基于嵌入式GSM模塊的水文監(jiān)測系統(tǒng)的設計

摘要：依托完善的移動通信網絡，采用西門子公司的嵌入式GSM模塊MC35，輔以計算機、單片機、雙音多頻信號發(fā)生器UM9121O和解碼器MT8 870、水位傳感器等構成江河水位監(jiān)測系統(tǒng)，由監(jiān)測中心和多個監(jiān)測點的監(jiān)測子機組成，監(jiān)測子機的監(jiān)測數據通過MC35以短信方式上傳給主機，上傳的時間間隔可自動調整，也可由主機發(fā)送指令設定，還可通過移動通信的話音通道用雙音多頻信號傳送。

關鍵詞：移動通信；短信服務；雙音多頻；水位監(jiān)測

0 引言

監(jiān)測收集江河水位漲落情況，并送到相關水文管理部門是水文工作中的一項重要任務，特別是雨季，監(jiān)測工作尤為重要，由于觀測點多、分散性大、距離遠且往往地處偏僻，因此在數據采集尤其是要求頻繁采集時存在困難。目前，移動通信網已十分發(fā)達，信號基本覆蓋了城鄉(xiāng)各地，同時移動通信業(yè)務種類也在不斷推出，包括單向收費、免月租計費、包月包短信等各種套餐。在此形式下，遠程數據監(jiān)測系統(tǒng)中利用短信平臺來傳輸非頻繁短數據成為一種省投資、省運行成本、免維護的很實用的方案。監(jiān)測系統(tǒng)采用嵌入式GSM模塊，集成數據采集等電路完成基于短信服務平臺和話務平臺的無線監(jiān)測傳輸網絡的設計。它有2種方式：短信方式傳送數據和雙音多頻(DTMF)方式，兩者可互補，試驗表明該設計成本低、可靠性高、實用性強。

1 監(jiān)測系統(tǒng)組成概述

如圖1所示，系統(tǒng)由一個監(jiān)測主機和若干個監(jiān)測點子機構成，它們通過移動通信網的短信平臺和話務平臺構成信息通道，所依托的移動通信運營商及模式沒有限制。在通常情況下，各測點用短信方式定時向監(jiān)測中心傳送水位實時監(jiān)測數據，定時間隔可智能判斷、自動調整，遇汛期水位波動大，單片機根據水位的變化速率給出定時間隔，這在洪水季節(jié)水位波動大時十分必要。監(jiān)測中心也可以用短信方式向某子機發(fā)出指令，對子機的數據傳送間隔或其他功能要求進行設置。如遇短信通道擁擠、堵塞，或有特別需求，監(jiān)測中心還可用通話方式通過“撥號呼叫”接通監(jiān)測點話路，然后監(jiān)測點用DTMF信號來傳送數據以作為互補。

2 水位測量方案

采用“浮球法”將水位增量轉為電壓值：基本結構如圖2所示，浮球1跟隨水位漲落而上下移動，通過鋼絲索3以及傳動機構帶動精密多圈電位器轉動，球體2是平衡球。多圈電位器將+5 V電壓轉換成與水位相對應的電壓值ui，再經A／D轉換成數字量，由單片機檢測、計算。為消除風浪所造成的水面波動，“浮球法”必須建造豎井，將浮球置于井中以使水面平穩(wěn)。

3 測點監(jiān)測子機構成原理

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

MC-35是西門子公司出品的移動通信模塊，具有短信收發(fā)、撥號呼出、全雙工語音通信等功能，各項功能均由一個異步串行通信接口接收來自單片機或PC機的AT指令而實現(xiàn)；多圈電位器、4位半雙積分模／數轉換器ICL7135通過圖2裝置將水位變化量轉換成數字量送給單片機89S 51的中斷口P3．3，經單片機計算處理后，一方送LED串行顯示模塊；若需要上傳數據另一方面按照規(guī)定的格式組成AT指令數據包，由單片機的串口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。

一般情況下，水位數據以智能定時方式主動上傳，但主機也可以向子機發(fā)短信指令要求上傳或設定定時間隔等，MC35收到來自主機的短信，從串口TXD輸出．單片機的RXD接收后即執(zhí)行相應功能。

如遇短信信道堵塞，主機還可以向子機“撥號”呼叫，這時子機RINGO端會輸出振鈴信號，該信號周期為低1S高4S，單片機的INT0(P3.2)端檢測到這一信號即通過串口向MC35寫入一條“接收電話”的AT指令，使MC35進入“通話”狀態(tài)，同時把水位數據轉換為控制碼從P1口輸出給DTMF發(fā)生器UM91210，UM91210隨即根據控制碼從TONE端輸出相對應的雙音多頻信號，GSM模塊MC35的MIC+(話筒輸入)端接收該信號并通過移動通信網絡發(fā)往主機。水位數據由5位10進制數組成，P1口每送一次控制碼，只完成1位(10進制數)的上傳，P1口連續(xù)多次給出控制碼，即可完成整組數據的上傳。