單片機(jī)在水位遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用畢業(yè)論文.doc

精品文檔西安郵電學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）題 目： 單片機(jī)在水位遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用院 （系）： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 職稱： 目錄：1. 標(biāo)題32. 摘要，關(guān)鍵詞33. 引言34. 正文41) 水位的檢測及顯示系統(tǒng)42) 水位遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)硬件組成5 21 微控制器 6 22 GSM無線短信芯片8 2. 3 系統(tǒng)硬件接口連接 93) 水位數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)能浖崿F(xiàn)14 31 數(shù)據(jù)包格式 14 32 命令集 154) 系統(tǒng)應(yīng)用拓展17 51 系統(tǒng)優(yōu)點 17 52 應(yīng)用拓展 185) 結(jié)束語205. 參考文獻(xiàn)20單片機(jī)在水位遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用周強(qiáng)南京信息工程大學(xué)通信工程專業(yè)，南京210044摘 要：本文介紹一種利用單片機(jī)及GSM無線收發(fā)模塊構(gòu)成的水位顯示及遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，設(shè)計一種簡易的水位檢測方法以測得水位的狀況，通過單片機(jī)顯示系統(tǒng)在水位現(xiàn)場以LED的方式顯示出來，并通過與之相連的GSM模塊將水位信息以一種無線的方式發(fā)送給遠(yuǎn)程終端，起到檢測的作用。另一方面，本文還介紹了此系統(tǒng)在現(xiàn)階段的防洪，汛期水位檢測中的運用。其覆蓋范圍廣，成本低廉，實現(xiàn)方便的特點，完全可以替代現(xiàn)有廣域水位檢測以及警報系統(tǒng)，保證廣大人民群眾生命和財產(chǎn)的安全。關(guān)鍵詞：GSM GSl00 AT89C2051 串口通信 遠(yuǎn)程檢測 如大家所知，供水系統(tǒng)中的水塔和高位水池等設(shè)備由于所處地勢高，人員上下極為不便，有時水即將用完也不知道，造成需用水時卻無水可用的情況。此外，在向池中注入水的過程中，由于不知道水位的情況，也就無法控制注水量的多少，這會嚴(yán)重影響正常的工作效率。為此，需要對水位進(jìn)行自動顯示、監(jiān)測和報警。傳統(tǒng)的水位檢測系統(tǒng)一般通過有線方式與監(jiān)控中心取得聯(lián)系，這種方式不但維護(hù)起來困難，需要專門人員進(jìn)行維護(hù)調(diào)控，而且在很大程度上限制了其在時空上的拓展性，而內(nèi)部架設(shè)的無線網(wǎng)絡(luò)成本又極高。采用GSM模塊與單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)則能利用現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍以及單片機(jī)的通用性，能有效節(jié)約成本。通過單片機(jī)的并行I0口可以很方便的實現(xiàn)實時水位的顯示功能?，F(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點，用戶無需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時為客戶節(jié)省了昂貴的建網(wǎng)成本和維護(hù)費用。當(dāng)采用GSM模塊時，相比碼分多址技術(shù)，目前基于時分多址技術(shù)的移動通信體制是最成熟、最完善、應(yīng)用最廣的一種系統(tǒng)。我國目前已經(jīng)建成覆蓋全國的GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)，可以通過其實現(xiàn)遠(yuǎn)程終端監(jiān)控和報警的功能。下圖為數(shù)傳電臺組網(wǎng)與GSM短信模塊組網(wǎng)的比較。在數(shù)據(jù)量較大、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小于15KM、要求系統(tǒng)響應(yīng)時間的應(yīng)用中使用數(shù)傳模塊組網(wǎng) 從經(jīng)濟(jì)性及實現(xiàn)的難易程度上看較有優(yōu)勢。在要求網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大于15KM以上、數(shù)據(jù)量很小的應(yīng)用中使用GSM短信模塊組網(wǎng) 從經(jīng)濟(jì)性及實現(xiàn)的難易程度上看較有優(yōu)勢。數(shù)傳電臺組網(wǎng)GSM短信模塊組網(wǎng)比較組網(wǎng)形式自建網(wǎng)絡(luò)，一般采用一個中心站的大區(qū)制。