地下水動(dòng)態(tài)水位信號采集系統的設計與實(shí)現
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3.1 工作過(guò)程簡(jiǎn)述
在設備開(kāi)啟后，單片機會(huì )執行各功能模塊的初始化程序，之后從時(shí)鐘日歷芯片中讀取當前的日期和時(shí)間，之后判斷此時(shí)刻是否超過(guò)設定的測量時(shí)刻，如果超過(guò)測量時(shí)刻則進(jìn)入測量狀態(tài)，此時(shí)單片機會(huì )開(kāi)啟對測量電路的供電，延時(shí)等待傳感器穩定后，會(huì )連續采集100次數據存入RAM中。采集后測量電路供電將關(guān)閉，經(jīng)過(guò)中值濾波法求得最終保留的數據，再將數據保存到單片機片上的EEPROM中。當程序判斷當前時(shí)間超過(guò)了上傳的時(shí)刻，則會(huì )開(kāi)啟GSM模塊，等待GSM模塊入網(wǎng)后先接收供電然后將要發(fā)送的數據按照AT指令打包，并以短信的形式發(fā)給目的設備。如果數據發(fā)送超時(shí)，單片機將會(huì )把滯留的數據包存放在單片機內部的EEPROM中等待下一次上傳。最后關(guān)閉GSM模塊又回到循環(huán)時(shí)間的查詢(xún)狀態(tài)。
數據采集頻率為1日2次，在測量時(shí)刻到來(lái)時(shí)，CPU啟用升壓電路為壓力傳感器和信號調理電路供電，啟動(dòng)A/D轉換器供電，采集壓力傳感器數據和電池電壓數據后，關(guān)閉供電電路，進(jìn)行數據處理，測量結果保存在單片機內部的EEPROM中?？赏ㄟ^(guò)命令修改數據上傳時(shí)間。為了節省數據總線(xiàn)上的功耗，時(shí)間讀取不是實(shí)時(shí)的，用定時(shí)器中斷服務(wù)程序進(jìn)行讀取，每分鐘讀取1次。上傳的數據總是前一天測得的數據。
在程序運行的整個(gè)過(guò)程單片機內部的看門(mén)狗計數器被一直啟用，用于監視采集器的正常工作，如果死機或程序執行混亂，看門(mén)狗定時(shí)器會(huì )使單片機復位。
3.2程序流程圖
程序流程圖如圖2所示本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/188569.htm
3.3 協(xié)議設計
AT指令集是 ETSI (歐洲通信技術(shù)委員會(huì ) ) 發(fā)布的一種移動(dòng)平臺與設備終端的通用接口指令 , 其中包含對SMS的控制[7]。采集器向上位機系統傳輸數據的內容包括功能碼、日期時(shí)間和采集到的數據。每一字節數據為ASCII碼形式。協(xié)議包括2個(gè)部分：
(1)采集器上傳報文的格式(除去AT指令):DT(數據說(shuō)明)_上傳時(shí)間_測量日期_時(shí)間1_水深(單位:m)_時(shí)間2_水深(單位:m)#(結束)，以一個(gè)數據示例的文本形式為：DT_2008/11/09/16:00_2008/11/08_02:00_23.40_14:00_23.10_16:00#。此數據的內容是上傳時(shí)間為2008年11月9日16:00，2008年11月8日，2:00時(shí)水深23.40m14:00時(shí)，水深23.10m。
(2)上位機系統對采集器發(fā)送命令的報文的格式(除去AT指令) ：ST(設置說(shuō)明)_設置日期及時(shí)間_時(shí)間1_水深(單位:m)_時(shí)間2_水深(單位:m)_上傳時(shí)間#(結束)，以文本的形式表示則為：ST_2008/11/08/09:00_05:00_20:00_14:00#。此數據的內容是時(shí)間設置為2008年11月8日9點(diǎn)，2次采集時(shí)間設置為5:00和20:00,上傳時(shí)間設為14:00。
在發(fā)送這條短信后采集器下一次發(fā)送短信的目的地址自動(dòng)調整為該地址。
4實(shí)際測試
4.1數據傳輸
在數據傳輸的測試中調整程序，使每隔半小時(shí)就上傳一次數據，中途隨機發(fā)送對采集器設置的信息，設置的上傳時(shí)間忽略不計，表1所列是接收450個(gè)短信息中的一部分。
表中，346和347號數據表明在2008/11/09/14:00時(shí)GSM模塊發(fā)生了入網(wǎng)超時(shí)，信息發(fā)送不成功，在14：30時(shí)原先發(fā)送失敗的數據被重新成功發(fā)送。
在450個(gè)數據傳輸測試的過(guò)程中出現入網(wǎng)超時(shí)率為0.67%，數據丟失率為0。進(jìn)行過(guò)50次設置，設置失敗率為8%，但是后期延長(cháng)超時(shí)時(shí)間后，測試100次，設置失敗率降為2%。
4.2能耗測試
(1)靜態(tài)等候：?jiǎn)纹瑱C工作在32.768 kHz時(shí)鐘下電流消耗小于20μA，測量電路和GPRS模塊處于斷電狀態(tài)，供電推挽輸出為低電平時(shí)MOS管的漏電流小于10μA，時(shí)鐘日歷芯片獨立供電基本可以連續工作8年以上，將不計入功耗分析。每天24h運行，一天的能耗共計720 μAh。
(2)測量： LT1613消耗1 mA的自身工作電流，傳感器工作時(shí)消耗的電流為10 mA(12V)，實(shí)測5 V供電時(shí)從電池組吸取25 mA的電流，電壓基準源消耗1 mA，A/D轉換器工作時(shí)消耗3 mA。測量的整個(gè)過(guò)程小于300 ms，每次測量共計消耗2.4 μAh的電能。
(3)數據上傳：GSM模塊在發(fā)送數據時(shí)電流為500 mA，接收數據時(shí)為20 mA,靜態(tài)時(shí)為2.5 mA， GSM模塊獨立測試過(guò)程中，一次數據上傳過(guò)程小于20 s，大約需要消耗200 μAh的電能。
綜上所述，一天測量2次上傳1次的工作過(guò)程共消耗0.925 mAh的電能。如果用電量為800 mAh的堿性電池可連續工作800天以上。但是由于電池保質(zhì)期和電池本身的自放電，再加上電量低水平時(shí)的內阻，可以保證至少一年正常工作。
此采集終端靜全天正常工作的耗電量為0.925 μAh，采用4節AA型堿性電池可維持一年以上連續正常工作，測量誤差小于0.16%，與上位機系統通信協(xié)議接口簡(jiǎn)單、可靠性高。能夠較好地滿(mǎn)足地下水動(dòng)態(tài)監測系統的下位機系統的需要。
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