張 翼，劉海波，繆小平，許 艾，楊孝源

(解放軍理工大學(xué)，江蘇 南京 210007)

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基于GSM的人防工程環(huán)境監(jiān)測(cè)短信報(bào)警平臺(tái)研究

張 翼，劉海波，繆小平，許 艾，楊孝源

(解放軍理工大學(xué)，江蘇 南京 210007)

人防工程實(shí)現(xiàn)內(nèi)部設(shè)備自動(dòng)化是必然的趨勢(shì)，分析了人防工程內(nèi)部設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)中環(huán)境監(jiān)測(cè)故障遠(yuǎn)程報(bào)警面臨的問(wèn)題，提出了將內(nèi)部設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)故障觸發(fā)的警情信息通過(guò)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communication,GSM)通信模塊及時(shí)發(fā)送給工程維護(hù)管理人員的方法，開(kāi)發(fā)了人防工程內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)短信報(bào)警平臺(tái)，有效地解決了人防工程維護(hù)管理工作的時(shí)間和空間的限制，提高了工程維護(hù)管理的時(shí)效性和便利性。

GSM通信模塊；短信報(bào)警；設(shè)備自動(dòng)化；人防工程

0 引言

人防工程是為保障人民防空指揮、通信、掩蔽等需要而建造的防護(hù)建筑，是防備敵人空襲，有效地掩蔽人員和物資，保存戰(zhàn)爭(zhēng)潛力的重要設(shè)施[1]。隨著信息時(shí)代的高速發(fā)展，人防工程提出了實(shí)現(xiàn)內(nèi)部設(shè)備自動(dòng)化的目標(biāo)[2]，目的是提高工程保障能力，減少維護(hù)管理人員，降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗，大大提高工程的維護(hù)管理水平[3-4]。在戰(zhàn)時(shí)，指揮中心值班人員會(huì)對(duì)人防工程內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題會(huì)快速反應(yīng)并處理。當(dāng)前人防工程大多處于平時(shí)維護(hù)保養(yǎng)期，維護(hù)管理人員沒(méi)有全天候在工程內(nèi)部值守。當(dāng)工程內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)出現(xiàn)異常而發(fā)出報(bào)警時(shí)，非值班時(shí)期維護(hù)管理人員往往不能及時(shí)得知。若故障第一時(shí)間得不到處理，可能造成設(shè)備損壞、環(huán)境惡化等嚴(yán)重問(wèn)題[5]。因此，實(shí)現(xiàn)人防工程內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)的遠(yuǎn)程報(bào)警意義重大。

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)GSM技術(shù)研究較為深入[6]，對(duì)基于GSM通信模塊的分布式監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了深入研究。針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中部分溫室地點(diǎn)偏僻、位置分散等特點(diǎn)，黃培[7]設(shè)計(jì)了一種通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)提供的短消息業(yè)務(wù)(Short Message Service, SMS)和通用分組無(wú)線服務(wù)(General Packet Radio Service, GPRS)網(wǎng)絡(luò)對(duì)溫室群進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的系統(tǒng)。張璘等人[8]設(shè)計(jì)了一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。蔡曉艷等人[9]研究了GSM 短信模塊的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)硬件和軟件的整體設(shè)計(jì)方案、器件選型、單元電路設(shè)計(jì)及整體電路連接。由此可知，GSM技術(shù)適用于監(jiān)測(cè)范圍廣、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)分散、檢測(cè)環(huán)境復(fù)雜的檢測(cè)任務(wù)。如果將GSM通信模塊引入人防工程內(nèi)部設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)中，將能很好地解決人防工程環(huán)境監(jiān)測(cè)的遠(yuǎn)程報(bào)警這一難題，并且能夠大大提高工程管理的實(shí)時(shí)性和有效性。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖1 分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)前，人防工程內(nèi)部設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)多采用分布式控制系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、管理和分散控制的綜合性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[10]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。上位機(jī)是指可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)，一般是個(gè)人計(jì)算機(jī)或服務(wù)器，屏幕上顯示各種信號(hào)變化，如人防工程內(nèi)部設(shè)備液壓、水位、溫度和濕度等。下位機(jī)是直接控制設(shè)備和獲取設(shè)備狀況的計(jì)算機(jī)，一般是可編程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)、單片機(jī)等。上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制相應(yīng)設(shè)備。下位機(jī)不時(shí)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，一般為模擬量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后反饋給上位機(jī)。由此可見(jiàn)，上位機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)神經(jīng)中樞和信息匯集地，各類(lèi)報(bào)警信號(hào)也將匯集到上位機(jī)，因此當(dāng)上位機(jī)產(chǎn)生報(bào)警記錄時(shí)，立即將報(bào)警信息通過(guò)GSM通信模塊發(fā)送到工程管理人員的手機(jī)上，則可極大地提高工程管理效率。

