基于GPRS與CAN總線的水情智能監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)(2.17)

1、基于GPRS與CAN總線的水情智能監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)摘要：本文研究并開發(fā)了一種現(xiàn)場采用CAN總線進行數據采集，而利用GPRS進行數據傳輸的遠程水位實時監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)借助成熟的GPRS無線數據通信技術，結合TCP/IP通信協(xié)議，實現(xiàn)了CAN總線報文和IP協(xié)議的相互轉換并通過GPRS無線網絡和互聯(lián)網傳輸CAN總線報文信息，進而對水庫、河流等水情進行實時、可靠的監(jiān)測。關鍵詞：GPRS；CAN總線；水位監(jiān)測系統(tǒng)Abstract: This paper developed a remote water level real time monitoring system which adopts CA

2、N bus collecting the data, and the GPRS module is used to transmit the data. With advanced and reliable GPRS wireless communication and TCP/IP communications protocol, The system can Mutual converse between CAN Bus message and Ip agreement, and can transmit CAN bus message by GPRS Wireless network a

3、nd Internet, And reliable monitor water-level of rivers and dams in real time.Key words ：GPRS；CAN bus；The water monitoring system引言：我國地域遼闊，地形復雜，氣候變化無常，河流來水量變化劇烈，水、旱災害發(fā)生頻繁，大小洪水連年不斷。報汛不及時，水情不明是導致災情加重的重要原因，水情信息是防汛抗旱決策的重要依據。它的實時性和可靠性是決策實時性、科學性的前提【1】。水情信息的及時采集可以對洪澇災害實施有效的監(jiān)測和預警；建立一套經濟實用的、符合我國國情的水情采集傳輸系統(tǒng)勢在

4、必行。本文所設計的系統(tǒng)采用CAN總線和GPRS技術，具有費用低廉、建設周期短、可靠性高、實時性強等特點，提高了測報速度、預報精度，擴大了測報范圍和內容。動態(tài)實時地監(jiān)測水位、雨量等水情信息，對防汛、抗旱及水資源合理利用起到重要作用。1.GPRS系統(tǒng)與CAN總線的簡介1.1 GPRS系統(tǒng)概述GPRS(General Packet Radio Service)是在GSM系統(tǒng)上發(fā)展起來的一種無線分組數據承載業(yè)務【】，由于GPRS自身的技術特點和優(yōu)勢，GPRS在遠程監(jiān)控中具有實際應用價值。首先，作為無線系統(tǒng)在實現(xiàn)上比有線系統(tǒng)簡單容易，尤其在水庫、河流等環(huán)境比較惡劣、分布偏遠的野外地區(qū)。其次，系統(tǒng)利用率高

5、，可以同時監(jiān)控多個被監(jiān)控對象，減少了系統(tǒng)重復建設和人員維護，可實現(xiàn)野外無人值守。同時，能提供端到端廣域的無線IP連接。用戶可以通過全球移動通信系統(tǒng)，以無線連接的方式方便、快捷地接入固定IP網絡，利用公網不需自建和維護通信網【】；結合水位數據傳輸突發(fā)性、間斷性、頻繁性和實時性特點，系統(tǒng)選用成熟的GPRS DTU(data terminal unit)作為遠程數據傳輸模塊，將水位和降雨量等信息形成IP數據后通過GPRS網絡傳輸到中心站計算機，保證數據及時、準確傳輸的前提下，將系統(tǒng)運行費用降到最低。1.2 CAN總線技術CAN（Controller Area Network）即控制器局域網，是一種有