一般受無線電管理及經(jīng)費的限制，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小于30公里，在使用一個中心站的情況下，作用半徑內(nèi)有通信死角。使用GSM公眾網(wǎng)，蜂窩制式。在城市及人口有一定密集的區(qū)域，GSM網(wǎng)絡(luò)幾乎能全面覆蓋。網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域很少有死角。GSM模塊網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大組網(wǎng)費用費用主要包括主臺天線，饋線，天線支撐架。終端天線，饋線，天線支撐架。無組網(wǎng)費用。GSM模塊無組網(wǎng)費用組網(wǎng)難度有一定難度。使用公網(wǎng)。GSM模塊無需組網(wǎng)。終端費用5W電臺相當(dāng)于GSM模塊價格。功率加大費用增加。終端價格與網(wǎng)絡(luò)范圍無關(guān)，5W電臺相當(dāng)于GSM模塊價格。在網(wǎng)絡(luò)范圍大于10KM時，數(shù)傳電臺終端價格大于GSM模塊價格。在1-2KM時數(shù)傳電臺終端價格小于GSM模塊。使用費用每個分臺每年應(yīng)向當(dāng)?shù)責(zé)o線電關(guān)系部門交納頻率占用費。費用與通信數(shù)據(jù)量無關(guān)。每發(fā)送一次數(shù)據(jù)向GSM網(wǎng)絡(luò)運營商交納短信費。每次發(fā)送字節(jié)數(shù)不大于140字節(jié)。費用與通信數(shù)據(jù)量相關(guān)。一般來說數(shù)傳電臺組網(wǎng)費用較低。數(shù)據(jù)速率一般使用1200bit/s，9600bit/s受每次發(fā)送字節(jié)數(shù)不大于140字節(jié)及GSM網(wǎng)絡(luò)管理的限制，實際速率不會超過1200bit/s。數(shù)傳電臺速率較高。系統(tǒng)響應(yīng)時間終端響應(yīng)時間小于200MS與GSM網(wǎng)絡(luò)及發(fā)送的時間有關(guān)，不可控。一般為若干秒。數(shù)傳電臺系統(tǒng)響應(yīng)時間較快。1 水位的測試及顯示系統(tǒng) 一般的實際使用中，水位的測試通常有兩種方法：超聲波水位探測儀和干簧管式水位顯示儀。這兩種方法雖然可行但不切實際，應(yīng)用起來成本過高，實現(xiàn)起來非常復(fù)雜，同時也不易維護(hù)。本文結(jié)合了現(xiàn)階段通用的一些技術(shù)，設(shè)計了一種簡單易用，并且成本低廉的水位檢測系統(tǒng)。 該水位檢測部分由絕緣支架、電極、導(dǎo)管和浮球幾部分構(gòu)成，如圖1所示。浮子由1個直徑15 cm的不銹鋼球與1根長105 cm、外徑15 mm的不銹鋼管焊接而成。導(dǎo)管是一根外徑20 mm、內(nèi)徑17 mm的PVC塑料管。支架由長80 cm的電工導(dǎo)軌制作而成。其余部分安裝在1個長25 cm、寬20 cm、厚5 cm的塑料盒內(nèi)。而水位檢測顯示系統(tǒng)則由水位測試系統(tǒng)、單片機(jī)的并行I0口、電阻、電源以及LED發(fā)光二極管共同組成，如圖2所示。電極K1、K2和K3的另一端分別與單片機(jī)的并行IC口P11、P12和P13相連，而對應(yīng)的lO口則通過電阻串聯(lián)到LED上接電源的正極。當(dāng)水位達(dá)到水滿位置時，此時因為水的導(dǎo)電作用，電極開關(guān)K1、K2和K3都導(dǎo)通，相應(yīng)Pl口接地置低，3個發(fā)光二極管都點亮；當(dāng)水位達(dá)到正常水位時，K2和K3導(dǎo)通，而K1斷開，相應(yīng)P12和P13置低，2個二極管點亮;當(dāng)水位達(dá)到缺水位置時，此時只有K3導(dǎo)通，對應(yīng)只有LED3被點亮。所以根據(jù)二極管燈點亮的個數(shù)的顯示，工作人員在現(xiàn)場給水池注水時，就能很清楚的知道現(xiàn)場水位的狀況，這樣就能夠正確的注水，而不會出現(xiàn)文章開頭出現(xiàn)的狀況。如圖一：當(dāng)水位到達(dá)K1 時，水池中的已經(jīng)接近滿的狀態(tài)。此時，因水接觸K1 ，K2 ，K3 ，使之導(dǎo)通，于是K1 ，K2 ，K3 電極所連接的LED1，LED2，LED3，都被點亮，從而可以很直觀的報告水池中的水位已滿。如圖2。但這僅僅局限于工作人員在場的情況下可知。我們今天所要解決的是遠(yuǎn)程的水位監(jiān)控，所以接下來就要用到單片機(jī)，AT89C2051。2 水位遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)硬件組成 不過上面制作的系統(tǒng)，只有工作人員在水位顯示裝置前才能得知水位情況，依然需要專門人員定時進(jìn)行察看以及檢測，遇到工作人員不在的特殊情況，或系統(tǒng)異常時，此系統(tǒng)便無法應(yīng)對。所以下面，本文就要設(shè)計一個簡單，可以遠(yuǎn)程檢測并控制的水位遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)。