基于RTOSμCOSII和GSM的野外水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、華東交通大學(xué)電子測(cè)量大作業(yè)題 目 基于rtos cos-ii和gsm的野外水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 課 程 名 稱 電子測(cè)量技術(shù) 院 部 名 稱 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 10 通信二班 學(xué) 生 姓 名 龔建生 學(xué) 號(hào) 20100610080 指 導(dǎo) 教 師 黃德昌 目錄目錄2基于rtos cos-ii和gsm網(wǎng)絡(luò)的野外水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)3摘要3summary3緒論4總體方案設(shè)計(jì)41 水位傳感器52 傳輸網(wǎng)絡(luò)73 監(jiān)控中心74 集中器7系統(tǒng)的工作方式71 主動(dòng)式72 被動(dòng)式83 混合式8系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)81 采集終端的設(shè)計(jì)92 集中器的設(shè)計(jì)103 單片機(jī)電路11系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)211 系統(tǒng)流程21

2、2 cos ii移植233 程序設(shè)計(jì)39總結(jié)與展望39謝辭40參考文獻(xiàn)40基于rtos cos-ii和gsm網(wǎng)絡(luò)的野外水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)摘要水位監(jiān)測(cè)是水溫采集的重要組成部分，在防汛減災(zāi)、水利建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種水情信息的實(shí)時(shí)檢測(cè)、處理的系統(tǒng)，它應(yīng)用監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理、通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)江河、水庫(kù)、地下水、礦井等水位的監(jiān)測(cè)，因此通常設(shè)計(jì)成無人值守的方式，從而減少人工觀測(cè)強(qiáng)度，并提高水情的實(shí)時(shí)性。由于野外水位的特殊環(huán)境，這就要求系統(tǒng)必須足夠穩(wěn)定。如果采用傳統(tǒng)的單片機(jī)的設(shè)計(jì)方法，讓程序逐個(gè)順序執(zhí)行，這無疑增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。所以，在本個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)中，我們加入了cos ii

3、操作系統(tǒng)，這大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。cos ii是一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)的可搶占式的硬實(shí)時(shí)內(nèi)核。它屬于一個(gè)完整的、可移植、可固化、可裁減的搶占式的多任務(wù)內(nèi)核。cos ii具有免費(fèi)、簡(jiǎn)單、可靠性高、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，其開放性使得開發(fā)人員可以自行裁減和添加所需的功能，在許多應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著獨(dú) 特的作用。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)采用了gprs數(shù)據(jù)傳輸方式。關(guān)鍵詞：uc/os-ii、c51、gsm網(wǎng)絡(luò)、水位監(jiān)測(cè)summarywater level monitoring is the important part of temperature acquisition, it play an important role

4、in flood control and disaster reduction, water conservancy construction, industrial production, etc.water level monitoring system is a system of hydrologic data real-time detection and processing,it use the monitoring, data processing, communication and computer technology for the monitoring of the

5、rivers, reservoirs, groundwater, mine water, etc.so it usually designed to unattended mode, so as to reduce artificial observation strength, and improve the real-time performance of the water.because of the special environment of field water, which requires the system must be stable enough.if we use

6、 the traditional design method of single chip microcomputer, let one program order execution, that undoubtedly increased the instability of system.so, in this a detection system, we joined the cos ii operating system, which greatly improves the systems stability. cos ii is a based on priority can-ta

7、ke type hard core.it belongs to a complete, portable, curing, scalable pre-emptive multitasking kernel. cos ii has an advantages of free, simple, high reliability, good real-time, etc., and its openness enables developers may make the cuts and adding the function, it plays a in many application fiel

8、dsx special role alone.the system data transmission network using a mode. of the gprs data transmission.緒論本論文主要介紹使用基于80c51、gsm模塊和cos ii操作系統(tǒng)的野外水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先介紹了水位檢測(cè)系統(tǒng)的組成部分和工作方式；然后介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，主要是單片機(jī)和gsm模塊的接口電路以及外圍電路的設(shè)計(jì)；最后介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括cos ii操作系統(tǒng)的移植、主程序、初始化子程序、短信息字程序及數(shù)據(jù)處理子程序等。本設(shè)計(jì)是一個(gè)通用的設(shè)計(jì)實(shí)例，也可以將其應(yīng)用于遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)

9、程控制等應(yīng)用場(chǎng)合?？傮w方案設(shè)計(jì)水位檢測(cè)系統(tǒng)一般由采集終端、集中器、傳輸網(wǎng)絡(luò)以及監(jiān)控中心組成。其中，采集終端負(fù)責(zé)事實(shí)、準(zhǔn)確地采集水位信息，是實(shí)現(xiàn)測(cè)量及控制的首要環(huán)節(jié)；集中器是水位檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)將采集終端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理并通過有線或者無線將數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，或者接收中心的命令，完成相應(yīng)的動(dòng)作；監(jiān)控中心是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制單元，負(fù)責(zé)將各個(gè)采集終端發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理并生成各種圖表及數(shù)據(jù)庫(kù)，另外，可以根據(jù)需要向采集終端發(fā)送命令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的控制。水位檢測(cè)系統(tǒng)的主要組成如下圖。此外，由于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備在野外工作，環(huán)境相對(duì)惡劣，因此，在選擇傳感器、設(shè)計(jì)

