基于嵌入式系統(tǒng)下水情自動測報系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

文/吳翔

1　嵌入式系統(tǒng)基本介紹

所謂嵌入式系統(tǒng)，指的是應用于特定計算機系統(tǒng)而設計的監(jiān)控設備和輔助運行設備，它位于受控器件內部，以執(zhí)行特定任務為工作目標。相關設計人員需要通過系統(tǒng)優(yōu)化來節(jié)約成本，該系統(tǒng)應用范圍較廣泛，如錄像機、手表、汽車等，操作者僅需控制單個程序就能完成整體的有序控制。

2　水情自動測報系統(tǒng)組成及運行流程

近年來，受厄爾尼諾現(xiàn)象影響，我國水、旱災害頻發(fā)，水利工程調度能力需要相應提高，這在一定程度上增加了水情自動測報系統(tǒng)應用難度，即該系統(tǒng)應做好升級工作，并且數(shù)據(jù)信息準確、高效傳輸，確保及時滿足水利調度需要。從系統(tǒng)組成以及運行流程兩方面具體了解系統(tǒng)，介紹如下。

2.1　系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)組成部分主要包括中心站、遙測站、中繼站，其中，中心站負責水情預報、水資源調度等內容；遙測站負責數(shù)據(jù)信息動態(tài)采集和傳輸；中繼站主要借助超短波完成數(shù)據(jù)通信這一任務。

2.2　運行流程

首先，進行數(shù)據(jù)以及要素的自動采集、存儲、發(fā)送。然后中繼站負責數(shù)據(jù)傳遞。接下來被傳遞的數(shù)據(jù)成功接收后，有步驟的對其保存、處理。最后由相關技術人員通過分析水情信息來制定調度計劃。

3　系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

3.1　硬件設計

3.1.1硬件結構

本文選用ARM7水情遙測終端，它主要有處理器——s3C44B0X、存儲器——FLASH和SDRAM、接口——JTAG、遠程數(shù)據(jù)傳輸模塊——GPRS、有源晶振——10MHz組成，各部分功能如表1所示。

3.1.2硬件電路

硬件電路設計內容主要包括電源電路、SDRAM接口電路、中斷處理電路、復位電路、晶振電路、A/D轉換電路、UART電路、SIM卡電路。其中，電源電路設計過程中數(shù)值設定如表2所示。

SDRAM接口電路設計時，選用HY57V281620HC，其模塊電路原理如圖1所示。

中斷處理電路設計期間增設適量的中斷控制器，以此實現(xiàn)外部異常情況的及時處理；復位電路設計時優(yōu)選適合的復位方式，確保設計的準確性，以免出現(xiàn)錯誤復位現(xiàn)象；晶振電路設計之前，應全面掌握處理器的工作頻率，有依據(jù)的選擇有源晶振。

3.1.3基本選型

一方面，水位計選型。本文選用美國生產(chǎn)的浮子式水位計，其型號為5600-0532-2。另一方面，雨量計選型，產(chǎn)品型號為JDZ05-1，其技術指標如表3所示。

3.2　軟件設計

3.2.1嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

ARM開發(fā)流程為：了解軟件需求，以此明確設計目標，確定設計驗收標準；做好模塊設計工作，在模塊細分的基礎上，優(yōu)選開發(fā)工具，這對論證順利推進有促進作用；具體設計，探究模塊實現(xiàn)過程，順利解決多樣性接口問題；代碼編寫；單元調試；集成調試。

3.2.2具體設計

一方面，設計遙測終端軟件，確保設計完成的軟件具有數(shù)據(jù)采集、參數(shù)讀取、數(shù)據(jù)發(fā)送等功能，基本功能具備后，能夠完成水情信息的及時傳遞。因此，實際設計時應對各功能模塊逐漸細分，應用均值濾波算法完成采樣值的取舍，最后對數(shù)據(jù)值妥善存儲。另一方面，設計驅動程序，事先按照編寫流程編好數(shù)據(jù)驅動程序，具體設計內容包括A/D轉換程序、UART串口程序、GPRS模塊軟件三部分。

3.2.3軟件功能實現(xiàn)

水位采集功能實現(xiàn)：根據(jù)水位測量需要優(yōu)選水位計，通過定時查詢采集水位信息以及雨量，采集間隔時間為6min，如果時間與實現(xiàn)設置的標準值相同，那么應用相關函數(shù)對水位以及雨量及時處理。

水位雨量超標準值采集功能實現(xiàn)：在水位限高處設置警報值，在規(guī)定時間內設置警報值，一旦實際值大于設定值，則警報程序會即刻啟動。

3.3　中心設計

水情自動測報系統(tǒng)進行中心設計時，應遵循可靠性、安全性、實時性、開放性原則，在此基礎上進行總體設計。設計人員對遙測站傳送的數(shù)據(jù)有序解碼、詳細分析，根據(jù)分析結果制定相應的調度計劃和調度決策。其中，設計水位計算公式如下：

Q=AcVc+AtVt

由于數(shù)據(jù)中心接入方式存在差異，進而系統(tǒng)組網(wǎng)方案不相一致，常見組網(wǎng)方案有三種，第一種即特定IP接入互聯(lián)網(wǎng)，第二種即專線APN接入，第三種即GPRS模塊接入。對比分析這三種方案，第三種方案作為選用的實現(xiàn)方案，這一方案在穩(wěn)定性、實時性等方面具有良好的應用效果。

表1：硬件結構組成部分的功能

表2：電源電路數(shù)值

表3：雨量計技術指標

圖1：模塊電路

4　結論

綜上所述，本文以嵌入式系統(tǒng)為基礎，探究水情自動測報系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，這不僅能夠起到系統(tǒng)優(yōu)化的作用，而且還能為水利工程提供便利。