水位遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)實際是一個無線數(shù)據(jù)的收發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是通過現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的傳送，相比專用無線網(wǎng)絡(luò)，此系統(tǒng)架設(shè)以及維護(hù)成本都比較低廉，實現(xiàn)起來也很方便。此系統(tǒng)主要由兩部分組成，即微控制器芯片89C2051和GSM無線短信芯片G100A。21 微控制器 微控制器采用Atrnel公司推出的一種小型單片機(jī)89C2051，95年出現(xiàn)在中國市場。其主要特點為采用Flash存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，可以很快被中國廣大用戶接受，其程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)與試驗比較容易。 其內(nèi)有2 KB的Flash程序存儲器和128 B的片內(nèi)RAM。89C2051共20引腳，其中P1口8腳（圖1），可以作為一般的準(zhǔn)雙向端口，在引腳的驅(qū)動能力上，具有很強(qiáng)的下拉能力。89C2051有很寬的工作電源電壓，可為2.76V,當(dāng)工作在3V時，電流相當(dāng)于6V工作時的1/4。89C2051工作于12Hz時，動態(tài)電流為5.5mA，空閑態(tài)為1mA,掉電態(tài)僅為20nA。這樣小的功耗很適合于電池供電的小型控制系統(tǒng)。我們這里使用的AT89C2051單片機(jī)，如上圖。其內(nèi)部電路圖如下圖：當(dāng)水池水位已滿時，P1.1 ，P1.2 ，P1.3 ，都高電平。在AT89C2051中，P1口是一組8位雙向I/O口，P1.2-P1.7提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和P1.1內(nèi)務(wù)上拉電阻，主要是考慮它們分別是內(nèi)部精密比較器的同相輸入端（AIN0）和反相輸入端（AIN1），如果需要應(yīng)在外部接上拉電阻。P1 口輸出緩沖器和吸收20mA電流并可直接驅(qū)動LED。當(dāng)P1 口引腳寫入“1”時可作輸入端，當(dāng)引腳P1.2-P1.7用作輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而輸出電流（L1L）。P1 口還在FLASH閃速編程及程序校驗時接受代碼數(shù)據(jù)。RST口為復(fù)位輸入，RST引腳一旦變?yōu)閮蓚€極其周期以上的高電平，所有I/O口都將復(fù)位到“1”（高電平）狀態(tài)，當(dāng)振蕩器正在工作時，持續(xù)兩個極其周期以上的高電平便可完成復(fù)位，每個機(jī)器周期為12個振蕩時鐘周期。所以，此端口作用為工作過程中的復(fù)位。4和5 是XTAL1引腳和XTAL2引腳。如圖：其中XTAL1引腳為振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2為振蕩器反相放大器的輸入端。圖3中時鐘振蕩器為內(nèi)部振蕩電路,采用的是石英晶體振蕩器組成時鐘振蕩器。C2，C3=30pf+-10pF。VCC輸入端接+5V電壓，GND接地。22 GSM無線短信芯片 GSM無線短信模塊G100A是由北京捷麥公司推出的，該模塊采用全SMT組裝，工藝先進(jìn)、可靠性高，工作電壓范圍為515 v。工業(yè)級產(chǎn)品設(shè)計，工作溫度范圍寬，可適合野外工作。全封閉鋁合金外殼，抗干擾能力強(qiáng)。其內(nèi)置的德國西門子公司GSM模塊Tc35使得模塊操作簡單，無須學(xué)習(xí)復(fù)雜的GSM模塊AT指令集。G100A的串口具有TTL、RS232和RS485半雙工三種形式，標(biāo)準(zhǔn)配置為RS232。G100A框圖23 系統(tǒng)硬件接口連接 整個水位遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)構(gòu)成，其中上位機(jī)主要是指移動終端即手機(jī)，而下位機(jī)是由GSM無線收發(fā)模塊及與其相連的單片機(jī)構(gòu)成，其電路連接原理圖如圖3所示。下位機(jī)安裝在水池附近，而微控制器C2051與G100A之間是通過三線制串口（RS232）相連的，即TX、RX和GND三條線，圖3中以網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號相連。由于各自的工作電壓不太一樣，在這里采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232以實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，它是Maxim 公司專門為與低壓微控制器芯片接口推出的，外圍電路簡單，工作可靠，用于把單片機(jī)串口的TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232電平。TTL電路是晶體管-晶體管邏輯電路的英文縮寫（Transistor Transistor Logic），是數(shù)字集成電路的一大門類。它采用雙極型工藝制造，具有高速度低功耗和品種多等特點。