远程无线水文监控系统设计

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1、远程无线水文监控系统设计摘要：本文提出了一种基于GPRS网络的无线远程水文监控系统的设计方案，系统使用GPRS网络，能实现点对多点的数据传输，速度快，成本低。采用多级抗干扰措施，防雷击，可靠性高。安装简单，维护方便，而且实时在线，能保证水文监控中心实时了解大坝、灌渠水情，并及时对紧急情况做出处理。1.引言在水文监控系统中，由于蓄水大坝以及灌渠大都处于野外，跨越地域较大,监测点数量较多,环境比较恶劣，交通、通讯都十分不方便，所以水位、流速流量等状况不能及时反馈到管理处。在夏季多雨季节，暴雨、山洪等突发情况频繁，大坝、河流的水位随时可能超过警戒线，如果不及时处理，

2、很有可能造成严重的后果，所以对大坝、灌渠等进行实时水文监控就尤为显得重要。一般来说，大坝及灌渠地形复杂，监控点分散，距离监控中心较远，有线网络铺设困难，而且维护费用昂贵。在现有的无线通信方式中，建立无线基站耗资巨大，建设周期长；GSM短消息方式使用移动网络，可以避免重复建设，减少成本，但是响应偏慢，不能做到实时传输，而且在野外、山区等信号较弱地区，传输成功率也不容乐观。本文提出的基于GPRS网络的监控系统，使用GPRS网络传输数据，能让水文中心及时了解水情，做到实时监控。GPRS(GeneralPacketRadioService)是通用分组无线业务的简称，它

3、是第2.5代移动通信系统，是GSM向3G的一个过渡【1】。GPRS是在GSM系统基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统，它的基本功能是在移动终端和Internet网络的路由器之间传输分组数据。在GPRS模式下，用户只有在发送或者接收数据时才占用信道资源，因此多个用户可以共享同一无线信道，从而大大提高了无线资源的利用效率。GPRS传输速率较高，理论值高达171.2kbps。GPRS另一个很大的优势是可以保证实时在线，只要连接通路已经建立，便可以随时收发数据，保证了系统的实时性和可靠性。综上所述，GPRS传输方式特别适合于一些流量小，传输频率高，需要及时响应的

4、通讯系统。本系统采用西门子公司生产的MC55GSM模块。MC55内部集成了TCP/IP协议栈，体积小，可靠性高，适应环境能力强【2】。2.系统组成及工作原理本系统主要由三部分组成：数据采集单元、数据传输单元和监控中心。系统的原理框图如图1所示。图中虚线框为数据传输单元，是整个远程无线水文监控系统的核心部分。图1远程无线水文监控系统原理框图系统的主要工作流程如下：数据传输单元在上电初始化完毕后，从运营商处获取本机的IP地址，然后告知监控中心PC初始化结束，等待发送指令。若是首次使用本系统，监控中心首先发送短消息指令给服务器端单片机（指令中包含客户端X的电话号码）

5、，单片机控制MC55模块给客户端X发送短消息，告知服务器的IP地址。客户端X收到短消息后提取IP地址信息，然后和服务器建立TCP连接。连接建立成功后，客户端X将IP地址通过建立的TCP链路发送给服务器。服务器端将其电话号码和IP地址发送给监控中心，并告知可以发送指令获取采集终端数据。监控中心存储客户端X的电话号码和IP地址，并把数据采集终端号Xn发送给客户端X，客户端X通过485总线从数据采集单元Xn获取数据后，将数据回传到服务器，服务器再将数据传送到监控中心PC，完成一个完整的数据传输过程。若监控中心已经存储了客户端X的IP地址，再次建立连接时则无需发送短信

6、，直接给服务器端发送客户端X的IP地址建立连接即可。3.系统硬件设计系统硬件主要是数据采集单元和数据传输单元的设计，其中数据采集单元设计较为简单，本文主要介绍数据传输单元的设计。3.1数据采集单元设计数据采集系统采用内置AD转换的单片机STC12C5410AD作为主控制器【3】。STC12C5410AD是单时钟/机器周期的兼容8051内核单片机，片上集成512字节的RAM，10K的程序存储器，2个定时器，内置了8路10位AD转换器，完全能够满足系统的需要。并且在片上集成了EEPROM，可以将采集到的数据存储，防止掉电丢失。数据采集系统和数据传输系统之间的接口采

7、用485总线。3.2数据传输单元设计数据传输单元负责在监控中心和数据采集终端之间近乎透明地传输数据，除监控中心发来的短消息指令和建立连接指令之外，其他数据都按照原格式在232/485接口和GPRS网络之间传输。数据传输单元原理框图如图2所示。图2数据传输单元原理框图数据传输单元的主控制器采用STC89C58RD+。STC89C58RD+内部有1280字节的RAM，可以进行大容量的数据处理，在本系统中GPRS的数据流可以一次性吞吐，从而提高了处理速度和可靠性；内嵌了32K的ROM，保证了程序的存放空间；内部有MAX810专用复位电路，能够实现软件复位，防止程序跑

8、飞；内置ISP，可以在线编程。3.2.