方原柏

    GSM/GPRS手机短信息业务和远程监控系统看起来好像是两个互不相关的东西，但是当科技人员将它们有机结合在一起的时候，就可以显示出旺盛的生命力。

1  手机通信和手机短信息

    手机的一个比较正式的名字是移动电话，从1978年美国芝加哥开通了第一台模拟移动电话以来，全世界移动通信产业蓬勃发展，截止到2001年7月底，全球移动电话用户数已超过8亿。1987年11月18日，中国移动通信公司在广州开通了我国第一台模拟移动电话，而截止到2001年7月底，中国移动电话用户数已超过1.2亿，已超过美国跃居世界第一位。据2003年4月的最新统计，中国手机用户已超过2.1亿户。

    手机的移动通信是靠网络完成的，第一代模拟移动电话采用的是蜂窝移动通信系统，而第二代数字移动通信系统采用了数字复频技术代替蜂窝模拟技术，它被称为GSM（Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统），是由欧洲主要电信营运商和制造商组成的标准化委员会设计出来的，其特点是严密、完整和公开。GSM的技术成熟，具有可开通的移动通信业务种类多、手机接续速度快、通信质量好、安全保密性强、网络覆盖面大、可实现国际自动漫游等特点，全世界已有近一百个国家和地区建立了GSM数字移动通信网。中国移动通信公司以GSM系统组建了国家数字移动通信网。

    在GSM数字移动通信业务中可提供短信息、呼叫转移、移动秘书、手机炒股、IP电话等上百种服务，短信息业务SMS（Short Message Service）是其中最常见的一种且增长率最高的数据传输服务，正常情况下可达到5秒内完成一条短信息传输的速率，比如约会、节日互致问候、电视节目猜奖提问等互动平台均可采用短信息。1992年12月，世界上第一条短信息是通过英国沃达丰（Vodafone）公司的GSM网络从一台PC机传递到一部手机上的。

    2000年9月中国移动通信与新浪、搜弧、清华深讯、灵通网联合为全球通手机提供“全球通奥运快讯”短信息点播服务。短信息的功能是通过手机发送和接收有限长度文本信息，文本信息是词语、数字和字母的组合，一条短信息可以包括160个英文字母或70个非拉丁字母，如中文汉字或阿拉伯字等。短信息传输具有传输快捷、出错率低、价格低廉等优点，很受用户欢迎，特别是年轻人，发送短信息已成为一种时尚，尽管短信息费用低廉，但每月成百上千条短信息的费用已占手机费用的一半以上。以2003年春节为例，7天时间全国共发送短信息70亿条，而全年短信息总条数已近千亿条。

    第2.5代数字移动通信系统GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM相同的无线调制标准、相同的频带、相同的突发结构、相同的跳频规则以及相同的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS是一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X.25服务。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用，数据传输速率高达160Kbps。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。

2  远程监控系统

    远程监控系统通常是指现场监控设备与控制中心相距数百米、数公里、数十公里的系统，早期采用的硬导线连接或光纤、公共电话网、专线通讯等有线通讯方式已不能满足用户的要求，而近年来采用的卫星、数传电台、无线网桥等无线传输方式在经济上、技术上也存在一些不足，所以人们一直在现场监控设备与控制中心之间寻找一种新的通讯方式，以降低投资、减少运营费用。

3  利用手机短信息业务传输检测信号

    如果您是一位工厂厂长、总工程师、总调度长，当您看到关心股票市场的股迷可以在手机上收到股市信息时，您是否会联想到如果工厂里生产过程中的主要信息也能以这种方式传送到您的手机上那该多好！或者当您需要了解生产过程中的主要信息时，如果能用手机向生产装置发出一个短信息指令并很快就能收到生产过程中的主要信息那该多好！

    GSM/GPRS数据采集器就是基于移动通信网络并针对工业数据通信的应用开发的，与数据中心的接口设备一起提供透明数据传输通道，组成用户专用数据网络。

    以下介绍利用手机短信息业务传输检测信号的简单原理。

图1  GSM/GPRS远程监控系统原理图

   I/O组件通过标准的RS-232口与GSM/GPRS模块通信，并将现场检测到的I/O数据信息打包成“短信息数据包”，通过GSM/GPRS 公众网络，将数据信息传送到指定的手机，或通过GSM/GPRS Modem，将数据信息传送到远程监控系统的PC机上，而手机或PC机也可向现场设备发出指令，实现数据双向传输。

    由图1可见，要实现工业生产过程中的数据通过短信息业务传输并不需要数量很多且价格昂贵的设备，只需在一些通用的I/O组件上增加价值数千元的GSM/GPRS模块即可构成带GSM/GPRS功能的数据采集器。I/O组件可以接收各种I/O信号，比如开关量输入信号、模拟量输入信号（包括热电阻、热电偶、电压、电流、脉冲信号），同时带通讯接口，如RS-232口，具有这种功能的I/O组件比较多，许多公司都有现成的产品，并已在市场上应用多年。目前已用作带GSM/GPRS功能的数据采集器的I/O组件有澳大利亚西雅特（CiT）公司的MOX组件、美国奥普图（OPTO）22公司的SNAP-IT组件、美国UNITRONICS公司的M90带人机接口的O-PLC、北京安控公司的远程测控终端SuperRTU、浙大中控技术中心的HB-156环保检测仪等。