從六十年代開發(fā)成功第一代產(chǎn)品以來現(xiàn)有以下幾代產(chǎn)品。第一代TTL包括SN54/74系列，（其中54系列工作溫度為-55+125，74系列工作溫度為0+75)，低功耗系列簡稱lttl，高速系列簡稱HTTL。第二代TTL包括肖特基箝位系列（STTL)和低功耗肖特基系列（LSTTL）。第三代為采用等平面工藝制造的先進(jìn)的STTL(ASTTL)和先進(jìn)的低功耗STTL（ALSTTL）。由于LSTTL和ALSTTL的電路延時功耗積較小，STTL和ASTTL速度很快，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。下面為各類TTL門電路的基本性能：電路類型TTL數(shù)字集成電路約有400多個品種，大致可以分為以下幾類：門電路譯碼器/驅(qū)動器觸發(fā)器計數(shù)器移位寄存器單穩(wěn)、雙穩(wěn)電路和多諧振蕩器加法器、乘法器奇偶校驗器碼制轉(zhuǎn)換器線驅(qū)動器/線接收器多路開關(guān)存儲器特性曲線電壓傳輸特性：TTL與非門電壓傳輸特性LSTTL與非門電壓傳輸特性瞬態(tài)特性由于寄生電容和晶體管載流子的存儲效應(yīng)的存在，輸入和輸出波形如右圖。存在四個時間常數(shù)td,tf,ts和tr。延遲時間td下降時間tf存儲時間ts上升時間tr基本單元“與非門”常用電路形式四管單元 五管單元 六管單元主要封裝形式，雙列直插；扁平封裝。計算機(jī)與計算機(jī)或計算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程 傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊。RS -232-C接口（又稱EIARS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào) 制解調(diào)器廠家及計算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交 換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。 （1）接口的信號內(nèi)容實際上RS-232-C的25條引線中有許多是很少使用的，在計算機(jī)與終端通訊中一般只使用3-9條引線。RS-232-C最常用的9條引線的信號內(nèi)容見附表1所示 （2）接口的電氣特性在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏輯“1”，-5-15V；邏輯“0”+5+15V。噪聲容限為2V。即要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號作為邏輯“1”附表1（3）接口的物理結(jié)構(gòu)RS-232-C接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端.一些設(shè)備與PC機(jī) 連接的RS-232-C接口,因為不使用對方的傳送控制信號,只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。所以采用DB-9的9芯插頭 座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。 （4）傳輸電纜長度由RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)為50英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在 實際應(yīng)用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠(yuǎn)超過50英尺，美國DEC公司曾規(guī)定允許碼元畸變?yōu)?10%而得出附表2的實驗結(jié)果。其中1號電纜為屏蔽電纜，型號為DECP.NO.9107723內(nèi)有三對雙絞線，每對由22#AWG組成，其外覆 以屏蔽網(wǎng)。2號電纜為不帶屏蔽的電纜。型號為DECP.NO.9105856-04是22#AWG的四芯電纜。附表2為DEC公司的實驗結(jié)果。附表2單片機(jī)的并行IO口，通過網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號P11、P12和P13分別與水位測試系統(tǒng)中的電極按鍵K1、K2和K3的一端相連。當(dāng)水位處在不同狀態(tài)時，由于按鍵K的作用使得對應(yīng)的P11、Pl2和P13電平的狀態(tài)也不一致。這樣就可以通過檢測P1口的狀態(tài)，將其狀態(tài)以短消息的形式由GSM短信模塊發(fā)送出去，手機(jī)終端收到短信后就可以判斷水位的狀態(tài)。這樣就完成了水位的遠(yuǎn)程檢測功能。實際使用過程中，通過P1端口的電平狀態(tài)，如P1.1，P1.2，P1.3，都是高點平，AT89C2051通過三線制串口，RS232與G100A，GSM無線網(wǎng)絡(luò)模塊相連，即TX，RX，GND。由于工作電壓不同，需要用到MAX3232實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的電壓適用于G100A無線模塊。RS-232-C接口采用的是串行通訊方式。串行接口使用線路少，成本低，特別適用于遠(yuǎn)程傳輸。