基于GSM通信的SZF型波浪浮標接收系統(tǒng)

摘要：SZF型波浪浮標是一種能自動、定點、定時(或連續(xù))地時波浪水文要素進行測量的小型浮標自動測量系統(tǒng)。原本的SZF型波浪浮標系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)是通過岸站接收機進行數(shù)據(jù)接收。接收機可以符合野外接收需要，但為了能滿足不同用戶的需要，該文采用PC機接收，并編寫友好的人機接收界面，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和使用。上位機接收系統(tǒng)使用VC++開發(fā)，具備數(shù)據(jù)采集、實時顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢功能。通過多次的試驗檢測和拷機測試，通信狀況良好，能滿足數(shù)據(jù)接收要求，提高了數(shù)據(jù)監(jiān)測效率。該系統(tǒng)的開發(fā)大大地降低了海洋監(jiān)測過程中的實時監(jiān)測和后續(xù)數(shù)據(jù)處理的難度，可作為SZF型波浪浮標的配套軟件進行推廣。
關(guān)鍵詞：SZF型波浪浮標；GSM通信；VC++；接收系統(tǒng)

波浪是海洋監(jiān)測中的重要監(jiān)測參數(shù)。SZF型波浪浮標通過GSM通信將監(jiān)測的海浪參數(shù)上傳到岸站接收系統(tǒng)，通過上位機軟件進行數(shù)據(jù)的存儲、顯示、二次處理來進行預定海域的海浪參數(shù)監(jiān)測。本文正是基于Microsoft Visual C++強大的可視化編程環(huán)境來開發(fā)接收系統(tǒng)，完成友好的人機交互操作界面。

1 SZF型波浪浮標簡介
SZF型波浪浮標是國家863計劃海洋監(jiān)測技術(shù)成果標準化定型產(chǎn)品，自定型以來已在我國海洋臺站、海洋工程、海洋調(diào)查等領(lǐng)域應用。
SZF型波浪浮標采用重力加速度原理進行波浪測量，當波浪浮標隨波面變化作升沉運動時，安裝在浮標內(nèi)的垂直加速度計輸出一個反映波面升沉運動加速度的變化信號，對該信號做二次積分處理后，即可得到對應于波面升沉運動高度變化的電壓信號，將該信號做模／數(shù)轉(zhuǎn)換和計算處理后可以得到波高的各種特征值及其對應的波周期。利用波高傾斜一體化傳感器、方位傳感器除可以測得波高的各種特征值和對應的波周期外，還可以測得浮標隨波面縱傾、橫傾和浮標方位的三組參數(shù)，通過計算處理，得到波浪的傳播方向。浮標測得的波浪各特征值，由浮標上的通信機實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的發(fā)送傳遞，并對測量數(shù)據(jù)進行存貯。
原本的數(shù)據(jù)接收處理機外型為一臺式機箱，尺寸不大于400 mm×400 mm×160 mm，重量不大于15 kg。起著接收、處理浮標發(fā)送數(shù)據(jù)的作用。其中安裝了數(shù)據(jù)處理和控制板、數(shù)據(jù)接收機、接收天線、微型打印機和數(shù)據(jù)存儲器。另外具備與計算機通信的RS 232接口，可將數(shù)據(jù)實時傳送給計算機。由于體積小重量輕攜帶方便，可以適合野外等場合作業(yè)。但在岸站接收數(shù)據(jù)的情況下，需要配備一臺PC機以進行上傳數(shù)據(jù)給上一級數(shù)據(jù)中心。在此基礎(chǔ)上，使用PC機來進行數(shù)據(jù)接收，就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和上傳兩種功能，節(jié)省了不必要的開支。

2 GSM通信接口設(shè)計
GSM是全球性標準的蜂窩無線電通信系統(tǒng)，具有防盜拷能力佳、網(wǎng)絡(luò)容量大、手機號碼資源豐富、穩(wěn)定性強不易受干擾、信息靈敏等特點。適合作為近海海域通信系統(tǒng)媒介。
SZF型波浪浮標通過GSM模塊來進行數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)以短信形式發(fā)送至短信中心，短信中心再轉(zhuǎn)發(fā)給岸站接收模塊。由于網(wǎng)絡(luò)原因，網(wǎng)絡(luò)中心短信可能出現(xiàn)延發(fā)現(xiàn)象，接收模塊可能同時接收到多包數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)信息包含浮標處理器時鐘的發(fā)送時間，這樣接收包中解析數(shù)據(jù)不會造成數(shù)據(jù)的混亂。
本文采用的GSM模塊接口為五芯TTL電平，上位機接口為RS 232接口，在模塊和上位機之間使用電平轉(zhuǎn)換線連接以適應上位機的接口電平。接口設(shè)計如圖1，圖2所示。電源使用10 V直流電源。