摘 要：一種基于工業(yè)應(yīng)用頻段和GSM短信平臺的多點遠程水位自動測量模式，整個系統(tǒng)由測量現(xiàn)場、測量前端、監(jiān)測中心三部分組成，多個測量現(xiàn)場通過投入式變送器，采用同頻時序分址編碼方式傳送水位信息，接收靈敏度高，傳輸距離遠，抗干擾能力強且投入成本較少。測量前端準實時地采集監(jiān)測河段水位數(shù)據(jù)，經(jīng)編碼后以GSM短信息形式傳送到監(jiān)測中心，進行存儲、查詢、分析、統(tǒng)計。 關(guān)鍵詞：遠程數(shù)據(jù)傳輸;自動測量;數(shù)據(jù)采集;無線通訊 1 引言 　　目前，我國有二線防洪大堤約30萬公里，中小型水庫30萬座，大中型排澇泵站2000座。由于儀器技術(shù)、設(shè)備價格、經(jīng)費等瓶頸因素制約，導(dǎo)致防洪排澇調(diào)度所需垸內(nèi)調(diào)蓄湖泊、河網(wǎng)渠系和中小型水庫等水文信息少而滯后。采用投入式水位測量、數(shù)據(jù)編碼無線變送、時序分址接收方案以及利用GSM系統(tǒng)中短信息傳輸平臺，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，我們研發(fā)了遠程多點水位全自動測量系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于湖南省洞庭湖區(qū)防洪排澇調(diào)度實時水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，實現(xiàn)了大面積水文數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化實時采集。 2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及各部分功能 　　系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，整個系統(tǒng)由測量現(xiàn)場、測量前端、監(jiān)測中心三部分組成。測量現(xiàn)場分布在水域的上、下游各處，采集水位等數(shù)據(jù)，通過工業(yè)應(yīng)用315MHz信道，以同頻時序分址編碼方式發(fā)送給測量前端。測量前端分布于各水域觀測站，實現(xiàn)多點接收，存儲測量現(xiàn)場水位信息，并以LED實時數(shù)顯，同時將數(shù)據(jù)按一定方式編碼，按照短信息格式進行封裝，經(jīng)GSM模塊發(fā)送給監(jiān)測中心，接收監(jiān)測中心的指令，修改自身工作參數(shù)。監(jiān)測中心可以設(shè)置測量前端工作模式、相關(guān)初始化參數(shù)，獲得測量前端工作狀態(tài)，接收測量前端短信息數(shù)據(jù)，提取測量現(xiàn)場采集水位數(shù)據(jù)，將水位數(shù)據(jù)記錄在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中，能夠查詢、統(tǒng)計、分析處理，打印相關(guān)報表。 [align=center] 圖1 遠程水位自動測量系統(tǒng)總體框圖[/align] 3 設(shè)計及實現(xiàn) 　　3.1 測量現(xiàn)場功能實現(xiàn)。測量前端方框圖如圖2所示： [align=center] 圖2 測量現(xiàn)場方框圖[/align] 　　3.1.1 水位信號獲得與處理 　　投入式水壓變送器利用壓力換算方式測量水位。本系統(tǒng)采用MPX2100擴散硅力敏壓阻器件，MPX2100帶有溫度補償特性,具有良好線性度,輸出電壓與所加壓力成精確正比例關(guān)系, MPX2100完成水位壓力轉(zhuǎn)換成毫伏級差模電壓信號。因信號調(diào)理與輸出需要，用XTR115芯片，將MPX2100輸出毫伏級電壓經(jīng)運算放大成1-5v標準信號電壓。因ASK調(diào)制方式發(fā)送需要, 該電壓須進行A/D轉(zhuǎn)換,本系統(tǒng)是通過LM331芯片完成A/D（V/F）轉(zhuǎn)換的,將1-5v水位電壓變成1-5kHz頻率信號。 　　3.1.2水位數(shù)據(jù)編碼發(fā)送 　　編碼發(fā)射主要由PT2262編碼IC和高頻調(diào)制、功率放大電路組成，如圖2所示。