6、效支持實時控制的串行通信網絡，與一般的通信總線相比，CAN總線具有先進的主網絡結構，實時性好，通訊距離遠，數據傳輸速率快，具有較好的差錯控制能力，可靠性高、系統(tǒng)容量大、擴充容易、安裝方便、維護費用低、性價比高等優(yōu)點，特別適用控制節(jié)點多，分布較散的監(jiān)控場所【】。因此，本設計采用CAN總線來實現(xiàn)對水情信息的采集，可提高系統(tǒng)的可靠性、實時性和靈活性。2 系統(tǒng)的總體結構框架該水情自動監(jiān)測系統(tǒng)采用“分散監(jiān)測，集中處理”的模式進行設計，整個系統(tǒng)由現(xiàn)場水情遠程終端監(jiān)測基站、GPRS通信網絡和水情遙測中心站三大部分構成。系統(tǒng)總體結構如圖1所示?，F(xiàn)場需要采集的水位、雨量等水情數據，通過相應的傳感器連接到CAN網

7、絡中，進行數據的采集。GPRS遠程傳輸部分主要是將已采集的數據經過壓縮整理，再由GPRS模塊經GPRS和Internet網絡發(fā)送到本地的服務器上，數據經處理后，水情信息導人數據庫備份、這些數據可指導水利部門采取相應的措施而對實際水情加以利用或控制。 圖1系統(tǒng)總體結構框圖Figue13.系統(tǒng)功能的實現(xiàn)3.1系統(tǒng)硬件設計該系統(tǒng)的主要硬件設計部分為遠程終端測量站，遠程終端測量站包括三大部分：一是采集模塊，二是GPRS通信模塊，三電源模塊。其結構如圖2所示。其中MCU選用MSP430F149，MSP430F149采用了最新低功耗技術，工作電流為0.1一400PA，它將大量的外圍模塊整合到片內，特別適合

8、于開發(fā)單片超低功耗系統(tǒng)。該單片機具有低電壓、超低功耗；具有12位的模數轉換器；擁有大容量的存儲空間；兩通道串行通信接口；以MSP430F149單片機為核心的數據處理單元，通過模擬/數字通道對翻斗式雨量計、壓力水位計采集到的水情數據進行分析、預處理以及存儲；通過串行通信口連接到CAN網絡中，完成CAN總線數據收發(fā)和協(xié)議轉換；并通過串行通信口與GPRS模塊MC39I進行連接，通過AT命令控制其上網進行數據收發(fā)。考慮野外現(xiàn)場沒有市電，系統(tǒng)選擇了太陽能加蓄電池的供電方案，陽光充足且太陽能板輸出滿足系統(tǒng)要求時，太陽能電池板為終端供電并對蓄電池充電；陽光強度不夠時則由蓄電池為系統(tǒng)終端供電。3.2系統(tǒng)軟件設

9、計3.2.1現(xiàn)場遙測終端軟件設計現(xiàn)場遙測終端軟件設計采用模塊化設計方法，主要包括初始化模塊；數據采集模塊；數據處理模塊；數據存取模塊；無線通信模塊；定時器中斷和串口中斷等，該系統(tǒng)采用C語言開發(fā)，開發(fā)環(huán)境為ADS1.2，MSP430F149通過串口發(fā)送AT指令控制MC39I通訊模塊實現(xiàn)初始化、網絡登錄、數據收發(fā)等功能。其程序流程如圖3所示。3.2.2遙測數據中心軟件設計水情遙測中心是該系統(tǒng)的監(jiān)控中心，負責水情數據的接收、顯示以及存儲和查詢。本系統(tǒng)采用VB 6.0來開發(fā)，在軟件編制過程中，采用模塊化程序設計方法，主要功能模塊包括用戶登錄模塊、系統(tǒng)設置模塊、數據通信模塊和數據管理模塊。軟件編制中，采用VB 6.0的Winsock控件編寫網絡通訊程序，用Access數據庫保存各監(jiān)測點的數據、系統(tǒng)參數以及日期、時間等。該軟件為用戶提供了一個可視化界面，實時監(jiān)測各監(jiān)測點的水情數據。通過此軟件，可查詢歷史數據庫，查看各監(jiān)測點水情信息的歷史記錄和統(tǒng)計曲線，從而為水利相關部門提供決策依據。 4.結論本文在整體系統(tǒng)上選擇了先進的CAN總線和GPRS