方的手机号码，短信内容等信息。而这些信息包含在PDU码中不易识别，需要解码，解码出短信内容以及发送方的手机号码。将短信内容与预设在单片机中的密码比较是否一致，如果不一致，则当作非法查询处理;如果一致则单片机时通过弹片机串口向MODEM发送“AT + CMGL”读出所有的短信，MODEM在收到该指令后会将所有未读短信以PDU码的格式通过串口发送到单片机中。PDU码中包含了GSM网络信息，短信发送的时间信息，发送方的手机号码，短信内容等信息。

        而这些信息包含在PDU码中不易识别，需要解码，解码出短信内容以及发送方的手机号码。将短信内容与预设在单片机中的密码比较是否一致，如果不一致，则当作非法查询处理;如果一致则单片机提供查询功能，将系统当前的相关信息以短信的方式发送到该查询手机号码。

        中断接收子程序:

        ZD:JZ JSNO:MOV R3，A

        MOV A，R3

        CJNE A，R3，NO

        is:RETI

        4、油田监控中心系统软件

        监控系统软件主要由短信接受报警，短信查询、数据库、报表、曲线图等功能。监控系统计算机通过串行口与MODEM相连，可能通过串口收发短信。如果MODEM收到短信，则会发出通知到计算机，计算机可读出短信，并解码，然后存到数据库中，共工作人员处理。由于MODEM收到的短信保存在SIM卡中，SIM卡一般只能存储有限的几十条短信，一旦SIM卡存满则会造成MODEM拥堵不能再接受短信的现象，因此每读出一条短信必须及时删除。为了管理，必须能提供短信查询功能，查询当前数据采集系统的工作状况。以免为破坏数据采集系统，并能对己破坏的数据采集系统进行及时修复。

        5、结束语

        基于SMS短信报警的石油机井监控系统的运用有效地提高了油田的安全生产能力，能满足大型油田稳产高产的要求，大大地节省了管理费用，节省了人力物力。具有较强的实用性和经济价值。