    而GSM/GPRS模块则通常是由手机厂商开发的，如西门子（SIEMENS）公司的TC35系列、Falcom公司的A2D系列、Wavecom公司的WM02系列、诺基亚（NOKIA）公司的M2M、中兴公司的ZXGM18系列等等。以西门子公司的TC35为例，它是一个完整的GSM Modem，是一种可以进行话音、短信息、数据及传真功能的Phase+GSM调制解调器，它拥有900/1800MHz双频功能，支持WAP、GPRS通讯技术，使其可以在多层面上使用。

4  利用手机短信息传输检测信号构成的远程监控系统

    利用手机短信息业务传输检测信号并构成远程监控系统是一项新技术，国内外一些公司对采集点分散且相距较远的远程监控系统采用了GSM/GPRS中的SMS技术，与传统的有线传输或数传电台传输相比，减少了信号干扰、降低了设备投资及运营成本。采用短信息传送技术，大量的电缆可以省去，信号以数字方式传送准确可靠，SMS短信功能的成本为：0.10元/条（集团运行成本更低）；GPRS通用分组无线传输功能的成本为：0.03元/Kbit（集团运行成本可低于200.00元/月）。

    例一，某市环保局污水远程监控系统由控制中心和分散于该市区的各监控点的数据采集器组成，数据采集器采用的是带GSM/GPRS模块UNITRONICS公司的O-PLC。数据采集器将监控点的数据（包括排放污水流量值、污水处理设备运行时间等数据）以短信息方式，通过电信部门提供的短信业务定时将以上数据传送到控制中心，录入SQL Server数据库，并对录入的排放污水流量值、污水处理设备运行时间进行实时累计。在每天晚上的固定时间将当日累计数据上报数据中心。此外，控制中心监控人员可随时察看分散于市区的监控点的实时运行数据，了解各监控点的实际运行情况，如污水处理装置是否运行，实际排放污水量的大小等数据。该市环保局已根据污水远程监控系统所采集的数据和数据处理结果进行排污收费和监视各监控点污水处理设备运行状况，系统运行成效显著。

    例二，在另一个城市精细化工园管网自动监控项目中采用了以HB-156环保监测仪为基础的无线环保集中监测系统，HB-156环保监测仪安装在企业排污管道的出水口，与在线监测设备（流量计、TOD或COD测量仪、pH计、浊度计等等）相连，利用GSM网络良好的覆盖功能和稳定可靠的传输通道，通过GSM无线调制解调器以短信息形式把相关信息传送给监控中心，而监控中心的PC机在接收到多台分散的HB-156环保监测仪的信息后及时进行存贮、分析和报表统计，使环保部门能随时直观地了解到各排污企业的排污情况。目前已成功实现了18个分散监测站与监测中心的联网，该项目现已通过该市环境监理局的验收。

    例三，某市煤气总公司煤气管网安全远程监控系统由控制调度中心、输配所压送机站控制系统、煤气公正计量站和分散于市区多个煤气调压站组成。其中分散于市区多个煤气调压站采用带GSM/GPRS模块的MOX 组件作为数据采集器，数据采集器将煤气调压站的数据以短信息方式，通过电信部门提供的短信业务定时将以上数据传送到控制调度中心，录入SQL Server数据库。煤气调压站的数据包括煤气过滤器前中压力、后中压力、低压力、断电报警、煤气泄漏报警、非法人员入内报警和失压切断报警。

    调度人员在控制中心可实时或定时监控分散于市区多个煤气调压站的运行数据，从而了解各调压站的运行情况和该区居民的用气情况。实际运行结果表明，采用GSM/GPRS短信息传输方式的数据到报率为99.9%以上，完全满足煤气管网安全调度的需要。与以往采用的数传电台方式比较，信号干扰小、维护量小、投资省、防雷要求低。系统投入运行后，调度人员根据所采集数据和数据处理结果进行生产指挥、调配资源、安全抢险、决策支持等，取得了良好的成效，大大降低了生产运营成本，减少了事故隐患，在市政公共事业领域和其他类似领域具有很好的推广前景。

    预装式变电站是无人值守的，为了保证其安全运行，降低系统意外事故，需要对高压室、变压器室、低压室所有重要参数进行监控，并采取措施进行综合保护。基于GSM移动通信短信息业务的预装式变电站综合保护装置也已在现场成功应用，它采用了GSM通信技术，可利用公用的移动通信网络，不受通信距离限制，数据信息可以安全传送到任何地点，保密性极强，且投资较少。

    航标灯有很多也是无人值守的，基于GSM技术的航标灯监测系统，可实现航标灯的工作状态和技术参数如灯体位置、充电电流、电瓶电压、负载电流、灯值和颜色等，可通过GSM系统以SMS方式向信息中心提供自动无线传输，中心软件处理系统实现数据的在线管理和分析，并能遥控现场计算机工作。

    综上所述，人们可以看到如果将信息技术领域发展最为迅速的通信技术与自动化仪表领域的一些技术结合，可以使自动化仪表提高到一个新的水平。