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方原柏

    GSM/GPRS手機短信息業務和遠程監控系統看起來好像是兩個互不相關的東西，但是當科技人員將它們有機結合在一起的時候，就可以顯示出旺盛的生命力。

1  手機通信和手機短信息

    手機的一個比較正式的名字是移動電話，從1978年美國芝加哥開通了第一臺模擬移動電話以來，全世界移動通信產業蓬勃發展，截止到2001年7月底，全球移動電話用戶數已超過8億。1987年11月18日，中國移動通信公司在廣州開通了我國第一臺模擬移動電話，而截止到2001年7月底，中國移動電話用戶數已超過1.2億，已超過美國躍居世界第一位。據2003年4月的最新統計，中國手機用戶已超過2.1億戶。

    手機的移動通信是靠網絡完成的，第一代模擬移動電話采用的是蜂窩移動通信系統，而第二代數字移動通信系統采用了數字復頻技術代替蜂窩模擬技術，它被稱為GSM（Global System for Mobile Communications，全球移動通信系統），是由歐洲主要電信營運商和制造商組成的標準化委員會設計出來的，其特點是嚴密、完整和公開。GSM的技術成熟，具有可開通的移動通信業務種類多、手機接續速度快、通信質量好、安全保密性強、網絡覆蓋面大、可實現國際自動漫游等特點，全世界已有近一百個國家和地區建立了GSM數字移動通信網。中國移動通信公司以GSM系統組建了國家數字移動通信網。

    在GSM數字移動通信業務中可提供短信息、呼叫轉移、移動秘書、手機炒股、IP電話等上百種服務，短信息業務SMS（Short Message Service）是其中最常見的一種且增長率最高的數據傳輸服務，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、節日互致問候、電視節目猜獎提問等互動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英國沃達豐（Vodafone）公司的GSM網絡從一臺PC機傳遞到一部手機上的。

    2000年9月中國移動通信與新浪、搜弧、清華深訊、靈通網聯合為全球通手機提供“全球通奧運快訊”短信息點播服務。短信息的功能是通過手機發送和接收有限長度文本信息，文本信息是詞語、數字和字母的組合，一條短信息可以包括160個英文字母或70個非拉丁字母，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、價格低廉等優點，很受用戶歡迎，特別是年輕人，發送短信息已成為一種時尚，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天時間全國共發送短信息70億條，而全年短信息總條數已近千億條。

    第2.5代數字移動通信系統GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現有GSM系統上發展出來的一種新的承載業務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業務。GPRS采用與GSM相同的無線調制標準、相同的頻帶、相同的突發結構、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音業務信道極其相似，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務，特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS是一種新的移動數據通信業務，在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP和X.25服務。GPRS采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用，數據傳輸速率高達160Kbps。使用GPRS技術實現數據分組發送和接收，用戶永遠在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。

2  遠程監控系統

    遠程監控系統通常是指現場監控設備與控制中心相距數百米、數公里、數十公里的系統，早期采用的硬導線連接或光纖、公共電話網、專線通訊等有線通訊方式已不能滿足用戶的要求，而近年來采用的衛星、數傳電臺、無線網橋等無線傳輸方式在經濟上、技術上也存在一些不足，所以人們一直在現場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、減少運營費用。

3  利用手機短信息業務傳輸檢測信號

    如果您是一位工廠廠長、總工程師、總調度長，當您看到關心股票市場的股迷可以在手機上收到股市信息時，您是否會聯想到如果工廠里生產過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過程中的主要信息時，如果能用手機向生產裝置發出一個短信息指令并很快就能收到生產過程中的主要信息那該多好！

    GSM/GPRS數據采集器就是基于移動通信網絡并針對工業數據通信的應用開發的，與數據中心的接口設備一起提供透明數據傳輸通道，組成用戶專用數據網絡。

    以下介紹利用手機短信息業務傳輸檢測信號的簡單原理。

圖1  GSM/GPRS遠程監控系統原理圖

   I/O組件通過標準的RS-232口與GSM/GPRS模塊通信，并將現場檢測到的I/O數據信息打包成“短信息數據包”，通過GSM/GPRS 公眾網絡，將數據信息傳送到指定的手機，或通過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機也可向現場設備發出指令，實現數據雙向傳輸。

    由圖1可見，要實現工業生產過程中的數據通過短信息業務傳輸并不需要數量很多且價格昂貴的設備，只需在一些通用的I/O組件上增加價值數千元的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，比如開關量輸入信號、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品，并已在市場上應用多年。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、浙大中控技術中心的HB-156環保檢測儀等。

    而GSM/GPRS模塊則通常是由手機廠商開發的，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，它是一個完整的GSM Modem，是一種可以進行話音、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，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

    利用手機短信息業務傳輸檢測信號并構成遠程監控系統是一項新技術，國內外一些公司對采集點分散且相距較遠的遠程監控系統采用了GSM/GPRS中的SMS技術，與傳統的有線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成本。采用短信息傳送技術，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通用分組無線傳輸功能的成本為：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的數據（包括排放污水流量值、污水處理設備運行時間等數據）以短信息方式，通過電信部門提供的短信業務定時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間進行實時累計。在每天晚上的固定時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察看分散于市區的監控點的實時運行數據，了解各監控點的實際運行情況，如污水處理裝置是否運行，實際排放污水量的大小等數據。該市環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行排污收費和監視各監控點污水處理設備運行狀況，系統運行成效顯著。

    例二，在另一個城市精細化工園管網自動監控項目中采用了以HB-156環保監測儀為基礎的無線環保集中監測系統，HB-156環保監測儀安裝在企業排污管道的出水口，與在線監測設備（流量計、TOD或COD測量儀、pH計、濁度計等等）相連，利用GSM網絡良好的覆蓋功能和穩定可靠的傳輸通道，通過GSM無線調制解調器以短信息形式把相關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環保監測儀的信息后及時進行存貯、分析和報表統計，使環保部門能隨時直觀地了解到各排污企業的排污情況。目前已成功實現了18個分散監測站與監測中心的聯網，該項目現已通過該市環境監理局的驗收。

    例三，某市煤氣總公司煤氣管網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煤氣調壓站組成。其中分散于市區多個煤氣調壓站采用帶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，通過電信部門提供的短信業務定時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時或定時監控分散于市區多個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，完全滿足煤氣管網安全調度的需要。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行生產指揮、調配資源、安全搶險、決策支持等，取得了良好的成效，大大降低了生產運營成本，減少了事故隱患，在市政公共事業領域和其他類似領域具有很好的推廣前景。

    預裝式變電站是無人值守的，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行監控，并采取措施進行綜合保護。基于GSM移動通信短信息業務的預裝式變電站綜合保護裝置也已在現場成功應用，它采用了GSM通信技術，可利用公用的移動通信網絡，不受通信距離限制，數據信息可以安全傳送到任何地點，保密性極強，且投資較少。

    航標燈有很多也是無人值守的，基于GSM技術的航標燈監測系統，可實現航標燈的工作狀態和技術參數如燈體位置、充電電流、電瓶電壓、負載電流、燈值和顏色等，可通過GSM系統以SMS方式向信息中心提供自動無線傳輸，中心軟件處理系統實現數據的在線管理和分析，并能遙控現場計算機工作。

    綜上所述，人們可以看到如果將信息技術領域發展最為迅速的通信技術與自動化儀表領域的一些技術結合，可以使自動化儀表提高到一個新的水平。