GPRS/SMS在消防中心管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

王春剛

（富智康〈南京〉通訊有限公司，江蘇 南京210029）

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱，是移動(dòng)電話迅猛發(fā)展和Internet廣泛應(yīng)用的必然產(chǎn)物。GPRS自推出以來，已經(jīng)在生產(chǎn)生活的各個(gè)方面得了廣泛應(yīng)用，它具有永遠(yuǎn)在線、按流量計(jì)費(fèi)、快捷登陸、高速傳輸、自如切換等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)GPRS可以按TCP/IP或UTP的方式連接到Internet網(wǎng)，只要有GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方，都可以使用。這比自已建設(shè)無線電臺(tái)網(wǎng)絡(luò)要經(jīng)濟(jì)和快速的多。

現(xiàn)在消防執(zhí)能部門對(duì)各個(gè)單位的消防設(shè)備的管理，特別是電子報(bào)警系統(tǒng)的投入及報(bào)警情況，只能通過人為的、定期的去檢查，這種情況如果出現(xiàn)在大型城市，那么可見檢查只是以抽查方式，而且不是全面的，動(dòng)用許多人力物力，且不能對(duì)這些單位的電子報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備長(zhǎng)期的情況進(jìn)行掌握，而GPRS的應(yīng)用可以完全的克服這些弱點(diǎn)。以市或區(qū)縣為單位的消防執(zhí)能部門，只需要安裝GPRS消防系統(tǒng)管理中心服務(wù)器和管理軟件，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)散落在城市各個(gè)地方電子報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)的管理與控制。當(dāng)然我設(shè)計(jì)的方案也可以使用固定的寬帶網(wǎng)，但GPRS具有布線快，費(fèi)用少特點(diǎn)，也可以在偏遠(yuǎn)的區(qū)域獨(dú)立使用。下面就GRPS實(shí)現(xiàn)方式與實(shí)現(xiàn)的功能闡述如下：

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

消防中心管理系統(tǒng)分為主站和終端兩個(gè)部分，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，裝在各個(gè)用戶現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)終端，一方面通過RS485/RS232接口同消防電子設(shè)備進(jìn)行通信；另一方面通過GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)同安裝在消防局的主站進(jìn)行通信。通過安裝用戶現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)終端，利用GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主站可以對(duì)各個(gè)用戶的消防設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和各種情況的采集，當(dāng)消防設(shè)備有重要數(shù)據(jù)要上報(bào)時(shí)，也可以通過系統(tǒng)終端將這些數(shù)據(jù)上報(bào)給主站，然后主站對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

圖1 消防中心管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

主站系統(tǒng)基于客戶/服務(wù)器（C/S體系）架構(gòu)，完整系統(tǒng)是由前置采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、系統(tǒng)維護(hù)工作站、路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、防火墻、遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器、打印機(jī)等組成。前置采集系統(tǒng)安裝于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，它的作用是起到數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送、轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)的作用。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)終端通過GPRS登陸至前置機(jī)后，前置機(jī)和終端之間就形成了一個(gè)鏈路通道，它們之間可以以TCP/IP或UDP報(bào)文的方式相互收發(fā)數(shù)據(jù)，當(dāng)前置機(jī)收到終端的數(shù)據(jù)后，經(jīng)處理分析將其存于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，以便于系統(tǒng)維護(hù)工作站的維護(hù)與處理，如系統(tǒng)維護(hù)工作站可以通過前置機(jī)對(duì)終端進(jìn)行操作，而終端可以將上報(bào)的報(bào)文傳至前置機(jī)，前置機(jī)將收到的數(shù)據(jù)處理分析將其存于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，也可一起將其傳至系統(tǒng)維護(hù)工作站上。當(dāng)終端系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)將實(shí)時(shí)報(bào)警。

終端系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)，擁有多個(gè)RS485/RS232接口與各種消防設(shè)備進(jìn)行通訊，以及多個(gè)開關(guān)量和模擬量的輸入端子用于監(jiān)視消防設(shè)備的運(yùn)行情況，主站通過GPRS網(wǎng)絡(luò)可以下發(fā)多種參數(shù)設(shè)置給終端，甚至是控制命令,主站也可以召測(cè)終端處理的各種數(shù)據(jù),如消防報(bào)警記錄、故障記錄等；當(dāng)消防設(shè)備有主要的事件（如消防設(shè)備的實(shí)進(jìn)報(bào)警）要上報(bào)時(shí)，可以通過終端將數(shù)據(jù)上報(bào)至主站，主站收到事件后即時(shí)處理，將這些重要事件的信息顯示在工作站上。該終端上還設(shè)置了紅外接口和按鍵，也可以方便的設(shè)置和查詢各種數(shù)據(jù)。終端上可以保存近10天的數(shù)據(jù)，也可根據(jù)配置的MEMORY容量，動(dòng)態(tài)擴(kuò)大保存數(shù)據(jù)的天數(shù)。