其中TXD為 DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）DCE（數(shù)據(jù)通信設(shè)備），發(fā)送串行數(shù)據(jù)；RXD為 DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）DCE（數(shù)據(jù)通信設(shè)備），接受串行數(shù)據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。但一些設(shè)備與PC機(jī) 連接的RS-232-C接口,因為不使用對方的傳送控制信號,只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。按照圖3所示，把線路接好后，當(dāng)水位滿，P1.1，P1.2，P1.3全部高點平，（TXD）P3.1輸出串行數(shù)據(jù)，（RXD）P3.0接受串行數(shù)據(jù)。接上MAX3232芯片，（TXD）P3.1接上T2IN，（RXD）P3.0接上R2OUT。通過MAX3232的電壓轉(zhuǎn)換。MAX3232中的T2OUT接上G100A的RXD1，向GSM模塊輸入串行信號。R2IN接上G100A的TXD1，接受GSM模塊傳回的串行信號。3 水位數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)能浖崿F(xiàn) 由于G100A型GSM數(shù)傳模塊采用的是三線制串口即TX、RX和GND三條線，故它們之間的數(shù)據(jù)傳輸遵循串行數(shù)據(jù)的格式，其傳輸數(shù)據(jù)格式為：1個起始位、8個數(shù)據(jù)位和1個停止位，且無校驗(即5l系列單片機(jī)串行通信的方式1)。串口速率為固定的9600 bps。單片機(jī)將采集到的水位信息即P11、P12和P13的置零狀態(tài)通過串口傳送給GSM模塊，當(dāng)GSM模塊收到遠(yuǎn)程上位機(jī)發(fā)送過來的請求得到水位信息后，它就相應(yīng)的按照某種固定的數(shù)據(jù)格式將水位信息發(fā)送到終端上。 GSM數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的過程中沒有其他任何握手和數(shù)據(jù)流控制線，只需按照G100A型GSM數(shù)傳模塊所要求的數(shù)據(jù)傳送格式即可。 GSM短信模塊G100A是用GSM模塊的短信息功能來傳輸數(shù)據(jù)的，所以在使用它傳輸數(shù)據(jù)時要用到電話號碼。數(shù)據(jù)包中用6個8位二進(jìn)制字節(jié)表示電話號碼，每個字節(jié)中的高4位和低4位均用BCD碼表示l位十進(jìn)制的電話號碼，這樣每個字節(jié)可表示兩位電話號碼，所以6個字節(jié)總共可表示12位電話號碼。因為現(xiàn)行的電話號碼均為11位，而6字節(jié)能表示12位十進(jìn)制的BCD數(shù)，所以在傳輸數(shù)據(jù)表示電話號碼時要在電話號碼的前面補0以湊足12位。假設(shè)電話號碼轉(zhuǎn)換成6字節(jié)BCD碼后變?yōu)?1H 35H 84H 00H 24H 62H。31 數(shù)據(jù)包格式無論是數(shù)據(jù)還是命令都用下面的格式來表示：D7H控制字節(jié)信息不管是命令還是數(shù)據(jù)，都有一個包頭D7H，接著就是一個控制字節(jié)。本模塊規(guī)定：當(dāng)控制字節(jié)大于147時，數(shù)據(jù)包為命令，否則就為數(shù)據(jù)。比如命令D7H FFH參數(shù)，D7H為包頭，F(xiàn)FH為控制字節(jié)，因FFH147，故參數(shù)為命令字節(jié)。模塊就是靠數(shù)據(jù)包的第二個字節(jié)來識別發(fā)給它的信息是命令信息還是數(shù)據(jù)信息的。如下圖所示。字節(jié)位置第一字節(jié)第二字節(jié)第三字節(jié)-第八字節(jié)第九字節(jié)以后字段名稱字頭控制碼地址數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)時D7H發(fā)送數(shù)據(jù)140目的電話號碼短信內(nèi)容接受數(shù)據(jù)時D7H接受數(shù)據(jù)140發(fā)送用戶數(shù)據(jù)的格式 根據(jù)數(shù)據(jù)包格式，發(fā)送用戶數(shù)據(jù)格式如下：D7控制字節(jié)=UDLSTAUD其中，UDL表示要發(fā)送的除包頭D7H以外總的數(shù)據(jù)長度，包括STA、UD和它本身的字節(jié)長度。STA和UDL的字節(jié)長度一般是固定的，為l+6=7字節(jié)。STA為接收方的電話號碼，即目的地址，號碼需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。UD表示要發(fā)送的有效數(shù)據(jù)，其總長度不大于140字節(jié)，因為短信息的數(shù)據(jù)長度不能超過140字節(jié)。 