圖2 系統(tǒng)流程圖

上位機(jī)軟件通常是由組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)而成的。組態(tài)軟件，又稱(chēng)“組態(tài)監(jiān)控軟件”(Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA)，是數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，處于自動(dòng)控制系統(tǒng)的監(jiān)控層。它是通過(guò)靈活的組態(tài)方式，為用戶(hù)提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。常用的組態(tài)軟件有WinCC、InTouch、Ifix、世紀(jì)星和組態(tài)王等。這些組態(tài)軟件的功能大同小異，因此本系統(tǒng)選用適用范圍較廣和代表性較強(qiáng)的西門(mén)子的WinCC組態(tài)軟件作為測(cè)試環(huán)境，其他組態(tài)軟件原理類(lèi)似。主要工作流程如圖2所示。

下位機(jī)采集傳感器檢測(cè)到的參數(shù)信息并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)上傳至上位機(jī)；上位機(jī)組態(tài)軟件根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警條件進(jìn)行判定；如參數(shù)值符合報(bào)警觸發(fā)條件則觸發(fā)報(bào)警并將報(bào)警記錄歸檔；報(bào)警平臺(tái)定時(shí)讀取報(bào)警記錄信息并判斷是否有新警情出現(xiàn)，如有，則通過(guò)GSM通信模塊發(fā)出警情短信通知工程管理人員迅速處理。系統(tǒng)硬件連接如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)硬件連接圖

2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求，短信報(bào)警平臺(tái)除了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)外，還包含四個(gè)功能模塊：通信鏈接模塊、警情信息讀取模塊、基本信息管理模塊和系統(tǒng)日志模塊。平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境為：操作系統(tǒng)：Windows 7 旗艦版；開(kāi)發(fā)平臺(tái)：.Net Frame Work 4.5；開(kāi)發(fā)環(huán)境：Visual Studio 2012；開(kāi)發(fā)語(yǔ)言：C#.net；數(shù)據(jù)庫(kù)：Microsoft Office Access 2007。

2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)采用Microsoft Office Access 2007。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求，數(shù)據(jù)庫(kù)共包含四個(gè)數(shù)據(jù)表，分別為：?jiǎn)挝恍畔⒈?UnitInfo)、工程管理人員信息表(PersonInfo)、日志表(LogInfo)和警情信息表(AlarmInfo)。單位信息表、工程管理人員信息表號(hào)和警情信息表字段定義如表1～表3所示。

表1 單位信息表(UnitInfo)字段

表2 工程管理人員信息表(PersonInfo)

表3 警情信息表(AlarmInfo)

2.2 通信鏈接模塊

通信鏈接模塊的主要功能是建立GSM通信模塊與上位機(jī)間的通信鏈路。安裝驅(qū)動(dòng)程序后，GSM通信模塊將虛擬成上位機(jī)的一個(gè)串口，兩者進(jìn)行串口通信。通信模塊的二次開(kāi)發(fā)包內(nèi)包含了鏈接的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件sms.dll，調(diào)用其中的Sms_Connection函數(shù)即可建立鏈接。引入代碼如下：

[DllImport(“sms.dll”, EntryPoint=“Sms_Connection”)]

public static extern uint Sms_Connection

(string CopyRight, uint Com_Port, uint Com_BaudRate,

out string Mobile_Type, out string CopyRightToCOM);

執(zhí)行代碼如下：

Sms_Connection(CopyRightStr, uint. Parse(TextBox_Com. Text), 9600, out strType, out CopyRightToCOM) ==1;

