摘 要：一種基于工業應用頻段和GSM短信平臺的多點遠程水位自動測量模式，整個系統由測量現場、測量前端、監測中心三部分組成，多個測量現場通過投入式變送器，采用同頻時序分址編碼方式傳送水位信息，接收靈敏度高，傳輸距離遠，抗干擾能力強且投入成本較少。測量前端準實時地采集監測河段水位數據，經編碼后以GSM短信息形式傳送到監測中心，進行存儲、查詢、分析、統計。 關鍵詞：遠程數據傳輸;自動測量;數據采集;無線通訊 1 引言 　　目前，我國有二線防洪大堤約30萬公里，中小型水庫30萬座，大中型排澇泵站2000座。由于儀器技術、設備價格、經費等瓶頸因素制約，導致防洪排澇調度所需垸內調蓄湖泊、河網渠系和中小型水庫等水文信息少而滯后。采用投入式水位測量、數據編碼無線變送、時序分址接收方案以及利用GSM系統中短信息傳輸平臺，結合網絡數據庫，我們研發了遠程多點水位全自動測量系統，并成功應用于湖南省洞庭湖區防洪排澇調度實時水文數據采集系統中，實現了大面積水文數據網絡化實時采集。 2 系統總體結構及各部分功能 　　系統總體框圖如圖1所示，整個系統由測量現場、測量前端、監測中心三部分組成。測量現場分布在水域的上、下游各處，采集水位等數據，通過工業應用315MHz信道，以同頻時序分址編碼方式發送給測量前端。測量前端分布于各水域觀測站，實現多點接收，存儲測量現場水位信息，并以LED實時數顯，同時將數據按一定方式編碼，按照短信息格式進行封裝，經GSM模塊發送給監測中心，接收監測中心的指令，修改自身工作參數。監測中心可以設置測量前端工作模式、相關初始化參數，獲得測量前端工作狀態，接收測量前端短信息數據，提取測量現場采集水位數據，將水位數據記錄在網絡數據庫中，能夠查詢、統計、分析處理，打印相關報表。 [align=center] 圖1 遠程水位自動測量系統總體框圖[/align] 3 設計及實現 　　3.1 測量現場功能實現。測量前端方框圖如圖2所示： [align=center] 圖2 測量現場方框圖[/align] 　　3.1.1 水位信號獲得與處理 　　投入式水壓變送器利用壓力換算方式測量水位。本系統采用MPX2100擴散硅力敏壓阻器件，MPX2100帶有溫度補償特性,具有良好線性度,輸出電壓與所加壓力成精確正比例關系, MPX2100完成水位壓力轉換成毫伏級差模電壓信號。因信號調理與輸出需要，用XTR115芯片，將MPX2100輸出毫伏級電壓經運算放大成1-5v標準信號電壓。因ASK調制方式發送需要, 該電壓須進行A/D轉換,本系統是通過LM331芯片完成A/D（V/F）轉換的,將1-5v水位電壓變成1-5kHz頻率信號。 　　3.1.2水位數據編碼發送 　　編碼發射主要由PT2262編碼IC和高頻調制、功率放大電路組成，如圖2所示。PT2262是一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編碼電路，有12位（A0-A11）三態地址端管腳（懸空,接高電平,接低電平），任意組合可提531441地址碼，PT2262最多可有6位（D0-D5）數據端管腳，設定地址碼和數據碼從17腳串行輸出。編碼芯片PT2262 發出編碼信號由：地址碼、數據碼、同步碼組成一個完整碼字,與此同時相應數據腳也輸出高電平，其第17 腳輸出經調制串行數據信號，當17腳為高電平期間，315MHz高頻發射電路起振，并發射等幅高頻信號，當17腳為低平期間，315MHz高頻發射電路停止振蕩，所以高頻發射電路完全受控于PT2262的17腳輸出數字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調制）相當于調制度為100%調幅。編碼發射模塊有效作用距離在室外可達3～4km，如果需要，還可在其與測量現場之間加中繼器，通信距離將成倍增加。 　　3.2 測量前端功能實現。測量前端方框圖如圖3所示： [align=center] 圖3 測量前端方框圖[/align] 　　3.2.1 解碼接收 　　PT2272采用雙列18 條引線，其中A0～A5：加密地址編碼輸出端，與PT2262 中A0～A5 狀態相同。D0～D5：控制數據輸出端，為六位二進制數碼，鎖存輸出。VT:譯碼有效指示端，當譯碼有效時，VT 端由低電平變為高電平。當接收到315MHz無線電信號時，它要先進行兩次核對，如果本地址與發射電路地址編碼相一致，便在解碼指示端VT 輸出為1，同時將發射電路2262 的數據輸出端D0～D2數據并行地輸出在2272 的D0～D2 端，實現譯碼輸出。