基于GPRS實(shí)現供水管網(wǎng)遠程自動(dòng)監測系統
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在許多城市里，供水管網(wǎng)和水質(zhì)監測站分布在城區的各個(gè)地點(diǎn)，過(guò)去主要采取人工抄表、電話(huà)報數、現場(chǎng)檢測、手動(dòng)操作調試的原始調度方法。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)了解現場(chǎng)的運行狀況，因此每個(gè)監測站點(diǎn)必須配備值站員對站內運行情況就地監測、記錄、調節，并定期向其所屬的控制中心報告當前的運行數據。由于供水管網(wǎng)地理位置分散，如要對這些指標逐一實(shí)時(shí)檢測，無(wú)疑會(huì )耗費大量的人力物力，給整個(gè)供水系統運行管理增加了相當大的難度。并且利用人工現場(chǎng)采集的方法收集信息數量少、處理慢、傳遞遲，調度處于低級階段，以保證不缺水和維持正常運行為主，談不上優(yōu)化調度。遇上爆漏及其他事故，不能及時(shí)地診斷報警，影響供水管網(wǎng)系統的可靠運行。
本系統就是在傳統供水管網(wǎng)監測系統的基礎上，結合GPRS技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的新型監測系統。系統采用“控制中心―監測站”的構建模式?？刂浦行氖钦麄€(gè)系統運作的核心，負責收集各監測站上傳的監測信息，發(fā)送各種操作命令以控制監測站的動(dòng)作。監測站被分散放置于遠離控制中心的各監測點(diǎn)處，負責完成信息的采集和響應控制中心發(fā)出的控制命令。監測站與控制中心之間可以通過(guò)多種方式進(jìn)行通信，如短信、網(wǎng)絡(luò )和E-mail等方式。由于有的監測站無(wú)人值守，考慮到系統的低功耗設計要求，的設計實(shí)現可根據不同的應用目的和應用環(huán)境，采用特定的技術(shù)形式，利用MSP430F系列單片機與GPRS 模塊構成各監測子站。
2．監測終端硬件設計
監測終端通過(guò)現場(chǎng)傳感器將壓力、流量等物理量變換成模擬信號，經(jīng)過(guò)電路轉換成數字信號送入單片機。單片機對采集到的數據進(jìn)行數字濾波后存儲起來(lái)，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)。
根據監測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 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、便攜式設備的應用中表現出非常優(yōu)良的特性。 MSP430內部具有多通道 12bit的 A/D轉換、片內精密比較器、多個(gè)具有 PWM功能的定時(shí)器、看門(mén)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(kāi)發(fā)有限公司的ETPro++ 模塊來(lái)實(shí)現。該模塊ETPro++內部包含嵌入式 TCP/IP單片機系統部分和 GPRS模塊。他們之間是串口連接（Serial2）用戶(hù)上位機與ETPro++ 也是串口連接（Serial 1）這兩個(gè)串口連接可以進(jìn)行獨立配置和操作的(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．系統節能設計
本系統采用的 MSP430單片機本身就是一款超低功耗的機型，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)現進(jìn)一步減少能量消耗,系統中對模塊的供電采取節能控制方式,即在設定的發(fā)送時(shí)間到時(shí)程序才通過(guò)光電耦合器和中功率線(xiàn)性開(kāi)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(wú)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，即整體系統每天的功耗在 9.8mAh左右，對于容量為 1600mAh的電池大約可以用 160天左右。 4系統軟件設計
4.1 監測終端程序設計 MSP430F149單片機編譯環(huán)境為 IAR Embedded Workbench For MSP430 v3軟件版本，并在該軟件的基礎上調試整個(gè)系統程序。圖 3所示監測終端主程序流程圖。它主要實(shí)現了對系統周?chē)鱾€(gè)器件的初始化，為了能讓系統節省更多的電量，開(kāi)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(kāi)。為了便于系統的初期階段調試，在硬件上還設置了一個(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(wú)論是從硬件上還是軟件上都做到了節省電量的方法。使得系統具有功耗低、操作方便、實(shí)用性強等綜合特點(diǎn)。
4.2 GPRS模塊程序設計
GPRS模塊主要將現場(chǎng)采集的數據定時(shí)發(fā)送給控制中心。GPRS模塊的通信過(guò)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（檢測信號質(zhì)量及 SIM卡安裝狀態(tài)）。命令在程序中被定義成字符數組，并在使用時(shí)通過(guò)串口發(fā)送,下面以短信發(fā)送為例說(shuō)明應用。
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