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基于GPRS的分布式灌区监控系统设计与实现

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随着网络技术、控制技术和通讯技术的高速发展,灌区的现代化动态管理也随之更新发展。以网络技术为核心的信息技术迅速渗入,为分布式灌区报警监控网络系统的建立拓展了发展空间。针对以水位计、流速计和流量计实现灌区信息自动测量所出现的问题。这里提出了一种基于GPRS的分布式灌区监控系统设计方案。

1 系统组成原理
    分布式灌区监控系统是由信息采集终端,GPRS网络和监控中心3部分组成,图1所示为其总体结构。信息采集终端将采集流量和时间信息上传到GPRS网络,然后再传到数据监控中心,从而实现数据存储,汇总,打印报表和查询等功能。

2 采集终端硬件设计
    采集终端以CPU为核心,实现采集渠道水流量、环境温度和用水时间等参数,然后通过GPRS模块发送到监控中心,其硬件组成结构图如图2所示。CPU选用C8051F02l,GPRS模块选用工业级模块MC39i,实时时钟选用PDF8563,采集温度用PT100铂电阻,流量传感器用超声波流量传感器,蓄电池用12 V/12 AH铅酸蓄电池,预留和计算机连接的RS232串口,现场调试时可连接笔记本电脑设置采集终端。

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2.1 CPU及其最小系统设计
    CPU采用C8051F021,其内置高速8051微控制器,流水线指令结构,70%指令的执行时间为1个或2个系统时钟周期。内部还集成有8个12位A/D转换器,用于采集流量和温度信号而无需外扩A/D转换器;I2C总线和双串口分别连接时钟器件、MC39i和预留的计算机接口;片内JTAG接口为电路提供全速、非侵入式的系统调试(无需仿真器),支持断点、单步、观察点、堆栈监视器;观察/修改存储器和寄存器,比使用仿真器、目标仿真头和仿真插座的仿真系统性能更好。图3是单片机最小系统及JTAG接口电路图。

2.2 MC39i接口电路
    GPRS模块选用MC39i,该器件支持双频EGSM900/GSMl800,符合ETSI GSM Phase 2+标准,支持SIM卡接口,支持RS232异步串行通信接口,支持语音和数据业务。MC39i主要由电源、基带控制、射频及放大等部分组成,该模块和外部应用器件的接口为40针的ZIF连接器,主要有电源接口、串行口接口(数据)、语音接口和SIM卡接口。图4是该模块和外部器件的连线图,其中1~5端为电源正端,6~10端为电源负端,15端为启动端,18~19端接单片机串口,24~29端连接SIM卡。

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2.3 实时时钟设计
    为了将时间和流量建立对应关系,在测量流量的同时读取时间,终端设计有实时时钟,选用PDF8563型实时时钟,其工作电压范围宽,1~5.5 V范围内都为正常工作;功耗小,该器件可提供年、月、日、时、分和秒数据,为了在铅酸蓄电池没电或更换电池时不影响实时时钟工作,因此,在电路中加入锂离子备用电池,其接口电路如图5所示。

2.4 模拟量采集电路
    终端的重要功能就是采集水量信号和温度信号,如图6所示。

    图6中水量信号ADll为4~20 mA电流信号。经电阻变为电压信号后进入电压跟随器,然后经分压降压,低通滤波后进入比例运放,输出信号再次分压降压后进入CPU的A/D转换通道,两个二极管为保护电路,温度信号为电压信号,见图6中的ADl2。

3 结语
    系统采用GPRS网络技术,利用其灵活、直接的数据传输方式及高可靠性和高速率、传输距离长等优点,实现监控终端与控制中心的数据传送,构建出分布式灌区监控系统,解决了数据的漏报、误报、延时、丢失等难题。本系统已应用于某大型灌区,并取得比较理想效果。

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