假設(shè)要發(fā)送OOH、11H、22H、331H、44H和55H，共6個字節(jié)數(shù)據(jù)，接收方的電話號碼(目的地址)UDL=ODH(13個字節(jié))，STA：01H 35H 84H 00H 24H 62H，UD=OOH 1lH 22H 33H 44H 55H,發(fā)送格式如下：D7H0DH01H35H84H00H24H62H00H11H22H33H44H55H接收用戶數(shù)據(jù)的格式 接收用戶數(shù)據(jù)格式如下：D7控制字節(jié)=UDLSOAUD與發(fā)送用戶數(shù)據(jù)格式不同的是SOA，它是發(fā)送方的電話號碼，即源地址。 假設(shè)收到上面發(fā)送來的OOH、11H、22H、33H、44H和55H,共6字節(jié)數(shù)據(jù)，發(fā)送方的電話號碼(源地址)UDL=0DH(13個字節(jié))，SOA=O1H 39H 20H 85H 57H 95H，UD=OOH 11H 22FI 33H 44H 55H,接收到的數(shù)據(jù)格式如下：D7H0DH01H39H20H85H57H95H00H11H22H33H44H55H32 命令集 GIOOA型GSM數(shù)傳模塊含有豐富的命令，通過對不同命令的操作來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確收發(fā)過程，其命令集如表1所列。格式方向功能D7H FDH模塊-上位機(jī)模塊已工作。上電初始化完成后即返回此代碼D7H FEH上位機(jī)-模塊詢問模塊是否工作。初始化完成后任何時候用此命令詢問模塊，只要模塊工作正常，會立即返回D7H FDH，否則不返回任何命令碼D7H FAH模塊-上位機(jī)數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送成功。由于網(wǎng)絡(luò)原因原因，發(fā)送相同的數(shù)據(jù)所需要的時間也是不相同，所以發(fā)送數(shù)據(jù)時，要等到數(shù)據(jù)發(fā)送的回應(yīng)代碼（D7H FAH或D7H FCH）后再發(fā)送下一次數(shù)據(jù)D7H FCH模塊-上位機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送失敗，需要重新發(fā)送D7H ECH上位機(jī)-模塊詢問模塊的軟件版本D7H ECH模塊-上位機(jī)回答軟件版本。后跟八個字節(jié)的版本信息（ASCII碼）D7H FBH模塊-上位機(jī)模塊忙D7H FFH模塊-上位機(jī)數(shù)據(jù)實際長度與長度字節(jié)不符。如果數(shù)據(jù)實際長度小于長度字節(jié)所給的數(shù)據(jù)長度，則模塊會用此次數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)來彌補長度，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)的實際長度大于長度字節(jié)所給的數(shù)據(jù)長度，模塊會將多出的字節(jié)丟掉，并返回表示模塊忙的命令碼（D7H FBH）D7H FBH上位機(jī)-模塊系統(tǒng)復(fù)用實際使用過程忠，首先上電后模塊內(nèi)的單片機(jī)對GSM信道單元進(jìn)行初始化。初始化后的GSM信道單元向網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行登記并保持網(wǎng)絡(luò)連接。 發(fā)送短信時：上位機(jī)將要發(fā)送的短信通過串口接口按G100短信格式送接口電平轉(zhuǎn)換電路。接口電平轉(zhuǎn)換電路將上位機(jī)不同電平的信號轉(zhuǎn)換成TTL電平的串口 信號送模塊內(nèi)的單片機(jī)MCU，單片機(jī)MCU將要發(fā)送的短信轉(zhuǎn)換成AT命令的格式送GSM信道單元,GSM信道單元將短信發(fā)給GSM網(wǎng)絡(luò)。接收短信時:GSM信道單元將接收到的短信以AT命令的格式送給單片機(jī),單片機(jī)將短信以G100短信格式 通過接口電平轉(zhuǎn)換電路送給上位機(jī)。水位滿時，其格式無論是數(shù)據(jù)還是命令都是D7H；傳到我手機(jī)上，因我的手機(jī)號碼即目的地址，號碼需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換為12位十進(jìn)制的BCD數(shù)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)為01H 35H 84H 00H 24H 62H。當(dāng)水位滿，P1.1，P1.2，P1.3全部輸入高電平1 。則單片機(jī)輸出RS-232串行格式信號，由MAX3232轉(zhuǎn)換為TTL電平串口信號，送到G100A無線模塊中的單片機(jī)MCU中，單片機(jī)MCU將要發(fā)送的短信轉(zhuǎn)換成AT命令的格式送GSM信道單元,轉(zhuǎn)換后的BCD數(shù)為OOH 1lH 22H 33H 44H 55H。GSM信道單元將短信發(fā)給GSM網(wǎng)絡(luò)。手機(jī)上收到信息后，就以可以得知水位已滿的信息。4 系統(tǒng)應(yīng)用拓展41 系統(tǒng)優(yōu)點該系統(tǒng)的種種特點完全可以擴(kuò)展到其他的領(lǐng)域使用，如長江水位的防汛工作。如果用戶想要了解長江的水位情況，只需要發(fā)送一個短信，就可以及時的了解水位狀況，而不需要親臨現(xiàn)場。