基于GSM通信的SZF型波浪浮標(biāo)接收系統(tǒng)

摘要：SZF型波浪浮標(biāo)是一種能自動(dòng)、定點(diǎn)、定時(shí)(或連續(xù))地時(shí)波浪水文要素進(jìn)行測(cè)量的小型浮標(biāo)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。原本的SZF型波浪浮標(biāo)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是通過岸站接收機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。接收機(jī)可以符合野外接收需要，但為了能滿足不同用戶的需要，該文采用PC機(jī)接收，并編寫友好的人機(jī)接收界面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和使用。上位機(jī)接收系統(tǒng)使用VC++開發(fā)，具備數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢功能。通過多次的試驗(yàn)檢測(cè)和拷機(jī)測(cè)試，通信狀況良好，能滿足數(shù)據(jù)接收要求，提高了數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)效率。該系統(tǒng)的開發(fā)大大地降低了海洋監(jiān)測(cè)過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和后續(xù)數(shù)據(jù)處理的難度，可作為SZF型波浪浮標(biāo)的配套軟件進(jìn)行推廣。
關(guān)鍵詞：SZF型波浪浮標(biāo)；GSM通信；VC++；接收系統(tǒng)

波浪是海洋監(jiān)測(cè)中的重要監(jiān)測(cè)參數(shù)。SZF型波浪浮標(biāo)通過GSM通信將監(jiān)測(cè)的海浪參數(shù)上傳到岸站接收系統(tǒng)，通過上位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示、二次處理來進(jìn)行預(yù)定海域的海浪參數(shù)監(jiān)測(cè)。本文正是基于Microsoft Visual C++強(qiáng)大的可視化編程環(huán)境來開發(fā)接收系統(tǒng)，完成友好的人機(jī)交互操作界面。

1 SZF型波浪浮標(biāo)簡(jiǎn)介
SZF型波浪浮標(biāo)是國(guó)家863計(jì)劃海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)成果標(biāo)準(zhǔn)化定型產(chǎn)品，自定型以來已在我國(guó)海洋臺(tái)站、海洋工程、海洋調(diào)查等領(lǐng)域應(yīng)用。
SZF型波浪浮標(biāo)采用重力加速度原理進(jìn)行波浪測(cè)量，當(dāng)波浪浮標(biāo)隨波面變化作升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)，安裝在浮標(biāo)內(nèi)的垂直加速度計(jì)輸出一個(gè)反映波面升沉運(yùn)動(dòng)加速度的變化信號(hào)，對(duì)該信號(hào)做二次積分處理后，即可得到對(duì)應(yīng)于波面升沉運(yùn)動(dòng)高度變化的電壓信號(hào)，將該信號(hào)做模／數(shù)轉(zhuǎn)換和計(jì)算處理后可以得到波高的各種特征值及其對(duì)應(yīng)的波周期。利用波高傾斜一體化傳感器、方位傳感器除可以測(cè)得波高的各種特征值和對(duì)應(yīng)的波周期外，還可以測(cè)得浮標(biāo)隨波面縱傾、橫傾和浮標(biāo)方位的三組參數(shù)，通過計(jì)算處理，得到波浪的傳播方向。浮標(biāo)測(cè)得的波浪各特征值，由浮標(biāo)上的通信機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的發(fā)送傳遞，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯。
原本的數(shù)據(jù)接收處理機(jī)外型為一臺(tái)式機(jī)箱，尺寸不大于400 mm×400 mm×160 mm，重量不大于15 kg。起著接收、處理浮標(biāo)發(fā)送數(shù)據(jù)的作用。其中安裝了數(shù)據(jù)處理和控制板、數(shù)據(jù)接收機(jī)、接收天線、微型打印機(jī)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。另外具備與計(jì)算機(jī)通信的RS 232接口，可將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給計(jì)算機(jī)。由于體積小重量輕攜帶方便，可以適合野外等場(chǎng)合作業(yè)。但在岸站接收數(shù)據(jù)的情況下，需要配備一臺(tái)PC機(jī)以進(jìn)行上傳數(shù)據(jù)給上一級(jí)數(shù)據(jù)中心。在此基礎(chǔ)上，使用PC機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和上傳兩種功能，節(jié)省了不必要的開支。

2 GSM通信接口設(shè)計(jì)
GSM是全球性標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩無線電通信系統(tǒng)，具有防盜拷能力佳、網(wǎng)絡(luò)容量大、手機(jī)號(hào)碼資源豐富、穩(wěn)定性強(qiáng)不易受干擾、信息靈敏等特點(diǎn)。適合作為近海海域通信系統(tǒng)媒介。
SZF型波浪浮標(biāo)通過GSM模塊來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)以短信形式發(fā)送至短信中心，短信中心再轉(zhuǎn)發(fā)給岸站接收模塊。由于網(wǎng)絡(luò)原因，網(wǎng)絡(luò)中心短信可能出現(xiàn)延發(fā)現(xiàn)象，接收模塊可能同時(shí)接收到多包數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)信息包含浮標(biāo)處理器時(shí)鐘的發(fā)送時(shí)間，這樣接收包中解析數(shù)據(jù)不會(huì)造成數(shù)據(jù)的混亂。
本文采用的GSM模塊接口為五芯TTL電平，上位機(jī)接口為RS 232接口，在模塊和上位機(jī)之間使用電平轉(zhuǎn)換線連接以適應(yīng)上位機(jī)的接口電平。接口設(shè)計(jì)如圖1，圖2所示。電源使用10 V直流電源。