摘要:当前，我国油井数量众多且分布范围广，如何对井场进行安全防范，成为了一个难题。本文结合GSM无线通信等现代信息技术，介绍了一种新型的基于GSM无线网络的油田防盗报警系统的设计。
关键词:无线网络；GSM；防盗报警
1引言
在信息技术高速发展的今天，原有的油田防盗报警系统已不能满足油田安全防范的需要。随着国际原油价格的不断上涨，在高额利润的趋势下，不法分子疯狂盗窃原油。针对这种情况，开发研制一种新型实用的油井防盗报警系统已迫在眉睫。另一方面，我国己建成了功能完善、成熟稳定的GSM无线数字移动通信网。因此，设计基于GSM网络的油田无线防盗报警系统，可以借助通信模块这个载体，采用数据通信和短消息通信相结合的数据传输方式，方便快捷地实现数据的远程传输，具有较高准确性及安全性。
2 GSM网络概述
2.1 GSM网络的特点
GSM系统作为一种开放式结构具有如下特点：频谱效率高:由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和话音编码技术等，系统具有高频谱效率。容量大:每个信道传输带宽增加，该系统的容量大约是模拟系统的3-5倍。话音质量好:鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限制以上时，话音质量总是达到相同水平而与无线传输质量无关。具有开放的接口:GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且包括网络之间以及网络中各种设备实体之间，与其他网络的互连通常利用现有的标准接口，如ISUP或TLTP等。安全性好:通过SIM卡提供用户鉴权和对传输信息进行加密。在SIM卡基础上实现了漫游:漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。对于GSM標准，它可以提供全球漫游。
2.2 GSM网络的数据传输与短消息
移动数据通信是在数据通信基础上发展起来的一种通信方式。GSM的数据传输业务的传送速率为9.6kb/s，在这种方式下，通信的连接通过拨号建立，占用专门的信道，因此语音通话和其他的数据传送，不能同时进行。短消息是GSM中唯一不要求建立端对端路径的业务，即使移动台己处于电路通信的情况下仍可进行短消息传输。利用GSM数据传输业务和短消息业务的双向传输性能，可方便地实现对各类设备及警情的远程控制和信息采集，即实现遥控和遥测，具有通信成本低，不受通信线路及地区限制等特点，使用方便。
3 系统结构与通信模块的硬件设计
3.1 系统结构与功能
本系统的组成为二级网络结构:后台监控中心和井场监控终端。其实现方案如图（一）所示。其中，后台监控中心是系统的上位机部分，主要由工控计算机和通信模块构成，内置报警监控软件，通过天线对整个系统进行指挥。它能对系统参数、警情等数据进行实时采集、分析和处理，相当于整个报警系统的“大脑”部分。井场监控终端是系统的下位机部分，主要由单片机系统组成，它充分利用了单片机及其接口芯片的各种资源和特长，以实现报警系统的各种功能。该电路连接着探测器、GSM通信模块、无线收发模块、警灯警号、键盘显示等部分，通过对探测器和其他元件进行管理，实现了油井的现场控制及与后台的数据通信。后台监控中心与井场监控终端的数据通讯依托于GSM通信模块。
系统的具体功能如下:
井场监控终端为报警前端，安放在各油井。保安人员可以通过无线收发模块的遥控器，在现场设置终端的布防/撤防状态。正常工作时，系统设为布防状态，探测器负责采集现场各种信号，例如是否有人非法入侵、设备是否被破坏等，这些信号通过探测器接口读入主控单元，经主控单元内的微处理器进行判别，如确认为有警信号，则启动GSM通信模块，经GSM移动通信网络的短消息信道，将有警信号发送至后台监控中心的通信接口上。相关的保安人员能收到报警的短信，后台软件的界面上也会立刻出现警情的位置及相关信息，保安人员可马上赶往现场抓获窃贼。