10、集中器時(shí)需要充分考慮不利因素的影響，從而保證數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)目煽啃浴? 水位傳感器水位傳感氣是水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最前端，其測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能。用于自動(dòng)化檢測(cè)的水位傳感器等。這些傳感器可以直接接到數(shù)據(jù)終端上，自動(dòng)檢測(cè)水位參數(shù)。浮體式水位傳感器的特點(diǎn)是必須有浮體浮于水面。它采集水位信號(hào)的原理是：浮體浮于水面隨著水升降，同時(shí)浮體隨水位移的信號(hào)，通過浮體以一定的方式傳遞出去，實(shí)現(xiàn)水位采集。浮體式水位感應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定、可靠、成熟、運(yùn)用最廣泛。缺點(diǎn)主要有兩個(gè)：一是冬季結(jié)冰是不適合使用，二是無法在流動(dòng)的水中測(cè)量水位，如果需要測(cè)量水井中的水位，則需要清除淤積。壓阻式水位傳感器是一種利用

11、水的壓力與睡得深度成正比的性質(zhì)采集水位信號(hào)的傳感器。其水位取樣的基本原理是基于單晶體硅材料的壓阻效應(yīng)。單晶體硅在受到水壓之后，其電阻會(huì)發(fā)生變化，且改變量與水的壓力成正比。為了實(shí)現(xiàn)單晶硅的壓阻效應(yīng)，在應(yīng)用中一般是在圓形硅膜片上擴(kuò)散出四個(gè)p行電阻，構(gòu)成惠斯登電橋的四個(gè)臂。電橋的輸出與電阻變化量成正比，也就是與水的壓力深度成正比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)誰信號(hào)的采集。壓阻式水位傳感器靈敏度比較高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，精度高，易于微型化和集成化，至目前非電量電測(cè)技術(shù)中非常重要的檢測(cè)手段。這類傳感器的主要缺點(diǎn)是，在大應(yīng)變狀態(tài)中有明顯的非線性，輸出信號(hào)弱，抗干擾能力差。超聲波水位傳感器是根據(jù)水能發(fā)射超聲波的特性研制的。超聲波水

12、位傳感器采集水位信號(hào)的原理是，傳感器內(nèi)部的發(fā)射源向水表面發(fā)射超聲波，水反射部分回波，這種反射波被超聲波接收器探測(cè)，并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。超聲波的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)距離（傳感器與水表面的距離）成正比。根據(jù)超聲波運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，便可得知傳感器與水面的距離，經(jīng)信號(hào)處理，就可將此轉(zhuǎn)換成水位。超聲波水位傳感器是一種適用于各種過程控制系統(tǒng)的智能型一體化非接觸式水位測(cè)試儀，可以測(cè)量腐蝕性液體，精度比較高，受溫度影響比較小。導(dǎo)電式水位傳感器采集水位信號(hào)的基本原理，是利用水的導(dǎo)電性將水位轉(zhuǎn)化成電容的變化；另一種是利用水位變化與電極接觸，來實(shí)現(xiàn)水位信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變。根據(jù)水位信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的不同方式，導(dǎo)電式水位傳感器可分成兩

13、種類型：電容型和電接觸型。這類傳感器的特點(diǎn)是精度與結(jié)構(gòu)有關(guān)，不需要建造水位井，可分段安裝。野外環(huán)境影響穩(wěn)定工作，適用淺水位檢測(cè)，需要定時(shí)檢查接觸點(diǎn)。通過比較，本系統(tǒng)選用壓力型傳感器。這里選擇壓力、液位傳感器jyb-ko-lag（北京昆侖海岸傳感器中心），它是一種硅壓力傳感器，利用專門線性放大芯片進(jìn)行放大及線性化處理。其外形小巧，精度較高。采用集成設(shè)計(jì)，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和使用。jyb-ko-lag傳感器技術(shù)參數(shù)如下：液壓量程：0-100m壓力量程：0-35mpa環(huán)境溫度：-10-60供電電壓：12-32vdc輸出信號(hào)：4-20ma/0-5v負(fù)載特性：電流輸出型：小于等于600歐，電壓輸出型小于等于3

14、千歐絕緣電阻：大于100兆歐準(zhǔn)確度：a級(jí) 0.25%fs,b級(jí) 0.1%fs非線性：0.2%fs遲滯性與可重復(fù)性：0.1%fs長(zhǎng)期穩(wěn)定性：0.1%fs/年熱力零點(diǎn)飄移：0.03%fs/響應(yīng)時(shí)間：30ms最大工作壓力：2倍量程2 傳輸網(wǎng)絡(luò)一般來說，野外水位檢測(cè)系統(tǒng)所處地形復(fù)雜，監(jiān)控點(diǎn)分散，距離監(jiān)測(cè)中心比較遠(yuǎn)，有線網(wǎng)絡(luò)（如利用公用交換電話網(wǎng)絡(luò)ptsn）鋪設(shè)困難，而且維護(hù)費(fèi)用昂貴。在現(xiàn)有的無線通信方式中，建立無線基站耗資巨大，建設(shè)周期長(zhǎng)，維護(hù)苦難，并且使用必須申請(qǐng)頻道；射頻無線通信技術(shù)傳輸距離短（小于50m），不適合遠(yuǎn)距離傳輸；gsm短消息方式使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，可避免重復(fù)建設(shè)，減少成本，在低頻、率。小容

