基于GSM通信技術(shù)的地震臺智能監(jiān)控裝置

裴 曉 林航毅

（中國上海200062上海市地震局）

基于GSM通信技術(shù)的地震臺智能監(jiān)控裝置

裴 曉 林航毅

（中國上海200062上海市地震局）

設(shè)計一套基于GSM通信技術(shù)的地震臺站智能監(jiān)控裝置，實(shí)現(xiàn)以下功能：直流電電壓值測量、圖片拍攝、臺站異常告警（供電、溫度、紅外）和遠(yuǎn)程重啟設(shè)備。該裝置在地震臺站的應(yīng)用，可以對臺站故障、異常情況實(shí)時發(fā)現(xiàn)、及時解決，提升地震臺智能化管理水平。以上海測震臺站竹園臺為測試點(diǎn)，該裝置將太陽能和市電完美結(jié)合，打破單一供電模式，使臺站更環(huán)保、穩(wěn)定、持續(xù)，提升臺站設(shè)備的工作狀態(tài)。

GSM；智能監(jiān)控；臺站

0 引言

隨著“十五”、“十一五”項(xiàng)目的推進(jìn)，測震臺站出現(xiàn)更多無人值守臺站。當(dāng)臺站信號中斷時，維護(hù)人員無法遠(yuǎn)程了解故障原因，導(dǎo)致信號恢復(fù)延誤。當(dāng)前，能否盡快確定故障類型，迅速采取積極有效的維修手段，顯得越來越重要（周振安等，2006）。測震臺站儀器故障主要包括：①臺站供電故障，如市電中斷、不間斷電源UPS故障；②通訊鏈路故障，如堵包、通訊設(shè)備死機(jī)；③臺站設(shè)備故障，如數(shù)采死機(jī)。

針對上述故障，維護(hù)人員針對測震臺站特殊性，研制一套成本低廉、使用簡便、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)的測震臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，儀器故障可以通過該裝置實(shí)時監(jiān)控，及時采取措施，減少數(shù)據(jù)中斷時間，對于地震監(jiān)測和臺站維護(hù)工作具有保障作用。

1 裝置設(shè)計原理

在日常生活中，遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置已在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用?；贕SM技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置，摒棄了對有線傳輸網(wǎng)絡(luò)的依賴，能夠體現(xiàn)其不依賴于臺站資源的獨(dú)立性，可以真正意義上監(jiān)控臺站狀態(tài)（李小軍等，2012）。

鑒于測震臺站的實(shí)際需求，在此監(jiān)控裝置中引入無線、遠(yuǎn)程、雙向操作的理念，不僅可以收發(fā)臺站的監(jiān)控信息，也可以遠(yuǎn)程控制“冷啟動”設(shè)備（賈軍等，2012）。研發(fā)的智能監(jiān)控裝置可以通過3種方式與維護(hù)人員進(jìn)行“互動”，見圖1。

2 裝置模塊

該裝置和觀測人員之間有兩種操控模式（單向和雙向），均通過GSM方式傳輸。該裝置由4個模塊組成：數(shù)據(jù)反饋模塊、告警模塊、控制模塊、供電模塊。

圖1 監(jiān)控裝置設(shè)計原理Fig.1 Monitor design principle diagram

2.1 數(shù)據(jù)反饋模塊

數(shù)據(jù)反饋模塊具有測量和拍照功能：可以測量10道AD數(shù)據(jù)，監(jiān)測溫度、穩(wěn)壓電源電壓值數(shù)據(jù)；觀測人員通過發(fā)送“拍照”請求，可以傳輸攝像頭拍攝的圖片。

2.2 告警模塊

告警模塊由3個功能模塊（具有主動性功能，發(fā)生異常，自動發(fā)送短信）組成：①紅外偵測模塊，偵測到人體紅外時，主動發(fā)送告警短信至觀測人員；②220 V市電報警模塊，當(dāng)市電發(fā)生斷電、來電異常時，主動發(fā)送告警短信。此功能可以運(yùn)用在UPS監(jiān)控，使用2組模塊，分別接在UPS前后位置，遠(yuǎn)程監(jiān)控是UPS故障還是市電斷電；③溫度報警模塊，可以監(jiān)測室溫、儀器溫度等，通過設(shè)置溫度閾值，進(jìn)行高、低溫告警，可以與繼電器進(jìn)行聯(lián)動設(shè)置，當(dāng)溫度過高時，自啟動某些功能，如斷電。

2.3 控制模塊

控制模塊為被動性+主動性模塊，觀測人員可以通過發(fā)送短信，遠(yuǎn)程遙控電源的硬件開關(guān)，也可以通過設(shè)置電壓上下限，啟動繼電器進(jìn)行動作切換。

2.4 供電模塊

該裝置自帶獨(dú)立電源，鋰電池組（3節(jié)4.2 V鋰電池）和市電共同供電，即使斷電，配置的8 800 mA鋰電池組也可以工作6—8小時，如果需要長時間續(xù)航，可升級鋰電池的容量。在此裝置中，為鋰電池增加過充過放保護(hù)電板。過充保護(hù)板放置在鋰電池負(fù)極端，保證單節(jié)限制在4.25 V以下，3節(jié)不高于12.75 V。過放保護(hù)通過“過壓欠壓保護(hù)板”實(shí)現(xiàn)，設(shè)置截止電壓為10.5 V。在鋰電池電源中設(shè)計回差電壓為1 V，電壓10.5 V以下停止放電，11.5 V以上開始供電，以防止電路震蕩。

