基于嵌入式GSM模塊的水文監測系統的設計

摘要：依托完善的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )，采用西門(mén)子公司的嵌入式GSM模塊MC35，輔以計算機、單片機、雙音多頻信號發(fā)生器UM9121O和解碼器MT8 870、水位傳感器等構成江河水位監測系統，由監測中心和多個(gè)監測點(diǎn)的監測子機組成，監測子機的監測數據通過(guò)MC35以短信方式上傳給主機，上傳的時(shí)間間隔可自動(dòng)調整，也可由主機發(fā)送指令設定，還可通過(guò)移動(dòng)通信的話(huà)音通道用雙音多頻信號傳送。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信；短信服務(wù)；雙音多頻；水位監測

0 引言

監測收集江河水位漲落情況，并送到相關(guān)水文管理部門(mén)是水文工作中的一項重要任務(wù)，特別是雨季，監測工作尤為重要，由于觀(guān)測點(diǎn)多、分散性大、距離遠且往往地處偏僻，因此在數據采集尤其是要求頻繁采集時(shí)存在困難。目前，移動(dòng)通信網(wǎng)已十分發(fā)達，信號基本覆蓋了城鄉各地，同時(shí)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)種類(lèi)也在不斷推出，包括單向收費、免月租計費、包月包短信等各種套餐。在此形式下，遠程數據監測系統中利用短信平臺來(lái)傳輸非頻繁短數據成為一種省投資、省運行成本、免維護的很實(shí)用的方案。監測系統采用嵌入式GSM模塊，集成數據采集等電路完成基于短信服務(wù)平臺和話(huà)務(wù)平臺的無(wú)線(xiàn)監測傳輸網(wǎng)絡(luò )的設計。它有2種方式：短信方式傳送數據和雙音多頻(DTMF)方式，兩者可互補，試驗表明該設計成本低、可靠性高、實(shí)用性強。

1 監測系統組成概述

如圖1所示，系統由一個(gè)監測主機和若干個(gè)監測點(diǎn)子機構成，它們通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)的短信平臺和話(huà)務(wù)平臺構成信息通道，所依托的移動(dòng)通信運營(yíng)商及模式?jīng)]有限制。在通常情況下，各測點(diǎn)用短信方式定時(shí)向監測中心傳送水位實(shí)時(shí)監測數據，定時(shí)間隔可智能判斷、自動(dòng)調整，遇汛期水位波動(dòng)大，單片機根據水位的變化速率給出定時(shí)間隔，這在洪水季節水位波動(dòng)大時(shí)十分必要。監測中心也可以用短信方式向某子機發(fā)出指令，對子機的數據傳送間隔或其他功能要求進(jìn)行設置。如遇短信通道擁擠、堵塞，或有特別需求，監測中心還可用通話(huà)方式通過(guò)“撥號呼叫”接通監測點(diǎn)話(huà)路，然后監測點(diǎn)用DTMF信號來(lái)傳送數據以作為互補。

2 水位測量方案

采用“浮球法”將水位增量轉為電壓值：基本結構如圖2所示，浮球1跟隨水位漲落而上下移動(dòng)，通過(guò)鋼絲索3以及傳動(dòng)機構帶動(dòng)精密多圈電位器轉動(dòng)，球體2是平衡球。多圈電位器將+5 V電壓轉換成與水位相對應的電壓值ui，再經(jīng)A／D轉換成數字量，由單片機檢測、計算。為消除風(fēng)浪所造成的水面波動(dòng)，“浮球法”必須建造豎井，將浮球置于井中以使水面平穩。

3 測點(diǎn)監測子機構成原理

如圖3所示，主要由嵌入式GSM模塊MC35、DTMF信號發(fā)生器UM91210、單片機AT89S51、水位變換測量模塊、顯示模塊等部分組成。

MC-35是西門(mén)子公司出品的移動(dòng)通信模塊，具有短信收發(fā)、撥號呼出、全雙工語(yǔ)音通信等功能，各項功能均由一個(gè)異步串行通信接口接收來(lái)自單片機或PC機的AT指令而實(shí)現；多圈電位器、4位半雙積分模／數轉換器ICL7135通過(guò)圖2裝置將水位變化量轉換成數字量送給單片機89S 51的中斷口P3．3，經(jīng)單片機計算處理后，一方送LED串行顯示模塊；若需要上傳數據另一方面按照規定的格式組成AT指令數據包，由單片機的串口TXD送出，GSM模塊MC35的串口RXD接收后即以短信方式發(fā)往主機。

一般情況下，水位數據以智能定時(shí)方式主動(dòng)上傳，但主機也可以向子機發(fā)短信指令要求上傳或設定定時(shí)間隔等，MC35收到來(lái)自主機的短信，從串口TXD輸出．單片機的RXD接收后即執行相應功能。

如遇短信信道堵塞，主機還可以向子機“撥號”呼叫，這時(shí)子機RINGO端會(huì )輸出振鈴信號，該信號周期為低1S高4S，單片機的INT0(P3.2)端檢測到這一信號即通過(guò)串口向MC35寫(xiě)入一條“接收電話(huà)”的AT指令，使MC35進(jìn)入“通話(huà)”狀態(tài)，同時(shí)把水位數據轉換為控制碼從P1口輸出給DTMF發(fā)生器UM91210，UM91210隨即根據控制碼從TONE端輸出相對應的雙音多頻信號，GSM模塊MC35的MIC+(話(huà)筒輸入)端接收該信號并通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )發(fā)往主機。水位數據由5位10進(jìn)制數組成，P1口每送一次控制碼，只完成1位(10進(jìn)制數)的上傳，P1口連續多次給出控制碼，即可完成整組數據的上傳。