基于GPRS實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
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在許多城市里，供水管網(wǎng)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)站分布在城區(qū)的各個(gè)地點(diǎn)，過去主要采取人工抄表、電話報(bào)數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、手動(dòng)操作調(diào)試的原始調(diào)度方法。位于控制中心管理若干個(gè)地理位置比較集中的站點(diǎn)的管理人員很難及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況，因此每個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)必須配備值站員對(duì)站內(nèi)運(yùn)行情況就地監(jiān)測(cè)、記錄、調(diào)節(jié)，并定期向其所屬的控制中心報(bào)告當(dāng)前的運(yùn)行數(shù)據(jù)。由于供水管網(wǎng)地理位置分散，如要對(duì)這些指標(biāo)逐一實(shí)時(shí)檢測(cè)，無疑會(huì)耗費(fèi)大量的人力物力，給整個(gè)供水系統(tǒng)運(yùn)行管理增加了相當(dāng)大的難度。并且利用人工現(xiàn)場(chǎng)采集的方法收集信息數(shù)量少、處理慢、傳遞遲，調(diào)度處于低級(jí)階段，以保證不缺水和維持正常運(yùn)行為主，談不上優(yōu)化調(diào)度。遇上爆漏及其他事故，不能及時(shí)地診斷報(bào)警，影響供水管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
本系統(tǒng)就是在傳統(tǒng)供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合GPRS技術(shù)而發(fā)展起來的新型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用“控制中心―監(jiān)測(cè)站”的構(gòu)建模式?？刂浦行氖钦麄€(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的核心，負(fù)責(zé)收集各監(jiān)測(cè)站上傳的監(jiān)測(cè)信息，發(fā)送各種操作命令以控制監(jiān)測(cè)站的動(dòng)作。監(jiān)測(cè)站被分散放置于遠(yuǎn)離控制中心的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處，負(fù)責(zé)完成信息的采集和響應(yīng)控制中心發(fā)出的控制命令。監(jiān)測(cè)站與控制中心之間可以通過多種方式進(jìn)行通信，如短信、網(wǎng)絡(luò)和E-mail等方式。由于有的監(jiān)測(cè)站無人值守，考慮到系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)要求，的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可根據(jù)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境，采用特定的技術(shù)形式，利用MSP430F系列單片機(jī)與GPRS 模塊構(gòu)成各監(jiān)測(cè)子站。
2．監(jiān)測(cè)終端硬件設(shè)計(jì)
監(jiān)測(cè)終端通過現(xiàn)場(chǎng)傳感器將壓力、流量等物理量變換成模擬信號(hào)，經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波后存儲(chǔ)起來，然后利用 AT指令控制 GPRS模塊，發(fā)送到控制中心。采集的時(shí)間間隔和發(fā)送間隔均由時(shí)鐘芯片控制，完成定時(shí)采集和發(fā)送任務(wù)。
根據(jù)監(jiān)測(cè)終端的功能和工作環(huán)境，選擇 TI公司近幾年推出的 16位系列單片機(jī) MSP430作為 CPU。 MSP430工作在 1.8～3.6V電壓下，有正常工作模式（ AM）和 4種低功耗工作模式，可以方便的在各種工作模式之間切換。MSP430的超低功耗使其在電池供電、便攜式設(shè)備的應(yīng)用中表現(xiàn)出非常優(yōu)良的特性。 MSP430內(nèi)部具有多通道 12bit的 A/D轉(zhuǎn)換、片內(nèi)精密比較器、多個(gè)具有 PWM功能的定時(shí)器、看門狗定時(shí)器及大量的 I/O端口等優(yōu)點(diǎn)。GPRS模塊選擇的深圳倚天科技開發(fā)有限公司的ETPro++ 模塊來實(shí)現(xiàn)。該模塊ETPro++內(nèi)部包含嵌入式 TCP/IP單片機(jī)系統(tǒng)部分和 GPRS模塊。他們之間是串口連接（Serial2）用戶上位機(jī)與ETPro++ 也是串口連接（Serial 1）這兩個(gè)串口連接可以進(jìn)行獨(dú)立配置和操作的(例如波特率和流控制方式) 。終端的硬件電路框圖如圖 1示。
3．系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用的 MSP430單片機(jī)本身就是一款超低功耗的機(jī)型，非常適合電池供電的場(chǎng)合。在 1MHz時(shí)鐘下工作電流只有 0.1~400uA，對(duì)于容量為 1600mAh鎳氫電池即使在最大電流消耗下也可以用 170天左右。為實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步減少能量消耗,系統(tǒng)中對(duì)模塊的供電采取節(jié)能控制方式,即在設(shè)定的發(fā)送時(shí)間到時(shí)程序才通過光電耦合器和中功率線性開關(guān)向模塊供電，其它時(shí)間切斷模塊電源.電路如 2所示。
模塊每次通信時(shí)間大約為兩分鐘,模塊的功率為 700mW，如果無異常情況，每天進(jìn)行一次通信，這樣每天模塊的功耗約為 0.14mAh，即整體系統(tǒng)每天的功耗在 9.8mAh左右，對(duì)于容量為 1600mAh的電池大約可以用 160天左右。 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1 監(jiān)測(cè)終端程序設(shè)計(jì) MSP430F149單片機(jī)編譯環(huán)境為 IAR Embedded Workbench For MSP430 v3軟件版本，并在該軟件的基礎(chǔ)上調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)程序。圖 3所示監(jiān)測(cè)終端主程序流程圖。它主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)周圍各個(gè)器件的初始化，為了能讓系統(tǒng)節(jié)省更多的電量，開始就要將 GSM模塊的電源關(guān)閉，需要發(fā)送短信時(shí)才將其電源打開。為了便于系統(tǒng)的初期階段調(diào)試，在硬件上還設(shè)置了一個(gè)手動(dòng)發(fā)短信按鍵。這樣需要在判斷完時(shí)間是否到時(shí)后，再進(jìn)行按鍵的判斷。主程序就是完成按鍵的判斷、端口的掃描以及定時(shí)進(jìn)入低功耗狀態(tài)。這樣無論是從硬件上還是軟件上都做到了節(jié)省電量的方法。使得系統(tǒng)具有功耗低、操作方便、實(shí)用性強(qiáng)等綜合特點(diǎn)。
4.2 GPRS模塊程序設(shè)計(jì)
GPRS模塊主要將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送給控制中心。GPRS模塊的通信過程中主要使用了如下 AT命令：AT+CMGF（選擇SMS模式）、AT+CMGS（SMS發(fā)送）、AT+CSQ（檢測(cè)信號(hào)質(zhì)量及 SIM卡安裝狀態(tài)）。命令在程序中被定義成字符數(shù)組，并在使用時(shí)通過串口發(fā)送,下面以短信發(fā)送為例說明應(yīng)用。
評(píng)論