3 應(yīng)用示范

研發(fā)裝置在上海測震臺網(wǎng)臺站竹園臺進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用。竹園臺原來僅有市電和蓄電瓶的單純供電模式，通過該智能裝置，將太陽能供電裝置加入臺站供電模式，原理見圖2。

蓄電瓶通過同步整流、降壓、保護(hù)電路后輸出純凈的12 V直流電，為臺站設(shè)備數(shù)采等進(jìn)行供電。太陽能和220 V市電共同為蓄電瓶充電，通過供電切換控制電路。該電路優(yōu)先選擇太陽能供電，當(dāng)太陽能充電能力下降時，切換至220 V市電。

利用臺站智能監(jiān)控裝置，對竹園臺進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備重啟、市電中斷告警及圖像傳輸實(shí)驗(yàn)，效果良好。智能裝置還可以對蓄電瓶進(jìn)行放電維護(hù)，遠(yuǎn)程開啟臺站加裝的20 W放電器即可。

在竹園臺進(jìn)行2組溫度和4組電壓測量。L1為室溫，L2為測量限流電阻內(nèi)部溫度。限流電阻溫度如果比室溫升高，說明該電阻限流功能正常。U1為蓄電瓶電壓。U2、U3為經(jīng)二極管降壓隔離后的電壓，U4為220 V市電轉(zhuǎn)化為直流穩(wěn)壓電的電壓值，若U4為0，說明市電中斷。圖3為手機(jī)遠(yuǎn)程測量竹園臺的實(shí)時數(shù)據(jù)值。

同時在竹園臺進(jìn)行繼電器設(shè)置，竹園臺蓄電瓶電壓U1下限值設(shè)置在12 V，經(jīng)二極管降壓隔離后，電壓U3下限值設(shè)置在11 V。圖4為接收的竹園臺告警短信，U1為11.953 V時，該智能裝置自動打開繼電器，啟動市電為蓄電瓶充電。

在智能裝置協(xié)調(diào)下，太陽能和市電搭配，使竹園臺供電方式更加持續(xù)、穩(wěn)定、環(huán)保，提升了臺站設(shè)備的工作能力。

圖2 竹園臺應(yīng)用示范原理Fig.2 Application demonstration at Zhuyuan Seismic Station

圖3 手機(jī)遠(yuǎn)程測量監(jiān)控數(shù)據(jù)Fig.3 Monitoring data for mobile remote measurement

圖4 手機(jī)遠(yuǎn)程接收報警短信Fig.4 Alarm message received by mobile phone

4 結(jié)束語

臺站智能監(jiān)控裝置實(shí)現(xiàn)了多路設(shè)備電壓的遠(yuǎn)程測量功能，能通過短信、告警和遠(yuǎn)程操控，并保證了操作的可靠性和測量的有效性；完成了自帶獨(dú)立電源的設(shè)計和組裝，具有過充過放雙保護(hù)功能；將電信號轉(zhuǎn)化為控制信號，實(shí)現(xiàn)硬件的開關(guān)功能。

該裝置解決臺站無人值守的缺陷，能夠?qū)崟r監(jiān)測臺站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，具備防盜、防火偵測功能，設(shè)備遠(yuǎn)程重啟解決設(shè)備堵包、死機(jī)問題，第一時間處理故障，節(jié)省人力、財力，節(jié)約時間（李小軍等，2013）。該裝置在上海地震臺網(wǎng)的臺站使用，為臺站保駕護(hù)航，提升了臺站的地震監(jiān)測能力和運(yùn)行質(zhì)量。

周振安，王秀英，劉愛春.地震前兆臺站環(huán)境監(jiān)控功能的設(shè)計［J］.地震地磁觀測與研究，2006，27（2）：51-55.

賈軍，王卓，鄧陽，常征，等.智能電源裝置在測震臺網(wǎng)遠(yuǎn)程維護(hù)中的應(yīng)用［J］.地震地磁觀測與研究，2012，33（5/6）：286-291.

李小軍，李冬圣，毛國良，常亮.基于單片機(jī)的地震臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控［J］.地震地磁觀測與研究，2012，33（2）：84-87.

李小軍，袁國旭，李冬圣，等.基于JB35GSM模塊的地震臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)［J］.地震地磁觀測與研究，2013，34（3）：231-233.

Research and development and application of intelligent monitoring system in Shanghai station based on GSM network communication technology

Pei Xiao and Lin Hangyi
（Earthquake Administration of Shanghai Municipality，Shanghai 200062，China）

A set of intelligent monitoring device of stations based on GSM communication technology is designed.The following functions: DC voltage measurement，pictures were taken，station faults（power supply，temperature，ir） and remote restart your device are implemented.The devices have been applied in stations.The real-time failure and abnormal situation of station can be found，and timely solved.The devices can improve the intelligent management of station.Taking Zhuyuan station of Shanghai seismic stations as an example，the device will perfectly combine solar and grid for power station equipment，broke the single power supply mode，make the station more environmental friendly，stable and sustainable，and improve the work station equipment state.

GSM，intelligent monitoring，station

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.021

裴曉（1982—），女，江蘇鹽城人，南京理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位，工程師，從事地震監(jiān)測相關(guān)研究。E-mail：peixiao0307@163.com

地震科技星火計劃項(xiàng)目（XH14021Y）和上海市地震局專項(xiàng)2015-7共同資助

本文收到日期：2015-05-08