15、量等應(yīng)用場(chǎng)合是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，但是響應(yīng)偏慢，不能做到實(shí)時(shí)傳輸，而且在野外、山區(qū)等信號(hào)較弱地區(qū)，傳輸成功率也不容樂觀；gprs傳輸方式，多個(gè)用戶可以共享同一無信道，傳輸速率較高，保證實(shí)時(shí)在線，特別適合于一些流量小，傳輸頻率高，需要實(shí)時(shí)響應(yīng)的通訊系統(tǒng)。綜上所述，本系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)采用gprs數(shù)據(jù)傳輸方式。3 監(jiān)控中心監(jiān)控中心負(fù)責(zé)接受并處理監(jiān)控終端上傳來的數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)接收處理，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)報(bào)表、報(bào)警、曲線圖、打印、數(shù)據(jù)庫(kù)等幾部分；同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控點(diǎn)所有重要設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及狀態(tài)和故障的預(yù)測(cè)欲報(bào)，同時(shí)以圖形、文字、發(fā)光的方式報(bào)警。安全員可以隨時(shí)通過數(shù)據(jù)查詢調(diào)出數(shù)據(jù)參數(shù)，并打印

16、出來。本論文主要針對(duì)基于gsm的野外監(jiān)控系統(tǒng)（以集中器為中心）的設(shè)計(jì)，監(jiān)控中心的設(shè)計(jì)這里不再介紹。4 集中器集中器是整個(gè)野外檢測(cè)系統(tǒng)（下位機(jī)）的核心，是聯(lián)系采集終端和監(jiān)控中心的橋梁，負(fù)責(zé)將采集終端送來的數(shù)據(jù)通過gprs網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，或?qū)⒔邮盏降谋O(jiān)控中心的命令產(chǎn)送給采集終端。因此，集中器實(shí)際上就是一個(gè)透明的傳輸系統(tǒng)，對(duì)采集終端和監(jiān)控中心而言，只是一個(gè)傳輸通路。系統(tǒng)的工作方式目前自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)通常采用主動(dòng)方式（自報(bào)式）、被動(dòng)報(bào)式（查詢應(yīng)答式）及混合式（自報(bào)一應(yīng)答兼容式）三種工作方式，主要特點(diǎn)如下：1 主動(dòng)式主動(dòng)式工作方式下，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)不受中心指令的控制，當(dāng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)到達(dá)一定時(shí)間或檢測(cè)到水位參

17、數(shù)發(fā)生一個(gè)計(jì)量的變化是，主動(dòng)將水位信息發(fā)送給監(jiān)控中心。其特點(diǎn)是功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，能很好的反映參數(shù)變化全過程。缺點(diǎn)是監(jiān)控中心不能控制各監(jiān)測(cè)站，不能獲取及時(shí)信息。2 被動(dòng)式被動(dòng)式工作方式下，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)自動(dòng)采集和存儲(chǔ)水位的信息，但不主動(dòng)傳送給監(jiān)控中心。只有接收到監(jiān)控中心的查詢命令時(shí)，才將數(shù)據(jù)發(fā)出。其優(yōu)點(diǎn)是控制性好，監(jiān)控中心可隨時(shí)獲取數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)是如果遇到水位突變的場(chǎng)合不能及時(shí)上報(bào)，造成反應(yīng)滯后，甚至導(dǎo)致事故發(fā)生。3 混合式混合式集成了上述方式的優(yōu)點(diǎn)，既能實(shí)時(shí)反應(yīng)參數(shù)的變化，又能及時(shí)響應(yīng)監(jiān)控中心的命令。gprs具有雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽m合于混合式工作方式，同時(shí)gprs按數(shù)據(jù)流量收費(fèi)，在不傳送數(shù)據(jù)

18、時(shí)無費(fèi)用，而且監(jiān)測(cè)站設(shè)備耗電很低，設(shè)和野外作業(yè)。同時(shí)考慮到水位參數(shù)平時(shí)變化緩慢。而在水位突變時(shí)需及時(shí)上報(bào)，而且監(jiān)控中心能夠隨時(shí)控制監(jiān)測(cè)站，因此系統(tǒng)采用混合工作方式。另外，由于每次gprs傳送數(shù)據(jù)都將發(fā)生通話費(fèi)用，所以應(yīng)選擇合適的水位參數(shù)變化量，是數(shù)據(jù)傳輸頻率不至于過高。系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)相互獨(dú)立的部分：采集終端部分和集中器部分。集中器分為服務(wù)器端和客戶端兩大類，其中服務(wù)器端和監(jiān)控中心相連，使用rs-232接口，客戶端和采集終端相連，使用rs-485接口，在監(jiān)控中心端可以使用一根232/485轉(zhuǎn)接線或在監(jiān)控中心安裝轉(zhuǎn)接卡，系統(tǒng)的原理框圖如下圖所示。1 采集終端

19、的設(shè)計(jì)采集終端實(shí)際上是一個(gè)智能儀表，單片機(jī)是儀表的主體。傳感器測(cè)量的模擬信號(hào)經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換之后，經(jīng)過輸入通道進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)等操作，如果接收到命令，可以通過通信接口與其他儀器儀表甚至計(jì)算機(jī)作遠(yuǎn)距離通信，以達(dá)到資源共享的目的。如今，許多單片機(jī)采用超大規(guī)模cmos集成電路技術(shù)，而且在芯片內(nèi)部集成了許多新的功能部件，如片內(nèi)a/d轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)看門狗電路、片內(nèi)脈寬調(diào)制電路、更大的ram及eeprom等，從而使得系統(tǒng)硬件電路功耗更低、體積更小，也更適合于野外使用。采集器終端原理框圖如下圖所示。為了適合野外作業(yè)，需要竟可能的減少系統(tǒng)的功耗。因此在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要充分考慮。采集終端的單片