后台监控中心由工业控制计算机、GSM通信模块、相应的后台管理软件和数据库组成。井场监控终端的信息通过GSM模块与后台监控中心双向通信。接收现场的报警信息，载到井场监控终端，并进行声光报警，也可以将有关命令通过GSM监控中心可远程无线网络平台下实现现场情况的提取、远程布防/撤防等操作，实现对现场的遥控和遥信。后台监控软件在Windows操作系统下采用VB语言开发而成，具有菜单操作、屏幕显示和声光报警等功能，电子地图将显示报警位置，每次报警的时间、地点等数据也将自动存入数据库以供管理人员查询。
3.2 通信模块硬件设计
本系统的通信模块采用新一代无线通信模块TC35T，该模块具有强大功能，可以快速可靠地实现系统数据和短消息的传输。TC35T模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。其中GSM基带处理器是核心部件，它的作用相当于一个协议处理器，用来处理外部系统通过串口发送过来的AT指令，涵盖了蜂窝射频设备中所有的模拟和数字功能；射频模块部分主要实现信号的调制与解调，实现外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换:匹配电源为处理器以及射频部分提供所需的电源；插座是提供给用户的应用接口。该通信模块的工作电压为3.3-5.5V，可以工作在%OMHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为2W(900M)和1W(1800M)。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。此外，该模块还具有电话簿、多方通话、漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE,TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。
主要应用接口为:
RS232数据接口:标准DB9接口，通信模块通过RS232接口与单片机相连。在本系统中，RS232接口采用MAXIM公司的MAX232芯片，低功耗，单电源双RS232发送/接收滤波器，以完成TTL到EIA双向电平的转换。芯片外围4个电解电容Cl、C2、C3、C4是内部电源转换所需电容，其取值均为luf/25V。
控制线接口:主要有指示灯、同步信号线、电源控制线等。
声音接口:包括耳机和麦克风的接口。各有两组接口。第一组接口包括一个模拟信号的麦克风输入和一个模拟信号的耳机输出。另一组为模拟信号的麦克风输入和用于手持设备的模拟信号输出。
SIM卡接口:SIM(Subscriber Identity Model)用户识别模块，是带有微处理器的一种智能集成电路芯片，主要由CPU,RAM,ROM,EEPROM和串行通信接口电路组成。SIM卡是数字移动通信系统中不可缺少的一个重要组成部分。只有通过对SIM卡定义后，即在SIM卡中存入用户相关的数据，通过对SIM卡鉴权，移动电话才能有效完成与网络设备的连接与信息交换。
在接口设计或通讯过程中。模块具有很强大的数据通信功能，加上电信系统的手机短信服务方便快捷，使得用其传输数据具有可能性。
4 系统优势分析
GSM网络以其巨大优势占领全球市场，与国内外同类防盗报警系统相比，基于GSM的防盗报警系统灵活性高、可靠性强，主要具有以下优势：充分利用GSM公网资源作为数据传输的高速通道，组网简单，监控范围广，成本低，维护简单，免去了架设基站的高额费用，节省了大量人力、物力的投资，易于构成覆盖整个油田区域的无线监控网络。报警反应高效、快速。用户可以采用灵活的数传方式实现超远距离的网络通信，将短消息方式和GSM数据通信方式相结合，大大提高了系统的抗突发事件能力。数据信息保密可靠性高，抗干扰强。利用SIM卡的加密功能验证各油井身份，设置灵活、安全性高，整个系统数据准确可靠。软件集成度高、功能性好。报警系统的后台中心软件功能强大，可提供历史数据库查询等，人机界面友好，管理操作简单方便。
参考文献
[1]张贵明，GSM/SMS实现远程控制与报警的研究与设计，四川师范大学学报(自然科学版)，2004
[2]李如鹏，利用GSM通信业务实现远程监控，计算机应用，2003
[3]洪利，基于GSM调制解调器TC35的油井电能管理系统，油气田地面工程，2004
