基于嵌入式GSM模塊的水文監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：依托完善的移動通信網(wǎng)絡(luò)，采用西門子公司的嵌入式GSM模塊MC35，輔以計算機(jī)、單片機(jī)、雙音多頻信號發(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)測系統(tǒng)，由監(jiān)測中心和多個監(jiān)測點的監(jiān)測子機(jī)組成，監(jiān)測子機(jī)的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過MC35以短信方式上傳給主機(jī)，上傳的時間間隔可自動調(diào)整，也可由主機(jī)發(fā)送指令設(shè)定，還可通過移動通信的話音通道用雙音多頻信號傳送。

關(guān)鍵詞：移動通信；短信服務(wù)；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(guān)水文管理部門是水文工作中的一項重要任務(wù)，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(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存在困難。目前，移動通信網(wǎng)已十分發(fā)達(dá)，信號基本覆蓋了城鄉(xiāng)各地，同時移動通信業(yè)務(wù)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(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)中利用短信平臺來傳輸非頻繁短數(shù)據(jù)成為一種省投資、省運行成本、免維護(hù)的很實用的方案。監(jiān)測系統(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)平臺和話務(wù)平臺的無線監(jiān)測傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。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)，試驗表明該設(shè)計成本低、可靠性高、實用性強(qiáng)。

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(jī)和若干個監(jiān)測點子機(jī)構(gòu)成，它們通過移動通信網(wǎng)的短信平臺和話務(wù)平臺構(gòu)成信息通道，所依托的移動通信運營商及模式?jīng)]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(shù)據(jù)，定時間隔可智能判斷、自動調(diào)整，遇汛期水位波動大，單片機(jī)根據(jù)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(jī)發(fā)出指令，對子機(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(shù)據(jù)以作為互補(bǔ)。

2 水位測量方案

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，通過鋼絲索3以及傳動機(jī)構(gòu)帶動精密多圈電位器轉(zhuǎn)動，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、計算。為消除風(fēng)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(jī)構(gòu)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(jī)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(jī)或PC機(jī)的AT指令而實現(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)以智能定時方式主動上傳，但主機(jī)也可以向子機(jī)發(fā)短信指令要求上傳或設(shè)定定時間隔等，MC35收到來自主機(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”呼叫，這時子機(jī)RINGO端會輸出振鈴信號，該信號周期為低1S高4S，單片機(jī)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(jìn)入“通話”狀態(tài)，同時把水位數(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端輸出相對應(yīng)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(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。