基于GPRS的分布式灌区监控系统设计与实现

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1 引言    随着网络技术、控制技术和通讯技术的高速发展，灌区的现代化动态管理也随之更新发展。以网络技术为核心的信息技术迅速渗入，为分布式灌区报警监控网络系统的建立拓展了发展空间。针对以水位计、流速计和流量计实现灌区信息自动测量所出现的问题。这里提出了一种基于GPRS的分布式灌区监控系统设计方案。2 系统组成原理    分布式灌区监控系统是由信息采集终端，GPRS网络和监控中心3部分组成，图1所示为其总体结构。信息采集终端将采集流量和时间信息上传到GPRS网络，然后再传到数据监控中心，从而实现数据存储，汇总，打印报表和查询等功能。

3 采集终端硬件设计    采集终端以CPU为核心，实现采集渠道水流量、环境温度和用水时间等参数，然后通过GPRS模块发送到监控中心，其硬件组成结构图如图2所示。CPU选用C8051F02l，GPRS模块选用工业级模块MC39i，实时时钟选用PDF8563，采集温度用PT100铂电阻，流量传感器用超声波流量传感器，蓄电池用12 V/12 AH铅酸蓄电池，预留和计算机连接的RS232串口，现场调试时可连接笔记本电脑设置采集终端。3．1 CPU及其最小系统设计    CPU采用C8051F021，其内置高速8051微控制器，流水线指令结构，70％指令的执行时间为1个或2个系统时钟周期。内部还集成有8个12位A／D转换器，用于采集流量和温度信号而无需外扩A／D转换器；I2C总线和双串口分别连接时钟器件、MC39i和预留的计算机接口；片内JTAG接口为电路提供全速、非侵入式的系统调试(无需仿真器)，支持断点、单步、观察点、堆栈监视器；观察／修改存储器和寄存器，比使用仿真器、目标仿真头和仿真插座的仿真系统性能更好。图3是单片机最小系统及JTAG接口电路图。



3．2 MC39i接口电路    GPRS模块选用MC39i，该器件支持双频EGSM900／GSMl800，符合ETSI GSM Phase 2+标准，支持SIM卡接口，支持RS232异步串行通信接口，支持语音和数据业务。MC39i主要由电源、基带控制、射频及放大等部分组成，该模块和外部应用器件的接口为40针的ZIF连接器，主要有电源接口、串行口接口(数据)、语音接口和SIM卡接口。图4是该模块和外部器件的连线图，其中1～5端为电源正端，6～10端为电源负端，15端为启动端，18"19端接单片机串口，24～29端连接SIM卡。
                          
                       
                          
                               

3．3 实时时钟设计    为了将时间和流量建立对应关系，在测量流量的同时读取时间，终端设计有实时时钟，选用PDF8563型实时时钟，其工作电压范围宽，1～5．5 V范围内都为正常工作；功耗小，该器件可提供年、月、日、时、分和秒数据，为了在铅酸蓄电池没电或更换电池时不影响实时时钟工作，因此，在电路中加入锂离子备用电池，其接口电路如图5所示。

3．4 模拟量采集电路    终端的重要功能就是采集水量信号和温度信号，如图6所示。

    图6中水量信号ADll为4～20 mA电流信号。经电阻变为电压信号后进入电压跟随器，然后经分压降压，低通滤波后进入比例运放，输出信号再次分压降压后进入CPU的A／D转换通道，两个二极管为保护电路，温度信号为电压信号，见图6中的ADl2。4 结语    系统采用GPRS网络技术，利用其灵活、直接的数据传输方式及高可靠性和高速率、传输距离长等优点，实现监控终端与控制中心的数据传送，构建出分布式灌区监控系统，解决了数据的漏报、误报、延时、丢失等难题。本系统已应用于某大型灌区，并取得比较理想效果。