2 終端系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

終端系統(tǒng)的整個(gè)硬件設(shè)計(jì)的總體框圖如圖2所示：

圖2 終端系統(tǒng)的整個(gè)硬件設(shè)計(jì)的總體框圖

終端系統(tǒng)的整個(gè)硬件設(shè)計(jì)主要有下面幾個(gè)部分組成：

2.1 中央控制部分的單片機(jī)采用了瑞薩公司出產(chǎn)的30626高性能單片機(jī)或ATML 91以上系列的單片機(jī)，這些單片機(jī)具有處理速度高、編程效率高、接口豐富、地址空間大、抗外部干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。保證的GPRS終端的強(qiáng)大功能和良好的可維護(hù)性和可升級(jí)性。

2.2 GPRS模塊采用了工業(yè)級(jí)的西門子M55等模塊，M55模塊支持標(biāo)準(zhǔn)的AT指令集，具有良好的穩(wěn)定性。接口為232方式，波特率為19200。

2.3 紅外接口可以通過手掌機(jī)方便的對(duì)終端進(jìn)行設(shè)置、控制、查詢的功能。

2.4 FLASH Memory采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT45DB321C等非易失存儲(chǔ)器，具有4M以上字節(jié)空間，可以將重要的數(shù)據(jù)或參數(shù)存儲(chǔ)在這，終端掉電后數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。

2.5 SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用了BSI的BS62LV1600存儲(chǔ)器，具有2M字節(jié)的空間和速度快的優(yōu)點(diǎn)，用于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與交換，可以提高單片機(jī)的運(yùn)行效率。

2.6 232/485接口采用MAX公司生產(chǎn)的232/485芯片，具有抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，用于同消防設(shè)備的通訊，如圖4、圖5。

2.7 I/O控制與監(jiān)視接口采用光電隔離器件，用于對(duì)消防設(shè)備的控制與監(jiān)視。其中8個(gè)端口為控制，8個(gè)端口為監(jiān)視，如圖3為局部圖。

2.8 顯示接口采用LCD大屏顯示方式；鍵盤等接口采用I2C/SPI的芯片，具有良好的特點(diǎn)人機(jī)界面。

圖3 終端I/O控制與監(jiān)視接口圖

圖4 終端485接口圖

3 終端系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

終端系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是基于UCOSII/ULINUX操作系統(tǒng)，這兩種嵌入式操作系統(tǒng)，它具有移植和裁減方便，可以通過信號(hào)、郵箱以及隊(duì)列能夠很好的實(shí)現(xiàn)任務(wù)間的實(shí)時(shí)通訊、系統(tǒng)同步以及多任務(wù)間的管理和調(diào)度。由于篇幅原因在這我就不介紹操作系統(tǒng)，下面主要介紹軟件設(shè)計(jì)的思路。

針對(duì)終端要求的功能，將軟件設(shè)計(jì)成多個(gè)模塊，主要有GPRS通訊驅(qū)動(dòng)模塊、紅外驅(qū)動(dòng)模塊、232/485驅(qū)動(dòng)模塊、I/O口控制與監(jiān)視模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)字典模塊、界面顯示模塊、LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤驅(qū)動(dòng)模塊、軟件規(guī)約模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊、主動(dòng)上報(bào)和告警模塊、軟件下載與升級(jí)模塊、操作系統(tǒng)模塊等。

現(xiàn)將軟件的部分模塊介紹如下：

GPRS通訊驅(qū)動(dòng)模塊：GPRS模塊采用了工業(yè)級(jí)的西門子M55模塊，M55模塊支持標(biāo)準(zhǔn)的AT指令集，具有良好的穩(wěn)定性。接口為232方式，波特率為19200?，F(xiàn)將GPRS驅(qū)動(dòng)模塊登陸連接流程圖顯示如圖6。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：將每一時(shí)刻的信息記錄下來，用于分析處理和存儲(chǔ)。

數(shù)據(jù)分析處理模塊：將實(shí)時(shí)信息與歷史信息分析處理，或進(jìn)行存儲(chǔ)，或進(jìn)行主動(dòng)上報(bào)和告警，或進(jìn)行控制等。