PT2262是一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編碼電路，有12位（A0-A11）三態(tài)地址端管腳（懸空,接高電平,接低電平），任意組合可提531441地址碼，PT2262最多可有6位（D0-D5）數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出。編碼芯片PT2262 發(fā)出編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整碼字,與此同時相應(yīng)數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，其第17 腳輸出經(jīng)調(diào)制串行數(shù)據(jù)信號，當17腳為高電平期間，315MHz高頻發(fā)射電路起振，并發(fā)射等幅高頻信號，當17腳為低平期間，315MHz高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全受控于PT2262的17腳輸出數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當于調(diào)制度為100%調(diào)幅。編碼發(fā)射模塊有效作用距離在室外可達3～4km，如果需要，還可在其與測量現(xiàn)場之間加中繼器，通信距離將成倍增加。 　　3.2 測量前端功能實現(xiàn)。測量前端方框圖如圖3所示： [align=center] 圖3 測量前端方框圖[/align] 　　3.2.1 解碼接收 　　PT2272采用雙列18 條引線，其中A0～A5：加密地址編碼輸出端，與PT2262 中A0～A5 狀態(tài)相同。D0～D5：控制數(shù)據(jù)輸出端，為六位二進制數(shù)碼，鎖存輸出。VT:譯碼有效指示端，當譯碼有效時，VT 端由低電平變?yōu)楦唠娖?。當接收?15MHz無線電信號時，它要先進行兩次核對，如果本地址與發(fā)射電路地址編碼相一致，便在解碼指示端VT 輸出為1，同時將發(fā)射電路2262 的數(shù)據(jù)輸出端D0～D2數(shù)據(jù)并行地輸出在2272 的D0～D2 端，實現(xiàn)譯碼輸出。接收解調(diào)模塊和單片機STC89C52接在一起組成多點對一點的開放式接收系統(tǒng)，對各測量點信號進行地址和數(shù)據(jù)碼分離（解碼）后，再將多路數(shù)據(jù)打包送給GSM模塊，GSM模塊將數(shù)據(jù)以短信息形式遠程傳送。 　　3.2.2 無線數(shù)顯 　　接收測量現(xiàn)場發(fā)射315MHz信號，經(jīng)解碼后的串行脈沖送至STC89C52單片機，以計頻方式由STC89C52單片機讀取數(shù)據(jù)進行處理后顯示，為方便將被測點水位換成海拔高度, 無線智能數(shù)顯表盤前面設(shè)有讀數(shù)初始值與滿幅量程設(shè)定鍵, 以便隨機設(shè)定。 　　3.2.3 短信息發(fā)送和接收 　　本系統(tǒng)采用DTR2006 GSM模塊來實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸，該模塊提供RS232/RS485/TTL等多種數(shù)據(jù)接口，使用基于GSM網(wǎng)短信服務(wù)，穩(wěn)定、安全、可靠。因測量工作需要，要求每次發(fā)送短信息給監(jiān)控中心時，在短信息中附加數(shù)據(jù)采集實時時間，為此我們在設(shè)計中加入了標準時間發(fā)生器，采用了工業(yè)級高精度實時時鐘芯片SD2203AP，該芯片具有內(nèi)置晶振、支持I2C總線、年誤差小于2.5 分鐘。 4 監(jiān)測中心功能實現(xiàn) 　　4.1 短信息編解碼 　　DTR2006 GSM模塊工作模式有主站和從站之分，監(jiān)測中心GSM模塊應(yīng)設(shè)置為主站，測量前端GSM模塊應(yīng)設(shè)置為從站。其短信息發(fā)送和接收格式規(guī)定如下： 　　Fn + NUM + DCS + UDL + UD + 03 　?。?）Fn　n為電話號碼長度（1 Byte），通常為“00001011”。 　　（2）NUM 電話號碼（接收方號碼）（1-8 Byte）。 　?。?）DCS編碼方式（1 Byte） 00: 7-Bit ASCII code;04: 8-Bit byte;08:UNICODE碼。 　