基于GPRS的水庫(kù)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

王雅君+馮冬梅

摘要： 目前在水庫(kù)水位的檢測(cè)中存在檢測(cè)實(shí)時(shí)性差和投入水中的傳感器漏水等現(xiàn)象，針對(duì)此現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一款基于GPRS的水庫(kù)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)水位信息，并通過(guò)GPRS信號(hào)將檢測(cè)到的水位信息及時(shí)傳送給上位機(jī)進(jìn)行顯示。

Abstract： At present， there are many problems in the detection of water level in the reservoir， such as the bad real-time detection， sensor leakage and so on. Aimed at this phenomenon， a reservoir water level monitoring system based on GPRS is designed. The system can realize the real-time detection of water level information and transmit the water level information detected by GPRS signal to the host computer.

關(guān)鍵詞： GPRS；水庫(kù)；水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

Key words： GPRS；reservoir；monitoring system of the water level

中圖分類(lèi)號(hào)：TV697.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）29-0093-02

0 引言

近幾年來(lái)，一些突發(fā)事件引起了人們對(duì)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的注意，水位控制的不好造成了許多不必要的損失，更可怕的是由于對(duì)水位監(jiān)測(cè)的不夠準(zhǔn)確，給人們帶來(lái)了災(zāi)難性的事故。因此水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性是最關(guān)鍵的也是最需要解決的難題，研制能夠可靠地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水庫(kù)水位的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 方案論證

1.1 水位測(cè)量

方案一：超聲波水位測(cè)量。

近幾年超聲波被人們廣泛的應(yīng)用，超聲波液位計(jì)是由微處理器控制的數(shù)字物位儀表。在測(cè)量中脈沖超聲波由傳感器（換能器）發(fā)出，聲波經(jīng)物體表面反射后被同一傳感器接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。并由聲波的發(fā)射和接收之間的時(shí)間來(lái)計(jì)算傳感器到被測(cè)物體的距離。由于采用非接觸的測(cè)量，被測(cè)介質(zhì)幾乎不受限制，可廣泛用于各種液體和固體物料高度的測(cè)量。但由于壓力的大幅度波動(dòng)會(huì)影響測(cè)量精度，因此不適于有大幅度波浪的水位測(cè)量。

方案二：壓力式水位測(cè)量。

該種測(cè)量方法是將壓力傳感器置入水底，通過(guò)檢測(cè)壓力即可計(jì)算液位的高度，并將液位值儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中。這種檢測(cè)方法測(cè)量精確但有較大的缺點(diǎn)就是傳感器置入水中的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，另外就是水位檢測(cè)的實(shí)時(shí)性得不到保障。

方案三：自主研發(fā)的水位傳感器測(cè)量。

本方案主要利用BS57HB56-03步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)觸點(diǎn)隨著水位上下移動(dòng)，觸點(diǎn)和水位形成電流回路，當(dāng)回路斷開(kāi)時(shí)即可判斷觸點(diǎn)離開(kāi)了水面，然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)讓觸點(diǎn)下行，回路接通時(shí)即說(shuō)明到達(dá)水面，根據(jù)步進(jìn)角度計(jì)算出觸點(diǎn)移動(dòng)的距離。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸

方案一：GPRS無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸是指利用無(wú)線(xiàn)傳輸模塊將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出的各種物理量進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，采用單片機(jī)把傳感器采集到的數(shù)據(jù)由RS232傳輸給GPRS無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)行發(fā)送，然后把接收到的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器終端，用戶(hù)可以訪問(wèn)服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和處理。

方案二：ZigBee無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。由于本設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)程監(jiān)控我國(guó)各地區(qū)水庫(kù)的水位情況，因此不適合使用ZigBee這種短距離的無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)。

1.3 用戶(hù)監(jiān)控平臺(tái)

方案一：利用Visual Basic開(kāi)發(fā)環(huán)境。

Visual Basic是一種由微軟公司開(kāi)發(fā)的包含協(xié)助開(kāi)發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動(dòng)編程語(yǔ)言。從任何標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，VB都是世界上使用人數(shù)最多的語(yǔ)言。它源于Basic語(yǔ)言，對(duì)于初學(xué)者需要有一定的基礎(chǔ)。VB擁有圖形用戶(hù)界面（GUI）和快速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)（RAD）系統(tǒng)，可以輕易的使用DAO、RDO、ADO連接數(shù)據(jù)庫(kù)，或者輕松的創(chuàng)建ActiveX控件，但畫(huà)面并不美觀。