20、機(jī)在這里選擇使用stc12c5410ad，其主要特性如下：risc型8051內(nèi)核，1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，運(yùn)行速度更快；3.4-5.5v寬電壓供電，保證了在電量降低時(shí)能夠正常工作；片內(nèi)集成了512字節(jié)的ram和10k字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，能夠存儲(chǔ)較大的程序和處理更多的數(shù)據(jù)；8路10位a/d轉(zhuǎn)換器，可直接處理模擬信號(hào)；內(nèi)置看門狗和復(fù)位電路，保證了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定；內(nèi)置eeprom，掉電可以存儲(chǔ)重要數(shù)據(jù)；內(nèi)置spi告訴通信端口和一個(gè)全雙工異步串口uart；另外，其高抗靜電（esd保護(hù)）、寬溫度范圍（-4085）、超低功耗（掉電模式0.1a，空閑模式1.3ma，正常工作模式2.7ma7ma）等設(shè)計(jì)非常適合于野

21、外使用。采用stc12c5410ad單片機(jī)后，采集終端部分的設(shè)計(jì)變得非常簡(jiǎn)單，僅涉及通信接口電路（rs-485）和實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，本論文對(duì)此模塊不再做詳細(xì)的介紹。2 集中器的設(shè)計(jì)集中器是水位檢測(cè)系統(tǒng)的重要部分，主要由單片機(jī)電路、gsm模塊、sim卡電路、485電路和供電電源電路組成。由于單片機(jī)僅有一個(gè)串行口，但需要和gsm模塊和485電路兩個(gè)部分通信，因此需要進(jìn)行功能切換，增加一個(gè)開關(guān)電路。本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)選用stc89c58rd+芯片，gsm模塊選擇西門子公司的mc55，485轉(zhuǎn)換芯片選擇max485e，模擬開關(guān)選擇cd4066。集中器的電路圖下。1 電源電路本系統(tǒng)中有5v、4.2v、2.6v

22、三種典型電壓。其中5v為單片機(jī)stc89c58rd+、模擬開關(guān)4066、max485e等芯片的電源電壓；4.2v為mc55模塊電源電壓batt+；2.6v為mc55模塊串口高電平的典型電壓。5v電壓由鋰電池直接提供。mc55模塊的供電電壓是3.3v4.8v。典型值電壓是4.2v直接用5v供電會(huì)引起模塊工作不穩(wěn)定甚至可能燒毀模塊，所以在5v輸出和mc55模塊之間加了兩個(gè)并聯(lián)的二極管in4007。in4007的額定電流是1a，電壓降是0.7v。經(jīng)測(cè)量，兩個(gè)二極管并聯(lián)可以將mc55的電源電壓拉至4.3v左右，達(dá)到其典型電壓。并且會(huì)防止在gprs發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，電流消耗峰值超過其額定電流而燒壞管子。此

23、外，mc55模塊的串口收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)電壓典型是2.65v。單片機(jī)的串口收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)高電平電壓是大于3.5v，直接連接可能會(huì)引起數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。所以，在電路的原理圖中設(shè)計(jì)了兩個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，分別將5v轉(zhuǎn)換為2.5v，2.6v轉(zhuǎn)換為5v。每個(gè)轉(zhuǎn)換用了兩個(gè)三極管9013（q1、q2、和q4、q5），在最后一級(jí)9013上拉各自需要的電壓。3 單片機(jī)電路采集器的單片機(jī)采用stc89c58rd+芯片。stc89c58rd+與51系列單片機(jī)完全兼容，但是功能更加強(qiáng)大，價(jià)格便宜。其主要特性如下：芯片內(nèi)部有1280字節(jié)的ram，可以進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的處理，在本系統(tǒng)中g(shù)prs的數(shù)據(jù)流可以一次性吞吐，從而提高了處理速度和可靠性；內(nèi)

24、嵌了32k的flash程序存儲(chǔ)器，保證了程序的存放空間；片上集成了大于16k的eeprom，可以用來存放數(shù)據(jù)，掉電數(shù)據(jù)不丟失，每個(gè)扇區(qū)512個(gè)字節(jié)，讀一個(gè)字節(jié)/編程一個(gè)字節(jié)/擦除一個(gè)扇區(qū)的時(shí)間大約是10s/60s/10ms；內(nèi)部集成的max810專用復(fù)位電路，可以實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)位；雙數(shù)據(jù)指針，對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的操作更加方便；有三個(gè)定時(shí)器，使用方式同52系列單片機(jī)兼容；內(nèi)置isp，可以在線編程。stc89c58rd+芯片內(nèi)部程序框圖如下圖所示。單片機(jī)的晶振選用的是11.0592mhz。用這個(gè)晶振可以提供很準(zhǔn)確的波特率，可以避免通訊時(shí)出錯(cuò)。使用11.0592mhz晶振波特率可以達(dá)到115200bit