接收解調模塊和單片機STC89C52接在一起組成多點對一點的開放式接收系統，對各測量點信號進行地址和數據碼分離（解碼）后，再將多路數據打包送給GSM模塊，GSM模塊將數據以短信息形式遠程傳送。 　　3.2.2 無線數顯 　　接收測量現場發射315MHz信號，經解碼后的串行脈沖送至STC89C52單片機，以計頻方式由STC89C52單片機讀取數據進行處理后顯示，為方便將被測點水位換成海拔高度, 無線智能數顯表盤前面設有讀數初始值與滿幅量程設定鍵, 以便隨機設定。 　　3.2.3 短信息發送和接收 　　本系統采用DTR2006 GSM模塊來實現遠程數據傳輸，該模塊提供RS232/RS485/TTL等多種數據接口，使用基于GSM網短信服務，穩定、安全、可靠。因測量工作需要，要求每次發送短信息給監控中心時，在短信息中附加數據采集實時時間，為此我們在設計中加入了標準時間發生器，采用了工業級高精度實時時鐘芯片SD2203AP，該芯片具有內置晶振、支持I2C總線、年誤差小于2.5 分鐘。 4 監測中心功能實現 　　4.1 短信息編解碼 　　DTR2006 GSM模塊工作模式有主站和從站之分，監測中心GSM模塊應設置為主站，測量前端GSM模塊應設置為從站。其短信息發送和接收格式規定如下： 　　Fn + NUM + DCS + UDL + UD + 03 　　（1）Fn　n為電話號碼長度（1 Byte），通常為“00001011”。 　　（2）NUM 電話號碼（接收方號碼）（1-8 Byte）。 　　（3）DCS編碼方式（1 Byte） 00: 7-Bit ASCII code;04: 8-Bit byte;08:UNICODE碼。 　　（4）UDL數據長度（1 Byte） 取值范圍：01～8cH。 　　（5）UD數據 （1-140 Byte），數據編碼格式:采集時間（年、月、日、時、分共5 Byte）+測量現場編號（1 Byte）+ 水位數據（壓力值，2 Byte）+測量現場編號（1 Byte）+ 水位數據（壓力值，2 Byte）+ …。 　　（6）03結束標志（1 Byte）。 　　4.2 水位數據存儲 　　考慮到本系統采集數據量大，對數據庫性能要求較高，且歷史數據有很大保留價值，所以選用了大型網絡數據庫系統Oracle9i，配備一臺專用數據庫服務器，監控中心計算機通過中心所在局域網絡連接數據庫服務器，完成水位數據存取。業務建庫標準采用國家防汛指揮系統工程《防洪工程數據庫設計報告》，實時雨水情數據庫標準采用國家防汛指揮系統工程《實時水雨情庫表結構》。對沒有國家或行業標準但是使用頻繁，數據量多的字段或經常需要進行排序、統計的字段，定義本系統內統一代碼編制規則和代碼表。 　　4.3 應用軟件設計 　　我們使用VC++開發了監測中心所需應用軟件，采用Windows標準圖形用戶界面，主要功能模塊有：參數設置、權限設置、查詢統計、報表輸出、自動報警等功能。限于篇幅，此部分介紹從略。 5、結束語 　　本系統采用基于無線和短信息平臺的遠程數據采集方案，具有技術先進、準確度高、自動化程度高、造價低、安裝方便、使用簡單、適應于野外惡劣環境等優點。該系統經湖南省計量檢測研究院檢定，系統綜合測量精度達1‰,在法定的無線發射功率下，有效傳輸距離可達2km，產品經湖南省洞庭湖區多個排澇泵站使用，效果良好。 本文作者創新點： 　　1、為降低工程造價，數據采集現場與測量前端間采用無線連接，數據與指令用短信遠程自動傳輸方案。 　　2、為普及應用，測量前端采用無需計算機（PC）支持，全無人值守。 　　3、為減少投入，數據前端可多位置無線接收、數字顯示，安裝使用極為方便。 　　4、為實現系統經濟運行：A、多組數據采用捆綁打包發送;B.數據采集時間間隔可由監測中心設定。 參考文獻： 　　[1]沈兆軍,毛敏.利用GSM短信息業務實現智能家居[J].微計算機信息,2006,22（1-3）: 211-213 　　[2]員天佑,謝閱.基于GSM的遠程住宅智能監控系統的設計與實現[J]. 微計算機信息,2006,22（5-1）: 95-96 　　[3]王婍犇,劉錦高.基于GPS無線定位/GSM短信收發的空間信息查詢系統[J].微計算機信息,2006,22（2-3）: 184-186 　　[4]秦龍,錢林杰,王渝梅.基于GSM網絡的環境監控系統的實現[J]. 計算機工程與設計,2006,27（6）:1033-1035