相比其他遠(yuǎn)程水位檢測系統(tǒng)，采用GSM短信模塊組網(wǎng)的檢測系統(tǒng)擁有以下優(yōu)點。節(jié)約成本目前應(yīng)用的水情自動測報系統(tǒng)一般都需要組建專門的通信網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍大的可能還要加多級中繼，建設(shè)成本和建設(shè)周期相當(dāng)大。而如果應(yīng)用短消息業(yè)務(wù)來傳輸水情數(shù)據(jù)，只需要一個GSM的終端模塊就可以了，數(shù)據(jù)的傳輸和傳輸質(zhì)量全由GSM網(wǎng)絡(luò)運營商來保證，可以節(jié)約建設(shè)成本和建設(shè)周期。短消息業(yè)務(wù)傳輸水情數(shù)據(jù)，由于電信部門的網(wǎng)絡(luò)相對水情系統(tǒng)是透明的，所以水情系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就變得簡單，這樣就便于自動測報網(wǎng)絡(luò)投入使用后的維護(hù)和維修工作，節(jié)約維護(hù)和維修成本以及網(wǎng)絡(luò)的運營成本。通信費用低廉。雖然利用短消息業(yè)務(wù)來實現(xiàn)水情自動測報系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需要通信費用的缺點，但相對來說，它的通信費用是相當(dāng)?shù)土?。綜合考慮整個工程的投入，那么用短消息業(yè)務(wù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綄⒛軓墓こ痰慕ㄔO(shè)、維護(hù)、維修等各個方面節(jié)約下很多成本。提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性、可靠性對于水情自動測報系統(tǒng)中的自動化通信設(shè)備來說，由于其所處的地理環(huán)境，防雷一直是一個十分頭痛的問題，即使增加了許多防雷設(shè)備和器件，這些設(shè)備還是經(jīng)常遭雷擊。使用GSM通信網(wǎng)絡(luò)及短消息業(yè)務(wù)實現(xiàn)水情自動化測報省去了一些常用的通信設(shè)備，所以防雷問題也就不會那么突出。由于傳輸短消息的GSM通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國，這可以使得水情自動測報的范圍也很大，遙測站的數(shù)目可任意擴(kuò)充。對于一些覆蓋地域比較廣的水情自動測報系統(tǒng)來說，用短消息業(yè)務(wù)來傳輸水情數(shù)據(jù)就有更大的優(yōu)勢。采用短消息傳輸后，通信信道的信噪比、誤碼率等通信的性能指標(biāo)都可以由GSM網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)和通信協(xié)議得到保證，可以免去很多數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)校驗、檢錯、糾錯工作，數(shù)據(jù)通信的可靠性可以得到提高。42 應(yīng)用拓展除了應(yīng)用于固定遙測站的水文信息傳輸外，短消息業(yè)務(wù)作為移動通信網(wǎng)絡(luò)的通信業(yè)務(wù)之一，更能應(yīng)用于迅測等流動水文遙測站的水文信息傳輸，而這一切的實現(xiàn)不需要增加任何通信設(shè)備。目前幾種通信方式的比較我國目前水情自動測報系統(tǒng)的通信方式主要有短波通信、衛(wèi)星通信和超短波通信。短波通信的傳播距離較遠(yuǎn)，受地形限制較少，但受電離層的影響，通信質(zhì)量差和信道穩(wěn)定性差，而且受氣候的影響大，在實際應(yīng)用中很少采用。衛(wèi)星通信的傳輸質(zhì)量好，傳輸距離不受限制，覆蓋面積大，受地形、氣候的影響小，組網(wǎng)靈活，但衛(wèi)星終端設(shè)備成本較高。另外，雖然系統(tǒng)采取按時收費，還依然有較高的使用成本，實際應(yīng)用也不是很廣泛。超短波通信的信號傳輸比較穩(wěn)定，質(zhì)量較好，又具有一定的繞射能力，是我國目前水情自動測報系統(tǒng)中應(yīng)用最多、技術(shù)上也較成熟的通信方式，但傳播距離較近，且受地形限制，在山地通信時需設(shè)置中繼站。GSM通信與GSM短消息業(yè)務(wù)GSM（Global Systemfor Mobile Communication）系統(tǒng)是目前基于時分多址技術(shù)的移動通信體制中最成熟、最完善、應(yīng)用最廣的一種系統(tǒng)。我國目前已經(jīng)建成覆蓋全國的GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)，提供多種業(yè)務(wù)，主要包括：話音業(yè)務(wù)、短信業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。比較這三種業(yè)務(wù)可知，短消息業(yè)務(wù)（SMS）更適合于水情數(shù)據(jù)的傳輸。雖然短消息業(yè)務(wù)一次最多只能傳輸140個字符信息，但用于水情數(shù)據(jù)的傳輸已經(jīng)完全可以滿足要求。