25、/s。4 gsm模塊電路本系統(tǒng)的gsm模塊選擇mc55模塊。mc55和mc56無線模塊是當(dāng)今市場(chǎng)上尺寸最小的三頻模塊。其緊湊型設(shè)計(jì)特別適用于大規(guī)模生產(chǎn)的生活消費(fèi)品，例如移動(dòng)電話、smart phones、pdas 以及其他便攜式設(shè)備。同時(shí)這兩款覆蓋了當(dāng)今全球所有g(shù)sm/gprs網(wǎng)絡(luò)的三頻模塊使您可以為全球市場(chǎng)設(shè)計(jì)您的產(chǎn)品。更小巧，更緊湊是下一代的移動(dòng)電話、智能手機(jī)和pdas發(fā)展的趨勢(shì)。5.5 克的重量和3532.52.95 mm的尺寸使mc55/56模塊能夠大大提高您將語音和數(shù)據(jù)傳輸功能溶合到您的產(chǎn)品的集成度。運(yùn)用這兩款模塊可構(gòu)成雙三頻模式的方案：mc55適用于歐洲和亞洲的頻段（900，180

26、0和1900 mhz），mc56適用于北美洲市場(chǎng)的頻段（850，1800和1900 mhz），由此使您可以為全球市場(chǎng)設(shè)計(jì)您的產(chǎn)品。4-1 mc55接口相關(guān)的at指令：4-1-1 at+ipr：設(shè)置波特率讀命令：at+ipr?讀取mc55串口波特率，回復(fù)：+ipr： rate是波特率；寫命令：at+ipr= 設(shè)置波特率大?。豢梢栽诰€直接設(shè)置波特率，設(shè)置完后，改用設(shè)置的波特率去通訊就可完成。asc0為自動(dòng)波特率，asc1默認(rèn)波特率為57600；當(dāng)選用的是asc1串口，那么在系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候，會(huì)收到：sysstart 這個(gè)指令用于提示用戶mc55已經(jīng)開始工作了；而選用的是asc0，由于默認(rèn)的是自動(dòng)波特

27、率，所以不會(huì)收到sysstart，而要通過判斷vdd是否上電判斷mc55啟動(dòng)情況，然后再發(fā)送“at”指令，用于與mc55協(xié)商波特率，這個(gè)過程需要等待3-5秒鐘，確認(rèn)后，會(huì)回復(fù)ok，那么這個(gè)時(shí)候可以通過at+ipr設(shè)置mc55的波特率，然后需要重新啟動(dòng)才能生效。4-1-2 atssync：設(shè)置接口工作情況讀命令：atssync?讀取該接口的設(shè)置情況，回復(fù)：ssync： mode=1表示觸發(fā)led模式；寫命令：atssync= 將需要設(shè)置的狀態(tài)寫入，0或1；4-2 呼叫有關(guān)的指令：4-2-1 at+chup：掛斷呼叫，此功能跟ath相同讀命令：at+chup=? 回復(fù)：ok或是error寫命令：a

28、t+chup 回復(fù)：ok或是error4-2-2 atx：設(shè)置撥號(hào)音返回和呼叫監(jiān)控返回參數(shù)說明：value：0表示僅僅返回連接結(jié)果，撥號(hào)音和忙碌監(jiān)控關(guān)閉；1表示僅僅返回連接結(jié)果的文本內(nèi)容，撥號(hào)音和忙碌監(jiān)控關(guān)閉，2表示僅僅返回連接結(jié)果的文本內(nèi)容，撥號(hào)音開啟，忙碌監(jiān)控關(guān)閉；3表示僅僅返回連接結(jié)果的文本內(nèi)容，撥號(hào)音關(guān)閉，忙碌監(jiān)控開啟；4表示僅僅返回連接結(jié)果的文本內(nèi)容，撥號(hào)音開啟，忙碌監(jiān)控也開啟。4-2-3 atd：撥號(hào)命令。這個(gè)命令用來設(shè)置通話、數(shù)據(jù)或傳真呼叫。寫命令：atd;參數(shù)說明：n：表示撥打的電話號(hào)碼；mgsm：i：關(guān)閉來電顯示；i表示開啟來電顯示；g表示只能撥打一個(gè)號(hào)碼；g表示可以撥打多個(gè)

29、號(hào)碼；“；”表示可有可無；4-2-4 ath0：表示斷開當(dāng)前的呼叫連接。4-2-5 at+clcc：來電顯示，提示：ring，那么會(huì)返回ring來提示，收到了一個(gè)電話。4-2-6 at+clip：來電是否顯示對(duì)方號(hào)碼；at+clip：,寫命令：at+clip=參數(shù)說明：n：0表示關(guān)閉顯示，1表示開啟顯示；m：0：不支持顯示，1支持顯示。所以設(shè)置at+clip=1可以看到對(duì)方號(hào)碼，mc55模塊這條指令不支持設(shè)置m值。4-3 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)有關(guān)的指令：gprs網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間無數(shù)據(jù)交互的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)斷開。如果一旦斷開了，但是tcp還以為在線，這個(gè)時(shí)候數(shù)據(jù)是無法傳輸?shù)模枰匦麻_啟mc55，單單gprs網(wǎng)絡(luò)初始

