隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和通訊技術(shù)的高速發(fā)展，灌區(qū)的現(xiàn)代化動(dòng)態(tài)管理也隨之更新發(fā)展。以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的信息技術(shù)迅速滲入，為分布式灌區(qū)報(bào)警監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立拓展了發(fā)展空間。針對(duì)以水位計(jì)、流速計(jì)和流量計(jì)實(shí)現(xiàn)灌區(qū)信息自動(dòng)測(cè)量所出現(xiàn)的問題。這里提出了一種基于GPRS的分布式灌區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。
1 系統(tǒng)組成原理
分布式灌區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)是由信息采集終端，GPRS網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心3部分組成，圖1所示為其總體結(jié)構(gòu)。信息采集終端將采集流量和時(shí)間信息上傳到GPRS網(wǎng)絡(luò)，然后再傳到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，匯總，打印報(bào)表和查詢等功能。
2 采集終端硬件設(shè)計(jì)
采集終端以CPU為核心，實(shí)現(xiàn)采集渠道水流量、環(huán)境溫度和用水時(shí)間等參數(shù)，然后通過GPRS模塊發(fā)送到監(jiān)控中心，其硬件組成結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。CPU選用C8051F02l，GPRS模塊選用工業(yè)級(jí)模塊MC39i，實(shí)時(shí)時(shí)鐘選用PDF8563，采集溫度用PT100鉑電阻，流量傳感器用超聲波流量傳感器，蓄電池用12 V/12 AH鉛酸蓄電池，預(yù)留和計(jì)算機(jī)連接的RS232串口，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)可連接筆記本電腦設(shè)置采集終端。
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2．1 CPU及其最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)
CPU采用C8051F021，其內(nèi)置高速8051微控制器，流水線指令結(jié)構(gòu)，70％指令的執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。內(nèi)部還集成有8個(gè)12位A／D轉(zhuǎn)換器，用于采集流量和溫度信號(hào)而無需外擴(kuò)A／D轉(zhuǎn)換器；I2C總線和雙串口分別連接時(shí)鐘器件、MC39i和預(yù)留的計(jì)算機(jī)接口；片內(nèi)JTAG接口為電路提供全速、非侵入式的系統(tǒng)調(diào)試(無需仿真器)，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、觀察點(diǎn)、堆棧監(jiān)視器；觀察／修改存儲(chǔ)器和寄存器，比使用仿真器、目標(biāo)仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)性能更好。圖3是單片機(jī)最小系統(tǒng)及JTAG接口電路圖。
2．2 MC39i接口電路
GPRS模塊選用MC39i，該器件支持雙頻EGSM900／GSMl800，符合ETSI GSM Phase 2+標(biāo)準(zhǔn)，支持SIM卡接口，支持RS232異步串行通信接口，支持語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。MC39i主要由電源、基帶控制、射頻及放大等部分組成，該模塊和外部應(yīng)用器件的接口為40針的ZIF連接器，主要有電源接口、串行口接口(數(shù)據(jù))、語(yǔ)音接口和SIM卡接口。圖4是該模塊和外部器件的連線圖，其中1～5端為電源正端，6～10端為電源負(fù)端，15端為啟動(dòng)端，18~19端接單片機(jī)串口，24～29端連接SIM卡。
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2．3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)
為了將時(shí)間和流量建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，在測(cè)量流量的同時(shí)讀取時(shí)間，終端設(shè)計(jì)有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，選用PDF8563型實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其工作電壓范圍寬，1～5．5 V范圍內(nèi)都為正常工作；功耗小，該器件可提供年、月、日、時(shí)、分和秒數(shù)據(jù)，為了在鉛酸蓄電池沒電或更換電池時(shí)不影響實(shí)時(shí)時(shí)鐘工作，因此，在電路中加入鋰離子備用電池，其接口電路如圖5所示。
2．4 模擬量采集電路
終端的重要功能就是采集水量信號(hào)和溫度信號(hào)，如圖6所示。
圖6中水量信號(hào)ADll為4～20 mA電流信號(hào)。經(jīng)電阻變?yōu)殡妷盒盘?hào)后進(jìn)入電壓跟隨器，然后經(jīng)分壓降壓，低通濾波后進(jìn)入比例運(yùn)放，輸出信號(hào)再次分壓降壓后進(jìn)入CPU的A／D轉(zhuǎn)換通道，兩個(gè)二極管為保護(hù)電路，溫度信號(hào)為電壓信號(hào)，見圖6中的ADl2。
3 結(jié)語(yǔ)
系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用其靈活、直接的數(shù)據(jù)傳輸方式及高可靠性和高速率、傳輸距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控終端與控制中心的數(shù)據(jù)傳送，構(gòu)建出分布式灌區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)，解決了數(shù)據(jù)的漏報(bào)、誤報(bào)、延時(shí)、丟失等難題。本系統(tǒng)已應(yīng)用于某大型灌區(qū)，并取得比較理想效果。
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