西門子MC39I在船舶智能火災報警系統中的應用

武漢理工大學 能源與動力工程學院 武漢 430063

船舶火災是一種比較常見的而且有著很大危害性的船舶事故，對船舶的安全航行構成了極大的威脅。現代船舶的內部結構日趨緊湊，火災的后果不堪設想。

很多船舶發生火災時，船舶管理人員遠離現場。即使發現火災，船舶管理人員也不能及時趕赴現場，從而延誤最佳滅火時機。

在通訊高度發達的今天，如何將船舶火災報警系統與船舶管理公司安全系統聯系在一起，形成一個不可分割的整體，無疑有著極其重要的意義。

1 西門子MC39I性能簡介

MC39I提供了完整的GSM和GPRS的無線接口，用戶可以通過RS-232串口將其與自己的無線應用系統相連，并使用標準的AT命令對它進行控制，同時把采集到的信息送到GPRS網絡傳輸到數據中心。它的主要性能指標為

1) 數據最大存儲容量128 K。

2) 數據保存時間大于10年。

3) 使用GPRS網絡進行數據傳輸。

4) 實時處理，主動發送多種報警信息。

2 智能火災報警系統的硬件設計

該系統主要由處理器、外部存儲器、串口通訊模塊、模擬量采集模塊、看門狗和實時時鐘組成。通訊采用GPRS無線通信技術、高性能微處理技術、嵌入式TCP/IP協議相結合的方法實現現場參數實時檢測和無限網絡傳輸。系統組成見圖1。

圖1 系統的硬件框

圖2 MC391硬件初始化流程

在本系統中，MC39I模塊實時檢測各模擬量輸入、各種類型開關量輸入等參數，分析實測數據并做相應記錄，該記錄實時通過GPRS網絡發送到管理中心。一旦發生報警，主動通過GPRS網絡發送報警信息。如果監控中心需要查詢歷史記錄，本模塊將搜索歷史數據并發送相應記錄給監控中心的管理主機。它的主要功能為：

1) 數據斷電保護技術。

2) 系統的自檢測和自恢復。

3) 4路模擬量采集和分析(若多于4路可根據實際需要擴展)。

4) 實時記錄報警信息和現場運行狀態數據。

5) 實時響應監控中心查詢各種歷史記錄或當前實測數據。

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圖2所示。

1) “+++”：讓MC39I進入命令狀態，此時可發送其它的AT指令對MC39I進行控制;

2) ATH：掛機指令，它可在命令狀態下掛斷數據的鏈接。

3) ATV0：該指令讓MC39I進入數據狀態此時可向MC39I發送任何數據。MC39I會原封不動地把它發送到網上。但MC39I在此之前須保持數據鏈接。否則返回“error”。

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

4 基于GPRS的數據傳輸方案

GPRS即通用分組無線業務，是在GSM網絡的基礎上疊加一個新的網絡而形成的邏輯實體，它通過在現有GSM網絡中增加SGSN (服務GPRS支持節點) 和GGSN(網關GPRS支持節點)在基站子系統中增加用于無線分組接入的分組控制單元來實現。SGSN負責移動性管理和路由管理，GGSN負責在接口連接外部數據網如互聯網、企業網，提供互聯網或企業內部網的訪問。

GPRS適于遠程數據采集，其主要特點為

1) 永遠在線，接入速度快。分組交換時間縮短為1 s。

2) 采用數據流量計費方式，經濟高效。

3) 支持IP協議。非常適合在涉及地域廣、設備布局分散的情況下應用[1，2]。

圖3以單個數據采集模塊為例，描述了數據經采集模塊后，通過GPRS無線網絡和Internet進行傳輸，最終到達用戶的通訊過程。

圖3 數據采集的接收原

具體通訊步聚如下：

1) AT89C52單片機將采集到的數據傳送到MC39I模塊；

2) MC39I模塊對數據進行TCP/IP協議轉換，再以數據包的形式發送到GPRS無線基站；

3) 數據由GPRS無線基站發送到服務支持節點(SGSN)然后與網關支持節點(GGSN)進行通信，GGSN將數據進行處理后發送到Internet；

4) 采用防火墻在Internet和數據采集服務器(手機)之間進行隔離，保證數據的安全性；

5) 數據采集服務器接入Internet,接收傳回的數據。

5 組網方案

GPRS模塊的組網方案一般來講有公網靜態IP方案、動態域名解析方案、SMS通訊方案、APN專線接入方案。其程序流程見圖4[3]。

圖4 程序流程

在實際應用中，可以采用APN專線接入方案，它具有很好的安全保密性能。監控中心通過DTU或APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。基于源和目的的IP地址通過互聯網建立IP See加密隧道，專用APN由移動公司配置，監控終端的SIM卡號和APN綁定，用于APN專網的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其它APN，普通用戶不得申請也進不了專用APN。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中泄漏，雙方采用防火墻隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾，采用一條2M APN專線網絡作為監控系統傳輸通訊方式，即可使系統通訊的實時性和安全性均得到有效保障。

[1] 趙 亮，黎 峰. GPRS無線網絡在遠程數據采集中的應用[J].計算機工程與設計，2005(9)：2552-2554.

[2] 張新成，李慶亮，吳相林，徐立新.基于GPRS遠程數據采集系統的設計與實現[J].計算機工程與設計，2006(27)：2561-2563.

[3] 楊 光，張子凡.基于GPRS的APN網絡通訊技術在環境監控系統中的應用[J].環境監測管理與技術，2006(18)：8-10.