30、化還不夠。4-3-1 at+csq：測(cè)試網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度及信道錯(cuò)誤比率讀命令：at+csq=? 很少這樣使用，一般都是直接進(jìn)行寫命令寫命令：at+csq回復(fù)：+csq：, rssi為網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度，ber為錯(cuò)誤率；4-3-2at+creg：讀取網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)信息讀命令：at+creg？ 回復(fù)：+creg：,n：開啟的功能，0關(guān)閉creg+urc，1表示開啟creg+urc的狀態(tài)報(bào)告，2表示開啟creg+urc以及附加功能狀態(tài)報(bào)告；stat：表示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，0表示未注冊(cè)，也未找尋新網(wǎng)絡(luò)，1已經(jīng)注冊(cè)本地網(wǎng)絡(luò)，2表示未注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)，但正在查找網(wǎng)絡(luò)，3注冊(cè)拒絕，4保留，5已經(jīng)注冊(cè)并且是漫游（國(guó)外網(wǎng)絡(luò) ）；寫命令：at+creg

31、= n為1或2都是開啟這個(gè)功能；4-3-3 atsics：建立網(wǎng)絡(luò)連接配置，共可配置6個(gè)信道，建立的信道需要通過指令at+siss分配對(duì)應(yīng)的服務(wù)配置，設(shè)置完之后，通過指令at+siso打開網(wǎng)絡(luò)后，就可以連接了。讀 命 令 ：atsics? 回 復(fù) ：sics ：,讀取所有的網(wǎng)絡(luò)連接配置，對(duì)應(yīng)信道無配置則只有一條，配置信道則將所有配置輸出寫命令：atsics=,回復(fù)：ok或是錯(cuò)誤；參數(shù)說明：conprofileid：網(wǎng)絡(luò)信道連接id，從05；conparmtag：網(wǎng)絡(luò)連接參數(shù)（字符串格式）分別是：contype：網(wǎng)絡(luò)連接類型；alphabet：選擇字母表進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)，可在沒有設(shè)置網(wǎng)絡(luò)類

32、型下就設(shè)置；user：用戶名字符串；passwd：密碼字符apn:接入點(diǎn)的類型字符；inactto：上次服務(wù)關(guān)閉需要保持的時(shí)間，一般設(shè)置為0；dns1：首選dns服務(wù)器地址；dns2：備用dns服務(wù)器地址；conparmvalue：對(duì)應(yīng)conparmtag參數(shù)的具體設(shè)置值。這里基于gprs0網(wǎng)絡(luò)要用到的參數(shù)，csd請(qǐng)參考mc55_v04.00。4-3-4 atsiss：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)置，共有10個(gè)信道，每個(gè)信道可選擇5種類型中的一種設(shè)置 。這5種類型分別是：socket、ftp、http、smtp、pop3，本文以socket解說。讀命令：atsiss? 回復(fù)：siss：,讀取所有的網(wǎng)絡(luò)連接配置，

33、對(duì)應(yīng)信道無配置則只有一條，配置信道則將所有配置輸出寫命令：atsiss=,回復(fù)：ok或錯(cuò)誤；參數(shù)說明：srvprofileid：服務(wù)信道id號(hào)，網(wǎng)絡(luò)連接后必須指定服務(wù)信道，09可選；srvparmtag：服務(wù)信道參數(shù)，分別有：srvtype：選擇服務(wù)類型；alphabet：選擇字母表進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)，可在沒有設(shè)置網(wǎng)絡(luò)類型下就設(shè)置；conid：對(duì)應(yīng)atsics連接的配置號(hào)；address：服務(wù)器ip地址及端口號(hào)，依照url格式，分tcp和udp兩種；tcpot：tcp全局超時(shí)時(shí)間；tcpmr：tcp重連次數(shù)；其他參數(shù)未用到；srvparmvalue：對(duì)應(yīng)srvparmtag參數(shù)的值；4-3

34、-5 atsiso：打開網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，分兩種類型：urc自動(dòng)上報(bào)和polling查詢模式；讀命令寫命令：atsiso= 設(shè)置服務(wù)信道號(hào)。參數(shù)說明：srvprofileid：由atsiss開啟的信道號(hào)；srvstate:服務(wù)器狀態(tài)：2表示已經(jīng)分配了ip地址，3表示正在連接網(wǎng)絡(luò)，4表示服務(wù)器完成連接；5表示服務(wù)器正在關(guān)閉；6表示服務(wù)器已經(jīng)斷開，需要執(zhí)行atsisc操作；socketstate:1表示socket未分配，2表示socket分配為客戶，3表示socket分配為監(jiān)控者，4表示socket分配給服務(wù)；rxcount:自從打開網(wǎng)絡(luò)服務(wù)后，共接收到的字節(jié)數(shù)；txcount：自從打開網(wǎng)絡(luò)服務(wù)后，共發(fā)

35、送的字節(jié)數(shù)；locaddr:本地地址；remaddr:遠(yuǎn)程操作地址；4-3-6 atsisc：關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)服務(wù)寫命令：atsisc=關(guān)閉通過atsiso指令開啟的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，將該服務(wù)的所有設(shè)置都復(fù)位。讀命令作用不大。4-3-7 atsisi：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)信息，將正在服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)信息讀出來。寫命令：參數(shù)說明：srvprofileid：讀取由atsiss開啟的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)信息；srvstate:服務(wù)器狀態(tài)，2表示已經(jīng)分配了ip地址，3表示正在連接網(wǎng)絡(luò)，4表示服務(wù)器完成連接；5表示服務(wù)器正在關(guān)閉；6表示服務(wù)器已經(jīng)斷開；rxcount:自從打開網(wǎng)絡(luò)服務(wù)后，共接收到的字節(jié)數(shù)；txcount：自從打開網(wǎng)絡(luò)服務(wù)后，共發(fā)

