基于嵌入式GSM模塊的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：依托完善的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，采用西門子公司的嵌入式GSM模塊MC35，輔以計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、雙音多頻信號(hào)發(fā)生器UM9121O和解碼器MT8 870、水位傳感器等構(gòu)成江河水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由監(jiān)測(cè)中心和多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)子機(jī)組成，監(jiān)測(cè)子機(jī)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過MC35以短信方式上傳給主機(jī)，上傳的時(shí)間間隔可自動(dòng)調(diào)整，也可由主機(jī)發(fā)送指令設(shè)定，還可通過移動(dòng)通信的話音通道用雙音多頻信號(hào)傳送。

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

0 引言

監(jiān)測(cè)收集江河水位漲落情況，并送到相關(guān)水文管理部門是水文工作中的一項(xiàng)重要任務(wù)，特別是雨季，監(jiān)測(cè)工作尤為重要，由于觀測(cè)點(diǎn)多、分散性大、距離遠(yuǎn)且往往地處偏僻，因此在數(shù)據(jù)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(dá)，信號(hào)基本覆蓋了城鄉(xiāng)各地，同時(shí)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)種類也在不斷推出，包括單向收費(fèi)、免月租計(jì)費(fèi)、包月包短信等各種套餐。在此形式下，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中利用短信平臺(tái)來(lái)傳輸非頻繁短數(shù)據(jù)成為一種省投資、省運(yùn)行成本、免維護(hù)的很實(shí)用的方案。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用嵌入式GSM模塊，集成數(shù)據(jù)采集等電路完成基于短信服務(wù)平臺(tái)和話務(wù)平臺(tái)的無(wú)線監(jiān)測(cè)傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。它有2種方式：短信方式傳送數(shù)據(jù)和雙音多頻(DTMF)方式，兩者可互補(bǔ)，試驗(yàn)表明該設(shè)計(jì)成本低、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)。

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成概述

如圖1所示，系統(tǒng)由一個(gè)監(jiān)測(cè)主機(jī)和若干個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)子機(jī)構(gòu)成，它們通過移動(dòng)通信網(wǎng)的短信平臺(tái)和話務(wù)平臺(tái)構(gòu)成信息通道，所依托的移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商及模式?jīng)]有限制。在通常情況下，各測(cè)點(diǎn)用短信方式定時(shí)向監(jiān)測(cè)中心傳送水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，定時(shí)間隔可智能判斷、自動(dòng)調(diào)整，遇汛期水位波動(dòng)大，單片機(jī)根據(jù)水位的變化速率給出定時(shí)間隔，這在洪水季節(jié)水位波動(dòng)大時(shí)十分必要。監(jiān)測(cè)中心也可以用短信方式向某子機(jī)發(fā)出指令，對(duì)子機(jī)的數(shù)據(jù)傳送間隔或其他功能要求進(jìn)行設(shè)置。如遇短信通道擁擠、堵塞，或有特別需求，監(jiān)測(cè)中心還可用通話方式通過“撥號(hào)呼叫”接通監(jiān)測(cè)點(diǎn)話路，然后監(jiān)測(cè)點(diǎn)用DTMF信號(hào)來(lái)傳送數(shù)據(jù)以作為互補(bǔ)。

2 水位測(cè)量方案

采用“浮球法”將水位增量轉(zhuǎn)為電壓值：基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，浮球1跟隨水位漲落而上下移動(dòng)，通過鋼絲索3以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)精密多圈電位器轉(zhuǎn)動(dòng)，球體2是平衡球。多圈電位器將+5 V電壓轉(zhuǎn)換成與水位相對(duì)應(yīng)的電壓值ui，再經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由單片機(jī)檢測(cè)、計(jì)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(wěn)。

3 測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)子機(jī)構(gòu)成原理

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

MC-35是西門子公司出品的移動(dòng)通信模塊，具有短信收發(fā)、撥號(hào)呼出、全雙工語(yǔ)音通信等功能，各項(xiàng)功能均由一個(gè)異步串行通信接口接收來(lái)自單片機(jī)或PC機(jī)的AT指令而實(shí)現(xiàn)；多圈電位器、4位半雙積分模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ICL7135通過圖2裝置將水位變化量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給單片機(jī)89S 51的中斷口P3．3，經(jīng)單片機(jī)計(jì)算處理后，一方送LED串行顯示模塊；若需要上傳數(shù)據(jù)另一方面按照規(guī)定的格式組成AT指令數(shù)據(jù)包，由單片機(jī)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(jī)。

一般情況下，水位數(shù)據(jù)以智能定時(shí)方式主動(dòng)上傳，但主機(jī)也可以向子機(jī)發(fā)短信指令要求上傳或設(shè)定定時(shí)間隔等，MC35收到來(lái)自主機(jī)的短信，從串口TXD輸出．單片機(jī)的RXD接收后即執(zhí)行相應(yīng)功能。

如遇短信信道堵塞，主機(jī)還可以向子機(jī)“撥號(hào)”呼叫，這時(shí)子機(jī)RINGO端會(huì)輸出振鈴信號(hào)，該信號(hào)周期為低1S高4S，單片機(jī)的INT0(P3.2)端檢測(cè)到這一信號(hào)即通過串口向MC35寫入一條“接收電話”的AT指令，使MC35進(jìn)入“通話”狀態(tài)，同時(shí)把水位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為控制碼從P1口輸出給DTMF發(fā)生器UM91210，UM91210隨即根據(jù)控制碼從TONE端輸出相對(duì)應(yīng)的雙音多頻信號(hào)，GSM模塊MC35的MIC+(話筒輸入)端接收該信號(hào)并通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)往主機(jī)。水位數(shù)據(jù)由5位10進(jìn)制數(shù)組成，P1口每送一次控制碼，只完成1位(10進(jìn)制數(shù))的上傳，P1口連續(xù)多次給出控制碼，即可完成整組數(shù)據(jù)的上傳。