武漢理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院 武漢 430063

船舶火災(zāi)是一種比較常見(jiàn)的而且有著很大危害性的船舶事故，對(duì)船舶的安全航行構(gòu)成了極大的威脅。現(xiàn)代船舶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)日趨緊湊，火災(zāi)的后果不堪設(shè)想。

很多船舶發(fā)生火災(zāi)時(shí)，船舶管理人員遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)。即使發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，船舶管理人員也不能及時(shí)趕赴現(xiàn)場(chǎng)，從而延誤最佳滅火時(shí)機(jī)。

在通訊高度發(fā)達(dá)的今天，如何將船舶火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)與船舶管理公司安全系統(tǒng)聯(lián)系在一起，形成一個(gè)不可分割的整體，無(wú)疑有著極其重要的意義。

1 西門子MC39I性能簡(jiǎn)介

MC39I提供了完整的GSM和GPRS的無(wú)線接口，用戶可以通過(guò)RS-232串口將其與自己的無(wú)線應(yīng)用系統(tǒng)相連，并使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令對(duì)它進(jìn)行控制，同時(shí)把采集到的信息送到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。它的主要性能指標(biāo)為

1) 數(shù)據(jù)最大存儲(chǔ)容量128 K。

2) 數(shù)據(jù)保存時(shí)間大于10年。

3) 使用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

4) 實(shí)時(shí)處理，主動(dòng)發(fā)送多種報(bào)警信息。

2 智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由處理器、外部存儲(chǔ)器、串口通訊模塊、模擬量采集模塊、看門狗和實(shí)時(shí)時(shí)鐘組成。通訊采用GPRS無(wú)線通信技術(shù)、高性能微處理技術(shù)、嵌入式TCP/IP協(xié)議相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)和無(wú)限網(wǎng)絡(luò)傳輸。系統(tǒng)組成見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)的硬件框

圖2 MC391硬件初始化流程

在本系統(tǒng)中，MC39I模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)各模擬量輸入、各種類型開(kāi)關(guān)量輸入等參數(shù)，分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并做相應(yīng)記錄，該記錄實(shí)時(shí)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到管理中心。一旦發(fā)生報(bào)警，主動(dòng)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送報(bào)警信息。如果監(jiān)控中心需要查詢歷史記錄，本模塊將搜索歷史數(shù)據(jù)并發(fā)送相應(yīng)記錄給監(jiān)控中心的管理主機(jī)。它的主要功能為：

1) 數(shù)據(jù)斷電保護(hù)技術(shù)。

2) 系統(tǒng)的自檢測(cè)和自恢復(fù)。

3) 4路模擬量采集和分析(若多于4路可根據(jù)實(shí)際需要擴(kuò)展)。

4) 實(shí)時(shí)記錄報(bào)警信息和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

5) 實(shí)時(shí)響應(yīng)監(jiān)控中心查詢各種歷史記錄或當(dāng)前實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

3 MC39I硬件上電初始化流程

在本模塊中，MC39I的硬件上電初始化流程見(jiàn)圖2所示。

1) “+++”：讓MC39I進(jìn)入命令狀態(tài)，此時(shí)可發(fā)送其它的AT指令對(duì)MC39I進(jìn)行控制;

2) ATH：掛機(jī)指令，它可在命令狀態(tài)下掛斷數(shù)據(jù)的鏈接。

3) ATV0：該指令讓MC39I進(jìn)入數(shù)據(jù)狀態(tài)此時(shí)可向MC39I發(fā)送任何數(shù)據(jù)。MC39I會(huì)原封不動(dòng)地把它發(fā)送到網(wǎng)上。但MC39I在此之前須保持?jǐn)?shù)據(jù)鏈接。否則返回“error”。

4) ATE0V0Q0：是ATE0、 ATV0、 ATQ0的連寫。該指令讓MC39I以數(shù)字形式返回操作結(jié)果。

4 基于GPRS的數(shù)據(jù)傳輸方案

GPRS即通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)，是在GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)而形成的邏輯實(shí)體，它通過(guò)在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)中增加SGSN (服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)) 和GGSN(網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn))在基站子系統(tǒng)中增加用于無(wú)線分組接入的分組控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。SGSN負(fù)責(zé)移動(dòng)性管理和路由管理，GGSN負(fù)責(zé)在接口連接外部數(shù)據(jù)網(wǎng)如互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)，提供互聯(lián)網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的訪問(wèn)。

GPRS適于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，其主要特點(diǎn)為

1) 永遠(yuǎn)在線，接入速度快。分組交換時(shí)間縮短為1 s。

2) 采用數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)方式，經(jīng)濟(jì)高效。

3) 支持IP協(xié)議。非常適合在涉及地域廣、設(shè)備布局分散的情況下應(yīng)用[1，2]。

圖3以單個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊為例，描述了數(shù)據(jù)經(jīng)采集模塊后，通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和Internet進(jìn)行傳輸，最終到達(dá)用戶的通訊過(guò)程。

圖3 數(shù)據(jù)采集的接收原

具體通訊步聚如下：

1) AT89C52單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)傳送到MC39I模塊；

2) MC39I模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換，再以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送到GPRS無(wú)線基站；

3) 數(shù)據(jù)由GPRS無(wú)線基站發(fā)送到服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)然后與網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)進(jìn)行通信，GGSN將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后發(fā)送到Internet；

4) 采用防火墻在Internet和數(shù)據(jù)采集服務(wù)器(手機(jī))之間進(jìn)行隔離，保證數(shù)據(jù)的安全性；

5) 數(shù)據(jù)采集服務(wù)器接入Internet,接收傳回的數(shù)據(jù)。

5 組網(wǎng)方案

GPRS模塊的組網(wǎng)方案一般來(lái)講有公網(wǎng)靜態(tài)IP方案、動(dòng)態(tài)域名解析方案、SMS通訊方案、APN專線接入方案。其程序流程見(jiàn)圖4[3]。

圖4 程序流程

在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用APN專線接入方案，它具有很好的安全保密性能。監(jiān)控中心通過(guò)DTU或APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道?；谠春湍康牡腎P地址通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)建立IP See加密隧道，專用APN由移動(dòng)公司配置，監(jiān)控終端的SIM卡號(hào)和APN綁定，用于APN專網(wǎng)的SIM卡僅開(kāi)通該專用APN，限制使用其它APN，普通用戶不得申請(qǐng)也進(jìn)不了專用APN。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過(guò)程中泄漏，雙方采用防火墻隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過(guò)濾，采用一條2M APN專線網(wǎng)絡(luò)作為監(jiān)控系統(tǒng)傳輸通訊方式，即可使系統(tǒng)通訊的實(shí)時(shí)性和安全性均得到有效保障。

[1] 趙 亮，黎 峰. GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2005(9)：2552-2554.

[2] 張新成，李慶亮，吳相林，徐立新.基于GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006(27)：2561-2563.

[3] 楊 光，張子凡.基于GPRS的APN網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)在環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2006(18)：8-10.