36、送的字節(jié)數(shù)；ackdata：已經(jīng)確認(rèn)的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，0表示不需要確認(rèn)；unackdata：還沒有被確認(rèn)的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，0表示需要確認(rèn)數(shù)據(jù)；4-3-8 atsici：網(wǎng)絡(luò)連接信息，將網(wǎng)絡(luò)連接（地層）相關(guān)信息讀出來。寫命令：參數(shù)說明：conprofileid：由atsics定義的連接通道號(hào)；constate：地層連接狀態(tài)，0表示未連接，1表示正在連接，2表示已經(jīng)連接，3表示受限連接（網(wǎng)絡(luò)不好），4表示正在關(guān)閉；numservices：09服務(wù)信道號(hào)；conaddr：本地ip地址；4-3-9 atsisr：從網(wǎng)絡(luò)緩存中讀取數(shù)據(jù)。寫命令：參數(shù)說明：srvprofileid：由atsiss定義的信道號(hào)；re

37、qreadlength：請(qǐng)求讀的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，最大1500字節(jié)，最小為0；作用：讀取哪個(gè)信道的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；cnfreadlength：0表示目前緩存中無可讀數(shù)據(jù)，1表示將會(huì)接收到請(qǐng)求的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，-2表示所有數(shù)據(jù)已經(jīng)傳送完畢，準(zhǔn)備atsisc關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)；remainudppacketlength：網(wǎng)絡(luò)緩存中剩下的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；如果請(qǐng)求讀的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于緩存中的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，那么回復(fù)緩存中的長(zhǎng)度，這個(gè)時(shí)候不能再帶remainudppacketlength這個(gè)參數(shù)。4-3-10atsisw：將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中。寫命令：操作過程：先發(fā)送要寫的字節(jié)長(zhǎng)度，然后接收到允許寫的實(shí)際數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，開始發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容。參數(shù)說明：reqw

38、ritelength：請(qǐng)求發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，最長(zhǎng)為1500字節(jié)；eodflag：數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志，0沒有結(jié)束數(shù)據(jù)，1表示有結(jié)束數(shù)據(jù)，一般是ctrl+z；mode：發(fā)送的數(shù)據(jù)類型格式：0表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)模式，1表示文本交互模式；cnfwritelength：二進(jìn)制模式下準(zhǔn)備發(fā)送的字節(jié)數(shù)目，一般與要寫的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是相等的，文本交互模式下一幀發(fā)送的最大字節(jié)數(shù)；unackdata：在tcp/ip中還沒有被確認(rèn)的字節(jié)數(shù)；確認(rèn)到回復(fù)幀后，根據(jù)協(xié)商的內(nèi)容進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容。4-4 mc55配置相關(guān)指令4-4-1 atsmso：切斷mc55電源，執(zhí)行這條命令，在1s內(nèi)mc55將切斷電源寫命令：atsmso 回復(fù)：smso

39、：msoff在接下來的1s種內(nèi)會(huì)收到：shutdown 說明模塊關(guān)機(jī)成功有一個(gè)開機(jī)操作，控制igt這個(gè)引腳成功后，會(huì)收到：sysstart 說明模塊已經(jīng)上電成功，可以進(jìn)行初始化了。4-4-2 ate：控制是否拷貝回復(fù)發(fā)送內(nèi)容，ate0表示關(guān)閉此功能，也就是說發(fā)送：at+csms?回 復(fù) ：+csms:0,1,1,1ok ate1表示開啟此功能：命令：at+csms?回 復(fù) ：at+csms?+csms:0,1,1,1ok4.3at&f：回復(fù)mc55所有參數(shù)到默認(rèn)值；5 gsm卡電路本系統(tǒng)無需經(jīng)常拔卡，故無需檢測(cè)sim卡的存在。在此采用較常用的6腳sim卡插座，且使用了其中的5個(gè)。電路連接如原理

40、圖中所示。6 模擬開關(guān)電路模擬開關(guān)電路的作用是切換單片機(jī)與mc55模塊和485總線之間的數(shù)據(jù)傳輸。初始化單片機(jī)與mc55模塊連接。如果mc55接受到來自485總線的數(shù)據(jù)或者要給485總線發(fā)數(shù)據(jù)，則切換到485總線。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后再切換到mc55模塊。這部分功能用一個(gè)cd4066剛好完成，而且只用p1.0和p1.1兩根線就可以控制，快速又簡(jiǎn)單。系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)1 系統(tǒng)流程軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)遵循可靠性、實(shí)時(shí)性的原則。采集器是控制系統(tǒng)的處理單元，同時(shí)也是控制系統(tǒng)的重要組成部分。下位機(jī)軟件編程主要包括cos ii 操作系統(tǒng)系統(tǒng)的移植、水位數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)、發(fā)送及gsm通信等。上微

