西门子MC39I在船舶智能火灾报警系统中的应用

武汉理工大学 能源与动力工程学院 武汉 430063

船舶火灾是一种比较常见的而且有着很大危害性的船舶事故，对船舶的安全航行构成了极大的威胁。现代船舶的内部结构日趋紧凑，火灾的后果不堪设想。

很多船舶发生火灾时，船舶管理人员远离现场。即使发现火灾，船舶管理人员也不能及时赶赴现场，从而延误最佳灭火时机。

在通讯高度发达的今天，如何将船舶火灾报警系统与船舶管理公司安全系统联系在一起，形成一个不可分割的整体，无疑有着极其重要的意义。

1 西门子MC39I性能简介

MC39I提供了完整的GSM和GPRS的无线接口，用户可以通过RS-232串口将其与自己的无线应用系统相连，并使用标准的AT命令对它进行控制，同时把采集到的信息送到GPRS网络传输到数据中心。它的主要性能指标为

1) 数据最大存储容量128 K。

2) 数据保存时间大于10年。

3) 使用GPRS网络进行数据传输。

4) 实时处理，主动发送多种报警信息。

2 智能火灾报警系统的硬件设计

该系统主要由处理器、外部存储器、串口通讯模块、模拟量采集模块、看门狗和实时时钟组成。通讯采用GPRS无线通信技术、高性能微处理技术、嵌入式TCP/IP协议相结合的方法实现现场参数实时检测和无限网络传输。系统组成见图1。

图1 系统的硬件框

图2 MC391硬件初始化流程

在本系统中，MC39I模块实时检测各模拟量输入、各种类型开关量输入等参数，分析实测数据并做相应记录，该记录实时通过GPRS网络发送到管理中心。一旦发生报警，主动通过GPRS网络发送报警信息。如果监控中心需要查询历史记录，本模块将搜索历史数据并发送相应记录给监控中心的管理主机。它的主要功能为：

1) 数据断电保护技术。

2) 系统的自检测和自恢复。

3) 4路模拟量采集和分析(若多于4路可根据实际需要扩展)。

4) 实时记录报警信息和现场运行状态数据。

5) 实时响应监控中心查询各种历史记录或当前实测数据。

3 MC39I硬件上电初始化流程

在本模块中，MC39I的硬件上电初始化流程见图2所示。

1) “+++”：让MC39I进入命令状态，此时可发送其它的AT指令对MC39I进行控制;

2) ATH：挂机指令，它可在命令状态下挂断数据的链接。

3) ATV0：该指令让MC39I进入数据状态此时可向MC39I发送任何数据。MC39I会原封不动地把它发送到网上。但MC39I在此之前须保持数据链接。否则返回“error”。

4) ATE0V0Q0：是ATE0、 ATV0、 ATQ0的连写。该指令让MC39I以数字形式返回操作结果。

4 基于GPRS的数据传输方案

GPRS即通用分组无线业务，是在GSM网络的基础上叠加一个新的网络而形成的逻辑实体，它通过在现有GSM网络中增加SGSN (服务GPRS支持节点) 和GGSN(网关GPRS支持节点)在基站子系统中增加用于无线分组接入的分组控制单元来实现。SGSN负责移动性管理和路由管理，GGSN负责在接口连接外部数据网如互联网、企业网，提供互联网或企业内部网的访问。

GPRS适于远程数据采集，其主要特点为

1) 永远在线，接入速度快。分组交换时间缩短为1 s。

2) 采用数据流量计费方式，经济高效。

3) 支持IP协议。非常适合在涉及地域广、设备布局分散的情况下应用[1，2]。

图3以单个数据采集模块为例，描述了数据经采集模块后，通过GPRS无线网络和Internet进行传输，最终到达用户的通讯过程。

图3 数据采集的接收原

具体通讯步聚如下：

1) AT89C52单片机将采集到的数据传送到MC39I模块；

2) MC39I模块对数据进行TCP/IP协议转换，再以数据包的形式发送到GPRS无线基站；

3) 数据由GPRS无线基站发送到服务支持节点(SGSN)然后与网关支持节点(GGSN)进行通信，GGSN将数据进行处理后发送到Internet；

4) 采用防火墙在Internet和数据采集服务器(手机)之间进行隔离，保证数据的安全性；

5) 数据采集服务器接入Internet,接收传回的数据。

5 组网方案

GPRS模块的组网方案一般来讲有公网静态IP方案、动态域名解析方案、SMS通讯方案、APN专线接入方案。其程序流程见图4[3]。

图4 程序流程

在实际应用中，可以采用APN专线接入方案，它具有很好的安全保密性能。监控中心通过DTU或APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。基于源和目的的IP地址通过互联网建立IP See加密隧道，专用APN由移动公司配置，监控终端的SIM卡号和APN绑定，用于APN专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其它APN，普通用户不得申请也进不了专用APN。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中泄漏，双方采用防火墙隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤，采用一条2M APN专线网络作为监控系统传输通讯方式，即可使系统通讯的实时性和安全性均得到有效保障。

[1] 赵 亮，黎 峰. GPRS无线网络在远程数据采集中的应用[J].计算机工程与设计，2005(9)：2552-2554.

[2] 张新成，李庆亮，吴相林，徐立新.基于GPRS远程数据采集系统的设计与实现[J].计算机工程与设计，2006(27)：2561-2563.

[3] 杨 光，张子凡.基于GPRS的APN网络通讯技术在环境监控系统中的应用[J].环境监测管理与技术，2006(18)：8-10.