軟件規(guī)約模塊：此模塊是將通訊驅(qū)動(dòng)模塊得到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包和處理的過程，或是將信息打包發(fā)送至主站的過程，在這里使用地是自定義的規(guī)約，此模塊實(shí)現(xiàn)了主站與終端之間的通訊。

軟件下載與升級(jí)模塊：通過此模塊可以實(shí)現(xiàn)終端程序的自動(dòng)下載與升級(jí)，避免了以前要升級(jí)程序時(shí)要跑到現(xiàn)場(chǎng)的煩惱。

主動(dòng)上報(bào)和告警模塊：此模塊能將設(shè)置好的重要的信息上報(bào)至主站，讓主站及時(shí)了解終端的信息。

232/485驅(qū)動(dòng)模塊：此模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜消防設(shè)備的控制與監(jiān)視，消防設(shè)備與終端之間可以通過規(guī)約來實(shí)現(xiàn)這種功能，這也是主要的消防設(shè)備采集端口。

I/O口控制與監(jiān)視模塊：此模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)單的開關(guān)量信號(hào)的消防設(shè)備控制與監(jiān)視，操作比較簡(jiǎn)單。

其它模塊的作用與硬件設(shè)計(jì)時(shí)的作用相似，在這里不再進(jìn)行講述。

圖5 終端232接口圖

圖6 GPRS驅(qū)動(dòng)模塊登陸連接流程圖

4 主站系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在上面已介紹，主站系統(tǒng)基于客戶/服務(wù)器（C/S體系）架構(gòu)，完整系統(tǒng)是由前置采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、系統(tǒng)維護(hù)工作站、路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、防火墻、遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器、打印機(jī)等組成。

前置采集系統(tǒng)安裝于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，它時(shí)刻處于服務(wù)器某些端口的監(jiān)聽狀態(tài)，它的作用是起到數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送、轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)的作用。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)合法的終端通過GPRS登陸至前置機(jī)后，前置機(jī)和終端之間就形成了一個(gè)鏈路通道，它們之間可以以TCP/IP或UDP報(bào)文的方式相互收發(fā)數(shù)據(jù)，當(dāng)前置機(jī)收到終端的數(shù)據(jù)后，經(jīng)處理分析將其存于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，以便于系統(tǒng)維護(hù)工作站的維護(hù)與處理，如系統(tǒng)維護(hù)工作站可以通過前置機(jī)對(duì)終端進(jìn)行操作，而終端可以將上報(bào)的報(bào)文傳至前置機(jī)，前置機(jī)將收到的數(shù)據(jù)處理分析將其存于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，也可一起將其傳至系統(tǒng)維護(hù)工作站上。因?yàn)镚PRS信道在通訊時(shí)每隔一段時(shí)間都要有一段心跳報(bào)文，否則終端會(huì)自動(dòng)下線，在這個(gè)系統(tǒng)中由終端定時(shí)產(chǎn)生心跳報(bào)文，前置機(jī)在收到此報(bào)文后給予應(yīng)答，此心跳報(bào)文也可作為終端檢測(cè)GPRS信道通斷的報(bào)文。

系統(tǒng)維護(hù)工作站安裝于監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)上，通過此工作站可以對(duì)終端進(jìn)行控制與處理，也可以將終端主要信息傳送至系統(tǒng)維護(hù)工作站。

5 其它

由于考慮到終端時(shí)刻處于GPRS狀態(tài)時(shí)，心跳等都是有字節(jié)的數(shù)據(jù)報(bào)文，所以維護(hù)的成本較高，在設(shè)計(jì)中我們可以將終端平時(shí)處于SMS短信狀態(tài)，當(dāng)主站系統(tǒng)要建立與終端的通道時(shí)，可以先發(fā)送一幀短信息去激活終端，終端在接收到短信后自動(dòng)上線，建立與主站系統(tǒng)的信道，此過程同終端剛上電時(shí)相同，所以我們將這樣的過程稱為短信激活；當(dāng)然也可以通過電話振鈴將其激活，我們稱為振鈴激活。此系統(tǒng)還可以擴(kuò)展其它通訊模塊，如CDMA、電話線、LAN、電臺(tái)、串口等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通訊的多樣化。

通過該系統(tǒng)的運(yùn)行，我們可以實(shí)現(xiàn)GPRS消防中心管理系統(tǒng)對(duì)各個(gè)單位的消防設(shè)備的智能管理，及時(shí)了解與掌握各個(gè)單位的消防設(shè)備的狀況，減少了平時(shí)檢查的人力物力，對(duì)保證人民的生命與財(cái)產(chǎn)安全有重要作用。當(dāng)然此系統(tǒng)也可以方便地改造成其它系統(tǒng)，應(yīng)用比較廣泛。