41、機(jī)軟件使用vb建立管理控制軟件，建立數(shù)據(jù)庫(kù)。由于篇幅所限，本文主要針對(duì)采集器進(jìn)行設(shè)計(jì)，采集終端和上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)這里不做介紹。如果我們按照順序化的程序設(shè)計(jì)，我們就必須如下圖的設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)上電初始化完畢后，單片機(jī)的串口一直等待接收數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)到達(dá)，則判斷數(shù)據(jù)類型，如果是mc55模塊的返回碼，則進(jìn)入處理返回碼子程序；如果是需要告知客戶端或服務(wù)器自己的ip地址指令，則發(fā)短消息告知對(duì)方自己的ip地址；如果是pc抄表指令，則發(fā)送給相應(yīng)的采集器，采集器再通知采集終端需要返回的數(shù)據(jù)；如果是采集端返回的水位數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器再發(fā)送給監(jiān)控中心；如果是監(jiān)控中心的at控制指令，則直接發(fā)送給mc

42、55模塊。相應(yīng)的子程序處理完畢后，返回繼續(xù)等待。由于51單片機(jī)只有兩級(jí)的中斷嵌套，對(duì)于如此復(fù)雜的中斷系統(tǒng)，其實(shí)時(shí)性根本無法保證。同時(shí)，如果系統(tǒng)的某一個(gè)子程序崩潰，會(huì)影響到后面所有的程序，給我們的生產(chǎn)生活帶來巨大的隱患。為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用了任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度的方式。cos ii 可以在你規(guī)定的時(shí)間片內(nèi)，進(jìn)行一次任務(wù)調(diào)度，讓每次就緒的任務(wù)中優(yōu)先級(jí)最高的執(zhí)行。單片機(jī)上電后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作，然后cos ii 操作系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，讓實(shí)時(shí)性高的任務(wù)先執(zhí)行。如圖所示，系統(tǒng)上電初始化完成后，單片機(jī)的串口一直等待接收數(shù)據(jù)，顯然串口程序的優(yōu)先級(jí)必須最高，所以我們把其優(yōu)先級(jí)定

43、義為5。其次，我們按照對(duì)實(shí)時(shí)性的要求的關(guān)系，我們依次定義mc55模塊返回碼程序的優(yōu)先級(jí)為10；需要告知客戶或服務(wù)器自己的ip地址的程序優(yōu)先級(jí)定義為9；pc抄表程序優(yōu)先級(jí)定義為8；是否要發(fā)送采集端數(shù)據(jù)程序優(yōu)先級(jí)定義為7；監(jiān)控中心的at指令響應(yīng)程序優(yōu)先級(jí)定義為6。cos ii 操作系統(tǒng)調(diào)度算法設(shè)計(jì)如下：初始化時(shí)，優(yōu)先級(jí)最高的串口數(shù)據(jù)等待程序首先運(yùn)行，且每運(yùn)行一次阻塞20ms；監(jiān)控中心的at指令響應(yīng)程序每運(yùn)行一次阻塞30ms；是否要發(fā)送采集端數(shù)據(jù)程序每運(yùn)行一次阻塞40ms；pc抄表程序每運(yùn)行一次阻塞50ms；需要告知客戶或服務(wù)器自己的ip地址的程序每運(yùn)行一次阻塞60ms；mc55模塊返回碼程序每運(yùn)行

44、一次阻塞70ms。2 cos ii移植ucos v2.52的文件結(jié)構(gòu)與移植所需要的修改：a、與處理器無關(guān)的文件：os_core.cos_flag.cos_mbox.cos_mem.cos_mutex.cos_q.cos_sem.cos_task.cos_time.cucos_ii.cucos_ii.h這些文件在c51的移植過程中，只需要給函數(shù)加上重入屬性即可。與應(yīng)用相關(guān)的文件：includes.h： 包含c51的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)頭文件；對(duì)pdata等c51關(guān)鍵字的重定義os_cfg.h： os_ticks_per_sec、 os_flags注意可能需要修改。與處理器相關(guān)的文件：os_cpu.h： 數(shù)據(jù)類

45、型、關(guān)中斷方法、任務(wù)堆棧方向、任務(wù)切換的宏定義都需要修改。os_cpu_a.asm： ostickisr()、osstarthighrdy()、osctxsw()、osintctxsw()這幾個(gè)函數(shù)的編寫，是整個(gè)移植的關(guān)鍵。os_cpu_c.c：ostaskstkinit()函數(shù)的編寫。c51的堆棧結(jié)構(gòu)；這是整個(gè)移植過程中的重中之重，所以特別詳細(xì)介紹。系統(tǒng)堆棧；c51中，系統(tǒng)堆棧的棧底地址是?stack，棧頂指針就是sp拉，棧的生長(zhǎng)方向是向上的，棧空間分配在51的內(nèi)部ram（idata）中。?stack分配在所有內(nèi)部ram數(shù)據(jù)段的最后面，所以系統(tǒng)堆棧的范圍是從?stack到內(nèi)部ram的最高位(0x80或者0xff)。數(shù)據(jù)堆棧；c51中，由于我們使用os，采用的large編譯模式,所以數(shù)據(jù)堆棧的指針是?c_xbp， 棧的生長(zhǎng)方向是向下的，棧空間分配在51的外部ram（xdata）中。c51中斷中堆棧的保護(hù)；研究中斷中堆棧的保護(hù)的意義在于，因?yàn)閡cos中的任務(wù)切換，本身就是模擬一次中斷的發(fā)生：保護(hù)task1的cpu