李志剛

【摘 要】本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對涵洞水位信息進行實時的監(jiān)測、報警、存儲、上報，通過 GPRS 無線網(wǎng)絡向遠程監(jiān)控中心傳輸數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)能夠解決城市涵洞水位無法測量的難題。

【關鍵詞】涵洞水位監(jiān)測；GPRS；嵌入式系統(tǒng)

1.系統(tǒng)概述

最近幾年，夏季暴雨頻繁，北京、成都、廣州等地都發(fā)生過城市涵洞人、車溺水事故，主要原因在于不知涵洞水位?；诔鞘泻此槐O(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測、顯示涵洞水位，當水位超過警戒線時，自動發(fā)出警報，及時提醒過往行人。本系統(tǒng)的開發(fā)能夠補充城市涵洞排水不夠完善的缺點，切實消除安全隱患，保證人民生命和財產(chǎn)安全。

2.系統(tǒng)總體設計

本文所設計的城市涵洞水位監(jiān)測系統(tǒng)采用GPRS通信方式，并采取自報/應答混合的工作方式，主要由以下三部分組成：監(jiān)測節(jié)點、GPRS 網(wǎng)絡和遠程監(jiān)控中心。監(jiān)測節(jié)點的主要功能是檢測涵洞水位信息，并通過 GPRS網(wǎng)絡與遠程監(jiān)控中心實現(xiàn)互通。遠程監(jiān)控中心的主要功能是處理涵洞數(shù)據(jù)存儲、接收等水位信息，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)分析及查詢等。城市涵洞水位監(jiān)測總體設計如圖1所示。

3.硬件設計

3.1監(jiān)測節(jié)點子系統(tǒng)

監(jiān)測節(jié)點控制子系統(tǒng)硬件核心為LPC2368的處理器，可以將傳感器調(diào)理電路感知到的水位信號進行處理?？刂破鞯腁D接口通過 I/V 轉(zhuǎn)換電路連接水位傳感器?？刂破鞯?UART0 接口通過 RS232 串口通信電平接口轉(zhuǎn)換電路連接 GPRS 模塊，用以傳輸水位數(shù)據(jù)?？刂破鞯?SPI 接口連接存儲模塊，用以存儲水位數(shù)據(jù)。水位傳感器采用 WL400 投入式壓力傳感器。量程為 10m，精度為±1%，分辨率為 1mm，工作電壓為 12V。監(jiān)測節(jié)點將傳感器采集上來的水位信號轉(zhuǎn)換為水位數(shù)據(jù)信息，通過給GPRS模塊發(fā)送AT指令，使其按照一定格式發(fā)送數(shù)據(jù)給遠程監(jiān)控中心。水位傳感器采集的水位信息，輸出為 4-20mA 標準電流信號，通過 I/V 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成標準電壓信號后，傳輸給控制器?？刂破魍ㄟ^對水位信號的處理后，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號存儲在存儲模塊中，當水位超過警戒線后啟動報警模塊，并通過通信模塊GPRS將數(shù)字信號傳輸給遠程監(jiān)控中心。監(jiān)測節(jié)點子系統(tǒng)硬件設計如圖2所示。

3.2 GPRS通信子系統(tǒng)

本系統(tǒng)平臺應用于城市涵洞，既要保證將釆集到的水位信息及時有效的發(fā)送到監(jiān)測中心，同時又要求在系統(tǒng)監(jiān)測節(jié)點發(fā)生故障時能夠發(fā)出報警信息，綜合各方面考慮，釆用GPRS與SMS混合通信的方式，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與報警反饋的功能。

設備的串口根據(jù)接收數(shù)據(jù)中的通道選擇命令來決定數(shù)據(jù)通過GPRS或SMS方式來發(fā)送數(shù)據(jù)，方式轉(zhuǎn)換采用虛擬串口即軟件復用串口方式，通過AT指令選擇工作在哪個通道。通信模塊釆用SIMCOM公司的雙頻GSM/GPRS SIM900A，對通信模塊的控制由MCU發(fā)出的AT指令進行控制，沒有引出語音接口，外部功能模塊主要是電源接口、SIM卡接口以及MCU相關的接口等。GPRS模塊與控制器通過串口進行收發(fā)數(shù)據(jù)，如圖3所示：

3.3遠程監(jiān)控中心

遠程監(jiān)控中心主要將無線基站發(fā)出的水位信息入庫，在此基礎上管理和分析水位數(shù)據(jù)。系統(tǒng)開發(fā)主要基于J2EE平臺，采用B/S架構的管理模式，采用分層的MVC的架構設計模式，包含實時數(shù)據(jù)顯示、報表輸出、統(tǒng)計分析、超標報警、系統(tǒng)時鐘、參數(shù)設置等功能。

4.軟件設計

本設計中選用的μC/OS-II嵌入式實時操作系統(tǒng)，結構簡單，主要優(yōu)點有：本操作系統(tǒng)采用C語言和匯編語言編寫，而且其中絕大部分是C語言，易于上手，修改方便。監(jiān)測節(jié)點軟件流程如圖4所示：

5.小結

本論文研究開發(fā)了一種面向城市涵洞水位監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以嵌入式處理器為基礎，通過GPRS無線通信技術，對城市涵洞水位信息進行采集、傳輸、報警等處理，實現(xiàn)了水位監(jiān)測的實時性和自動化。 [科]

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