?。?）UDL數(shù)據(jù)長度（1 Byte） 取值范圍：01～8cH。 　?。?）UD數(shù)據(jù) （1-140 Byte），數(shù)據(jù)編碼格式:采集時間（年、月、日、時、分共5 Byte）+測量現(xiàn)場編號（1 Byte）+ 水位數(shù)據(jù)（壓力值，2 Byte）+測量現(xiàn)場編號（1 Byte）+ 水位數(shù)據(jù)（壓力值，2 Byte）+ …。 　?。?）03結(jié)束標志（1 Byte）。 　　4.2 水位數(shù)據(jù)存儲 　　考慮到本系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)量大，對數(shù)據(jù)庫性能要求較高，且歷史數(shù)據(jù)有很大保留價值，所以選用了大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)Oracle9i，配備一臺專用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，監(jiān)控中心計算機通過中心所在局域網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，完成水位數(shù)據(jù)存取。業(yè)務(wù)建庫標準采用國家防汛指揮系統(tǒng)工程《防洪工程數(shù)據(jù)庫設(shè)計報告》，實時雨水情數(shù)據(jù)庫標準采用國家防汛指揮系統(tǒng)工程《實時水雨情庫表結(jié)構(gòu)》。對沒有國家或行業(yè)標準但是使用頻繁，數(shù)據(jù)量多的字段或經(jīng)常需要進行排序、統(tǒng)計的字段，定義本系統(tǒng)內(nèi)統(tǒng)一代碼編制規(guī)則和代碼表。 　　4.3 應(yīng)用軟件設(shè)計 　　我們使用VC++開發(fā)了監(jiān)測中心所需應(yīng)用軟件，采用Windows標準圖形用戶界面，主要功能模塊有：參數(shù)設(shè)置、權(quán)限設(shè)置、查詢統(tǒng)計、報表輸出、自動報警等功能。限于篇幅，此部分介紹從略。 5、結(jié)束語 　　本系統(tǒng)采用基于無線和短信息平臺的遠程數(shù)據(jù)采集方案，具有技術(shù)先進、準確度高、自動化程度高、造價低、安裝方便、使用簡單、適應(yīng)于野外惡劣環(huán)境等優(yōu)點。該系統(tǒng)經(jīng)湖南省計量檢測研究院檢定，系統(tǒng)綜合測量精度達1‰,在法定的無線發(fā)射功率下，有效傳輸距離可達2km，產(chǎn)品經(jīng)湖南省洞庭湖區(qū)多個排澇泵站使用，效果良好。 本文作者創(chuàng)新點： 　　1、為降低工程造價，數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場與測量前端間采用無線連接，數(shù)據(jù)與指令用短信遠程自動傳輸方案。 　　2、為普及應(yīng)用，測量前端采用無需計算機（PC）支持，全無人值守。 　　3、為減少投入，數(shù)據(jù)前端可多位置無線接收、數(shù)字顯示，安裝使用極為方便。 　　4、為實現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟運行：A、多組數(shù)據(jù)采用捆綁打包發(fā)送;B.數(shù)據(jù)采集時間間隔可由監(jiān)測中心設(shè)定。 參考文獻： 　　[1]沈兆軍,毛敏.利用GSM短信息業(yè)務(wù)實現(xiàn)智能家居[J].微計算機信息,2006,22（1-3）: 211-213 　　[2]員天佑,謝閱.基于GSM的遠程住宅智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 微計算機信息,2006,22（5-1）: 95-96 　　[3]王婍犇,劉錦高.基于GPS無線定位/GSM短信收發(fā)的空間信息查詢系統(tǒng)[J].微計算機信息,2006,22（2-3）: 184-186 　　[4]秦龍,錢林杰,王渝梅.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)[J]. 計算機工程與設(shè)計,2006,27（6）:1033-1035