GSM短消息業(yè)務(wù)分為2種：點對點短消息和短消息小區(qū)廣播業(yè)務(wù)。目前短消息小區(qū)廣播業(yè)務(wù)還沒有完全開放。點對點短消息業(yè)務(wù)能夠使GSM網(wǎng)絡(luò)的用戶可以接收或發(fā)送有限長度（不超過140個字節(jié)）的數(shù)字或文字信息，短消息的收發(fā)不影響通話。GSM的短消息業(yè)務(wù)利用信令信道傳輸，是GSM通信網(wǎng)絡(luò)特有的，它不用撥號建立連接，直接把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息服務(wù)中心，由短消息服務(wù)中心再發(fā)送給最終的信宿。并且，如果傳送失敗，被叫方?jīng)]有回答確切消息，網(wǎng)絡(luò)會保留所傳消息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)被叫方能被叫通時消息能被重發(fā)，以確保被叫方準(zhǔn)確接收。不僅在水情自動測報系統(tǒng)中，在其它任何領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)通信中，采用簡潔、高效、合理的通信方式一直是追逐的焦點。而利用現(xiàn)有的已建成的公共通信網(wǎng)絡(luò)來快速、可靠的組建各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也是各個領(lǐng)域通信方式發(fā)展的方向，水情自動測報系統(tǒng)也不例外。這樣可以省去組建專用網(wǎng)絡(luò)的巨大投入，只需要接入網(wǎng)絡(luò)的終端模塊就可以了。隨著GSM通訊協(xié)議的專用模塊的推出，使得GSM的各項業(yè)務(wù)的應(yīng)用范圍已不僅僅應(yīng)用于手機(jī)通信領(lǐng)域，也應(yīng)用于其它領(lǐng)域的通信需求，而這些模塊都有易于開發(fā)的通訊接口和協(xié)議，這為短消息業(yè)務(wù)應(yīng)用于水情測報系統(tǒng)的開發(fā)工作創(chuàng)造了很好的條件。對于水情自動測報系統(tǒng)來說，GSM系統(tǒng)通信是最值得利用的?；贕SM的水情自動測報系統(tǒng)水情遙測自動測報系統(tǒng)由多個遙測站和一個中心站組成。水情遙測系統(tǒng)中分部在各處的遙測站通過GSM網(wǎng)絡(luò)與中心站進(jìn)行短消息傳輸，把遙測站測的水位、雨量等數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼?，再由中心站進(jìn)行相關(guān)的處理。（）遙測站遙測站的組成框圖如圖1所示，主要由傳感器（雨量計、水位計）、遙測數(shù)傳儀、電源組成。由數(shù)傳儀控制采集雨量、水位等水文信息，通過GSM模塊向中心站發(fā)送包含這些水文信息的短消息。（） 中心站中心站組成框圖如圖2所示，由工業(yè)控制計算機(jī)控制GSM模塊接收各處遙測站的水文數(shù)據(jù)，再由中心站的其他設(shè)備或軟件進(jìn)行處理。在數(shù)據(jù)服務(wù)器上采用Windows NT為服務(wù)器操作系統(tǒng)，以SQL Server為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。在工業(yè)控制計算機(jī)的軟件設(shè)計采用Visual Basic和Visual C混合編程的方法。全中文的操作界面使得操作直觀、方便、靈活。遙測站與中心站之間是通過GSM通信系統(tǒng)來傳輸數(shù)據(jù)。由于GSM系統(tǒng)集中了現(xiàn)代信源編碼技術(shù)、信道編碼、交織、均衡技術(shù)、數(shù)字調(diào)制技術(shù)、話音編碼技術(shù)以及慢調(diào)頻技術(shù)，同時在系統(tǒng)中引入了大量計算機(jī)控制和管理，因而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、安全性和可靠性。結(jié)束語本簡易水位測試系統(tǒng)實用方便，系統(tǒng)通過水位的變化來控制與單片機(jī)I0口相連的LED變化，這種顯示效果可以很好的控制水位。在遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)中，通過采用單片機(jī)的串口可以實時的將水位信息傳送給(GSM模塊。在無請求時，其水位信息暫存在單片機(jī)中，且不斷的更新水位信息。當(dāng)用戶需要時，會根據(jù)用戶的需要自動的通過串口將最新的水位信息送給GSM模塊。由于GSM短信模塊采用G100A，使得無線數(shù)據(jù)的傳送變得極為容易，用戶操作起來也非常方便。并且在其拓展應(yīng)用方面，以GSM通信系統(tǒng)的短消息傳輸遙測站與中心站之間的水文測量數(shù)據(jù)，無論在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性、可靠性，還是在網(wǎng)絡(luò)運行成本上都比現(xiàn)有的水情自動測報系統(tǒng)的通信系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢，因而具有很廣泛的應(yīng)用價值。除此以外，在汛期期間，中心站還可以以