方案二：利用Labview開(kāi)發(fā)環(huán)境。

LabVIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)，類(lèi)似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。利用其設(shè)計(jì)用戶(hù)界面可以更方便并且設(shè)計(jì)的界面更美觀。

綜上所述：本設(shè)計(jì)采用自主研發(fā)的水位檢測(cè)傳感器，利用GPRS無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)傳送，利用 Labview開(kāi)發(fā)環(huán)境編譯用戶(hù)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)最佳監(jiān)控。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的框圖如圖1所示。

設(shè)計(jì)一款水位檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置使用單片機(jī)作為核心控制器。將ARM與WDT（遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸終端）相連，檢測(cè)到的數(shù)據(jù)由WDT通過(guò)GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳送到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)（運(yùn)營(yíng)商）。數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)被送到WSG（無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)），數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)WSG后被發(fā)送到DSC（數(shù)據(jù)服務(wù)中心）。這樣就可以將檢測(cè)到的水位信息傳給上位機(jī)進(jìn)行保存和處理，從而實(shí)現(xiàn)水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 處理器

HT66FU50系列單片機(jī)是一款A(yù)/D型具有8位高性能精簡(jiǎn)指令集的Flash單片機(jī)。該系列單片機(jī)具有一系列功能和特性，其Flash存儲(chǔ)器可多次編程的特性給用戶(hù)提供了極大的方便。存儲(chǔ)器方面，還包含了一個(gè)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和一個(gè)可用于存儲(chǔ)序號(hào)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等非易失性數(shù)據(jù)的EEPROM存儲(chǔ)器。

HT66FU50系列單片機(jī)內(nèi)含UART模塊，它可以支持諸如單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，低成本PC和外部設(shè)備間的數(shù)據(jù)連接，便攜式和電池供電設(shè)備間的通信等。

3.2 水位檢測(cè)

水位測(cè)量部分利用BS57HB56-03步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)觸點(diǎn)隨著水位上下移動(dòng)，根據(jù)步進(jìn)角度計(jì)算出觸點(diǎn)移動(dòng)的距離，HT66FU50單片機(jī)控制Q2HB44MA驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)達(dá)到精確測(cè)量的目的。

3.3 GPRS模塊

本系統(tǒng)的GPRS模塊采用KS-93，KS-93 mini系列產(chǎn)品通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸功能及短信傳輸功能。此產(chǎn)品為DB9串口接口，RS232/RS485通用，同時(shí)串口也支持TTL接口，可以直接連接各類(lèi)儀表終端設(shè)備，提供多種數(shù)據(jù)傳輸方式。滿(mǎn)足工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃砸?，適用所有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)控/移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋瑥V泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)，節(jié)能減排產(chǎn)品或工程上。實(shí)物圖如2所示。

4 用戶(hù)操作界面設(shè)計(jì)

利用LabVIEW軟件進(jìn)行用戶(hù)操作界面的設(shè)計(jì)，用戶(hù)操作界面如圖3所示，不同的按鈕代表不同省市地區(qū)。

點(diǎn)擊圖3紅色按鈕以后，就會(huì)彈出圖4所示窗口，即水位測(cè)量的顯示界面，用戶(hù)可以直觀的從折線(xiàn)圖上看到水位的變化情況，并且可以查詢(xún)以前的水位記錄，方便數(shù)據(jù)分析，有效的管理水庫(kù)。

5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

實(shí)際工程應(yīng)用中水庫(kù)水位的變化是相當(dāng)緩慢的，數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間間隔可以設(shè)置的比較長(zhǎng)，但是在實(shí)驗(yàn)室中模擬時(shí)可以縮短數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間間隔。測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

6 總結(jié)

基于GPRS的水庫(kù)水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)水位的準(zhǔn)確檢測(cè)及遠(yuǎn)程傳輸。但是系統(tǒng)還存在一些不足，如步進(jìn)電機(jī)的噪聲比較大，用戶(hù)界面的功能還不夠強(qiáng)大等，在用戶(hù)界面的設(shè)計(jì)中還可以加入報(bào)警值的設(shè)定，歷史變化曲線(xiàn)等功能。

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