基于GPRS實現(xiàn)供水管網(wǎng)遠程自動監(jiān)測系統(tǒng)
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在許多城市里，供水管網(wǎng)和水質(zhì)監(jiān)測站分布在城區(qū)的各個地點，過去主要采取人工抄表、電話報數(shù)、現(xiàn)場檢測、手動操作調(diào)試的原始調(diào)度方法。位于控制中心管理若干個地理位置比較集中的站點的管理人員很難及時了解現(xiàn)場的運行狀況，因此每個監(jiān)測站點必須配備值站員對站內(nèi)運行情況就地監(jiān)測、記錄、調(diào)節(jié)，并定期向其所屬的控制中心報告當(dāng)前的運行數(shù)據(jù)。由于供水管網(wǎng)地理位置分散，如要對這些指標(biāo)逐一實時檢測，無疑會耗費大量的人力物力，給整個供水系統(tǒng)運行管理增加了相當(dāng)大的難度。并且利用人工現(xiàn)場采集的方法收集信息數(shù)量少、處理慢、傳遞遲，調(diào)度處于低級階段，以保證不缺水和維持正常運行為主，談不上優(yōu)化調(diào)度。遇上爆漏及其他事故，不能及時地診斷報警，影響供水管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠運行。
本系統(tǒng)就是在傳統(tǒng)供水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合GPRS技術(shù)而發(fā)展起來的新型監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用“控制中心―監(jiān)測站”的構(gòu)建模式?？刂浦行氖钦麄€系統(tǒng)運作的核心，負責(zé)收集各監(jiān)測站上傳的監(jiān)測信息，發(fā)送各種操作命令以控制監(jiān)測站的動作。監(jiān)測站被分散放置于遠離控制中心的各監(jiān)測點處，負責(zé)完成信息的采集和響應(yīng)控制中心發(fā)出的控制命令。監(jiān)測站與控制中心之間可以通過多種方式進行通信，如短信、網(wǎng)絡(luò)和E-mail等方式。由于有的監(jiān)測站無人值守，考慮到系統(tǒng)的低功耗設(shè)計要求，的設(shè)計實現(xiàn)可根據(jù)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境，采用特定的技術(shù)形式，利用MSP430F系列單片機與GPRS 模塊構(gòu)成各監(jiān)測子站。
2．監(jiān)測終端硬件設(shè)計
監(jiān)測終端通過現(xiàn)場傳感器將壓力、流量等物理量變換成模擬信號，經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入單片機。單片機對采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波后存儲起來，然后利用 AT指令控制 GPRS模塊，發(fā)送到控制中心。采集的時間間隔和發(fā)送間隔均由時鐘芯片控制，完成定時采集和發(fā)送任務(wù)。
根據(jù)監(jiān)測終端的功能和工作環(huán)境，選擇 TI公司近幾年推出的 16位系列單片機 MSP430作為 CPU。 MSP430工作在 1.8～3.6V電壓下，有正常工作模式（ AM）和 4種低功耗工作模式，可以方便的在各種工作模式之間切換。MSP430的超低功耗使其在電池供電、便攜式設(shè)備的應(yīng)用中表現(xiàn)出非常優(yōu)良的特性。 MSP430內(nèi)部具有多通道 12bit的 A/D轉(zhuǎn)換、片內(nèi)精密比較器、多個具有 PWM功能的定時器、看門狗定時器及大量的 I/O端口等優(yōu)點。GPRS模塊選擇的深圳倚天科技開發(fā)有限公司的ETPro++ 模塊來實現(xiàn)。該模塊ETPro++內(nèi)部包含嵌入式 TCP/IP單片機系統(tǒng)部分和 GPRS模塊。他們之間是串口連接（Serial2）用戶上位機與ETPro++ 也是串口連接（Serial 1）這兩個串口連接可以進行獨立配置和操作的(例如波特率和流控制方式) 。終端的硬件電路框圖如圖 1示。
3．系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計
本系統(tǒng)采用的 MSP430單片機本身就是一款超低功耗的機型，非常適合電池供電的場合。在 1MHz時鐘下工作電流只有 0.1~400uA，對于容量為 1600mAh鎳氫電池即使在最大電流消耗下也可以用 170天左右。為實現(xiàn)進一步減少能量消耗,系統(tǒng)中對模塊的供電采取節(jié)能控制方式,即在設(shè)定的發(fā)送時間到時程序才通過光電耦合器和中功率線性開關(guān)向模塊供電，其它時間切斷模塊電源.電路如 2所示。
模塊每次通信時間大約為兩分鐘,模塊的功率為 700mW，如果無異常情況，每天進行一次通信，這樣每天模塊的功耗約為 0.14mAh，即整體系統(tǒng)每天的功耗在 9.8mAh左右，對于容量為 1600mAh的電池大約可以用 160天左右。 4系統(tǒng)軟件設(shè)計
4.1 監(jiān)測終端程序設(shè)計 MSP430F149單片機編譯環(huán)境為 IAR Embedded Workbench For MSP430 v3軟件版本，并在該軟件的基礎(chǔ)上調(diào)試整個系統(tǒng)程序。圖 3所示監(jiān)測終端主程序流程圖。它主要實現(xiàn)了對系統(tǒng)周圍各個器件的初始化，為了能讓系統(tǒng)節(jié)省更多的電量，開始就要將 GSM模塊的電源關(guān)閉，需要發(fā)送短信時才將其電源打開。為了便于系統(tǒng)的初期階段調(diào)試，在硬件上還設(shè)置了一個手動發(fā)短信按鍵。這樣需要在判斷完時間是否到時后，再進行按鍵的判斷。主程序就是完成按鍵的判斷、端口的掃描以及定時進入低功耗狀態(tài)。這樣無論是從硬件上還是軟件上都做到了節(jié)省電量的方法。使得系統(tǒng)具有功耗低、操作方便、實用性強等綜合特點。
4.2 GPRS模塊程序設(shè)計
GPRS模塊主要將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)定時發(fā)送給控制中心。GPRS模塊的通信過程中主要使用了如下 AT命令：AT+CMGF（選擇SMS模式）、AT+CMGS（SMS發(fā)送）、AT+CSQ（檢測信號質(zhì)量及 SIM卡安裝狀態(tài)）。命令在程序中被定義成字符數(shù)組，并在使用時通過串口發(fā)送,下面以短信發(fā)送為例說明應(yīng)用。
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