水位遙測系統(tǒng)的研制.pdf

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1、第32卷第4期人民黃河Vo1．32．No．42010年4月YELLOWRIVERApr．，2010【水文·泥沙】水位遙測系統(tǒng)的研制靳孝峰，張艷(焦作大學(xué)，河南焦作454003)摘要：為滿足網(wǎng)絡(luò)時代對防汛的要求，開發(fā)了以GSM網(wǎng)絡(luò)為平臺、以單片機(jī)控制技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的水位遙測系統(tǒng)，經(jīng)智能信息采集、處理至用戶服務(wù)終端，實現(xiàn)了水位信息共享。試運(yùn)行情況表明：該系統(tǒng)精度達(dá)到了設(shè)計要求，安裝維護(hù)費用低廉。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；全球移動通信系統(tǒng)；單片機(jī)；水位遙測中圖分類號：TP274文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Bdoi：10．3969／j．issn

2、．1000—1379．2010．04．011黃河水位觀測是防汛工作的重要內(nèi)容，人工觀測或傳統(tǒng)的到采集終端的短消息后，得到水位高程及其他相關(guān)信息并存放自記水位觀測措施已不能滿足網(wǎng)絡(luò)時代的防汛要求。筆者開到數(shù)據(jù)庫中，以供查詢和分析研究。當(dāng)用戶需要時，只需啟動發(fā)了以GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)網(wǎng)絡(luò)為收發(fā)模塊，便可將水位信息及數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)信息發(fā)送到手機(jī)平臺、以單片機(jī)控制技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的水位遙測系上或電腦中。統(tǒng)，經(jīng)智能信息采集、信息處理至用戶服務(wù)終端，實現(xiàn)了防汛信息的共

3、享。2智能信息采集終端的設(shè)計系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作過程2．1硬件智能信息采集終端硬件由AT89S51單片機(jī)、GSM通信模系統(tǒng)主要由智能信息采集終端、信息綜合服務(wù)器和用戶終塊、復(fù)位及看門狗電路、時鐘電路、采樣傳感器、A／D轉(zhuǎn)換器、電端3部分構(gòu)成，見圖1。智能信息采集終端由單片機(jī)、GSM模源等組成，完成環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。系統(tǒng)采用塊、檢測、控制4部分組成，主要承擔(dān)水位信息的采集任務(wù)，并AT89S51作為控制主芯片，AT89S51為Atmel公司推出的與將采集的信息通過GSM模塊發(fā)送至信息綜合服務(wù)器；信息綜MCS一51單片機(jī)

4、相兼容的AT89系列單片機(jī)，AT89S51單片機(jī)合服務(wù)器主要由管理控制、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送、終端處理3個模擁有128B的RAM，4KB可串行在線編程ISP(In—systempro—塊組成，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收、存儲、顯示等；用戶終端為用戶提grammable)、可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器和看供水位的共享界面，計算機(jī)終端和GSM手機(jī)用戶終端兩種。門狗電路。由于系統(tǒng)處理的是短消息字符串，片內(nèi)128B的計算機(jī)終端用戶安裝上編制的應(yīng)用程序后，可通過Internet查RAM遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用來處理大量的字符串?dāng)?shù)據(jù)，因此在片外連

5、接閱信息綜合服務(wù)器中的詳細(xì)水位資料；手機(jī)用戶經(jīng)授權(quán)后，可了一塊靜態(tài)存儲器6264，它擁有8KB容量，可以滿足系統(tǒng)的要定時通過手機(jī)獲得水位信息。求。GSM模塊采用西門子TC35，TC35是西門子公司新一代無線通信GSM模塊，設(shè)計小巧、功耗很低，主要由GSM基帶處理器、GSM無線模塊、電源模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口6部分組成。微處理器監(jiān)控芯片采用ADM692；時鐘芯片采用S一3530，時鐘芯片每5min輸出一個中斷信號，請求CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣和轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)采集終端安裝及硬件框架見圖2。2．2軟件為提高水位采樣

6、信號的真實度，該系統(tǒng)利用程序?qū)ν獠扛蓴_進(jìn)行數(shù)字濾波。測量水位時波浪的沖擊可能引起采樣信號圖I系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生瞬時、幅值較大的脈沖干擾，這種干擾一旦出現(xiàn)在采樣時系統(tǒng)工作過程：現(xiàn)場水位數(shù)據(jù)經(jīng)過傳感器、變送器等轉(zhuǎn)變收稿日期：2009—07-01成標(biāo)準(zhǔn)信號，再通過A／D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，采集的數(shù)據(jù)通過作者簡介：靳孝峰(1965一)，男，河南商丘人，副教授，研究方向為電子技術(shù)單片機(jī)的主控程序和發(fā)送數(shù)據(jù)子程序由GSM調(diào)制解調(diào)器應(yīng)用。(TC35模塊)以短消息方式發(fā)送出去。當(dāng)信息綜合服務(wù)器接收E-mail：jxfeng369@163．co

7、rn·23·人民黃河2010年第4期段，就會影響系統(tǒng)的正常工作，因此數(shù)據(jù)采集分機(jī)須對采樣信3．1硬件號進(jìn)行濾波。智能信息采集終端采用中值濾波法，即每5rain監(jiān)控中心服務(wù)器主要包括GSM短信模塊和接口控制模對水位信息連續(xù)采樣5次，然后將采樣值從小到大排隊，再取塊：GSM短信模塊與監(jiān)控終端的GSM短信模塊完全相同；接口中問值為真實信號。在軟件設(shè)計時，為防止干擾，系統(tǒng)軟件中控制模塊通過RS232接口實現(xiàn)與計算機(jī)的通信，由計算機(jī)對監(jiān)安排了“冗余指令”和“軟件陷阱”，同時還考慮到萬一程序“彈測數(shù)據(jù)實現(xiàn)接收、存儲、顯示等一。”，應(yīng)能

8、讓其自動復(fù)位到正常狀態(tài)而設(shè)置了“看門狗”。數(shù)據(jù)3．2軟件采集分機(jī)軟件包括主程序和數(shù)據(jù)傳送子程序0。圖3左側(cè)監(jiān)控中心計算機(jī)控制整個系統(tǒng)短信的接收和發(fā)送，自動把為智能數(shù)據(jù)采集終端主程序流程，右側(cè)為數(shù)據(jù)傳送子程序各監(jiān)控點的上傳數(shù)據(jù)存入水位數(shù)據(jù)庫中，并在監(jiān)控點設(shè)備發(fā)生流程故障時發(fā)出短信報警，提醒工作人員進(jìn)行處理