2.3 警情信息讀取模塊

WinCC的數(shù)據(jù)庫(kù)分為設(shè)計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)兩種，分別放在相關(guān)的目錄。由于警情歸檔記錄是存儲(chǔ)在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的，因此只需關(guān)注運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)即可。運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)名稱(chēng)為“CC_工程名_年_月_日_時(shí)_分_秒R”。因此，當(dāng)WinCC運(yùn)行時(shí)，打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)管理器查看數(shù)據(jù)庫(kù)名稱(chēng)即可。由于警情是隨時(shí)可能被觸發(fā)的，因此可以采用Timer定時(shí)器來(lái)定時(shí)讀取警情信息記錄表，判斷是否有新警情產(chǎn)生，定時(shí)器時(shí)間間隔可自行定義。數(shù)據(jù)庫(kù)代碼如下：

WinCCOLEDBConnectionStrings=“Provider=

WinCCOLEDBProvider. 1; Date Source=BJRFJ-7O4A491DB

WINCC; Catelog=“+sDsn+”;”;

objWinCCOleDbConnection=new OleDbConnection(WinCCOLEDBConnectionStrings);

objWinCCOleDbConnection. Open();

讀取最新警情的SQL語(yǔ)句如下：

String strSQL=“ALARMVIEW:SELECT*FROM

AlgViewCHT DateTime>’“+tfrom+”’AND DateTime<’“+tto+”’order by DateTime desc”;

2.4 基本信息管理和系統(tǒng)日志模塊

基本信息管理模塊主要用于管理工程人員的基本信息和手機(jī)號(hào)碼等，以便發(fā)送報(bào)警短信時(shí)使用。對(duì)于工程管理而言，工程維護(hù)日志是非常重要的。因此系統(tǒng)日志模塊將系統(tǒng)發(fā)送的短息記錄保存到Access數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便后期查詢(xún)。

2.5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)短信故障報(bào)警平臺(tái)主界面如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)主界面

信息維護(hù)子界面如圖5所示。

圖5 信息維護(hù)子界面

3 結(jié)論

將本短信報(bào)警平臺(tái)應(yīng)用到多個(gè)人防工程中，都可以及時(shí)將人防工程內(nèi)部設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的報(bào)警信息發(fā)送到指定的工程管理人員的手機(jī)中，使之能夠隨時(shí)隨地了解工程內(nèi)的報(bào)警信息，驗(yàn)證了本短信報(bào)警平臺(tái)的可靠性，極大地提高了工程維護(hù)管理的效率。隨著無(wú)線通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)的飛速發(fā)展，將人防工程內(nèi)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)同步到公有云或私有云端，可使工程管理人員在任何地方實(shí)時(shí)監(jiān)控工程的整體運(yùn)行情況，是下一步急需研究的方向。

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Research on the SMS alarm platform of environment monitoring based on GSM in civil air defense engineering

Zhang Yi, Liu Haibo, Miao Xiaoping, Xu Ai, Yang Xiaoyuan

(PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China)

It is an inevitable trend to implement building automation in civil air defense engineering. In this paper, the problem of remote alarm of environment monitoring problems of the building automation system in civil air defense engineering is analyzed. The paper puts forward the method of sending the alarm information triggered by the environment monitoring problems of the building automation system to the engineering maintenance and management staffs in time through the Global System for Mobile Communication (GSM) communication module. Civil air defense engineering internal environment monitoring Short Message Service (SMS) alarm platform has been developed, which can effectively solved the time and space constraints of maintenance and management works in civil air defense engineering, and improve the timeliness and convenience.

GSM communication module; SMS alarm; building automation; civil air defense engineering

TP311

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.14.024

張翼，劉海波，繆小平，等.基于GSM的人防工程環(huán)境監(jiān)測(cè)短信報(bào)警平臺(tái)研究[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36(14)：79-81.

2016-12-30)

張翼(1992-)，通信作者，男，碩士研究生，主要研究方向：國(guó)防工程內(nèi)部設(shè)備及智能化。E-mail:zhangyi_plaust@163.com。

劉海波(1982-)，男，碩士，助教，主要研究方向：國(guó)防工程內(nèi)部設(shè)備及智能化。

繆小平(1957-)，男，博士，教授，主要研究方向：國(guó)防工程內(nèi)部設(shè)備及智能化。