王雅君+馮冬梅

摘要： 目前在水庫水位的檢測中存在檢測實時性差和投入水中的傳感器漏水等現(xiàn)象，針對此現(xiàn)象，設(shè)計了一款基于GPRS的水庫水位監(jiān)測系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠?qū)崟r檢測水位信息，并通過GPRS信號將檢測到的水位信息及時傳送給上位機進行顯示。

Abstract： At present， there are many problems in the detection of water level in the reservoir， such as the bad real-time detection， sensor leakage and so on. Aimed at this phenomenon， a reservoir water level monitoring system based on GPRS is designed. The system can realize the real-time detection of water level information and transmit the water level information detected by GPRS signal to the host computer.

關(guān)鍵詞： GPRS；水庫；水位監(jiān)測系統(tǒng)

Key words： GPRS；reservoir；monitoring system of the water level

中圖分類號：TV697.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）29-0093-02

0 引言

近幾年來，一些突發(fā)事件引起了人們對水位實時監(jiān)測的注意，水位控制的不好造成了許多不必要的損失，更可怕的是由于對水位監(jiān)測的不夠準(zhǔn)確，給人們帶來了災(zāi)難性的事故。因此水位監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和實用性是最關(guān)鍵的也是最需要解決的難題，研制能夠可靠地實時監(jiān)測水庫水位的監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。

1 方案論證

1.1 水位測量

方案一：超聲波水位測量。

近幾年超聲波被人們廣泛的應(yīng)用，超聲波液位計是由微處理器控制的數(shù)字物位儀表。在測量中脈沖超聲波由傳感器（換能器）發(fā)出，聲波經(jīng)物體表面反射后被同一傳感器接收，轉(zhuǎn)換成電信號。并由聲波的發(fā)射和接收之間的時間來計算傳感器到被測物體的距離。由于采用非接觸的測量，被測介質(zhì)幾乎不受限制，可廣泛用于各種液體和固體物料高度的測量。但由于壓力的大幅度波動會影響測量精度，因此不適于有大幅度波浪的水位測量。

方案二：壓力式水位測量。

該種測量方法是將壓力傳感器置入水底，通過檢測壓力即可計算液位的高度，并將液位值儲存在存儲器中。這種檢測方法測量精確但有較大的缺點就是傳感器置入水中的時間過長會出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，另外就是水位檢測的實時性得不到保障。

方案三：自主研發(fā)的水位傳感器測量。

本方案主要利用BS57HB56-03步進電機帶動觸點隨著水位上下移動，觸點和水位形成電流回路，當(dāng)回路斷開時即可判斷觸點離開了水面，然后驅(qū)動電機讓觸點下行，回路接通時即說明到達水面，根據(jù)步進角度計算出觸點移動的距離。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸

方案一：GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸。

無線數(shù)據(jù)傳輸是指利用無線傳輸模塊將工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備輸出的各種物理量進行遠程傳輸，采用單片機把傳感器采集到的數(shù)據(jù)由RS232傳輸給GPRS無線模塊進行發(fā)送，然后把接收到的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器終端，用戶可以訪問服務(wù)器，進行數(shù)據(jù)的讀取和處理。

方案二：ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸。

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。由于本設(shè)計是遠程監(jiān)控我國各地區(qū)水庫的水位情況，因此不適合使用ZigBee這種短距離的無線通訊技術(shù)。

1.3 用戶監(jiān)控平臺

方案一：利用Visual Basic開發(fā)環(huán)境。

Visual Basic是一種由微軟公司開發(fā)的包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動編程語言。從任何標(biāo)準(zhǔn)來說，VB都是世界上使用人數(shù)最多的語言。它源于Basic語言，對于初學(xué)者需要有一定的基礎(chǔ)。VB擁有圖形用戶界面（GUI）和快速應(yīng)用程序開發(fā)（RAD）系統(tǒng)，可以輕易的使用DAO、RDO、ADO連接數(shù)據(jù)庫，或者輕松的創(chuàng)建ActiveX控件，但畫面并不美觀。

方案二：利用Labview開發(fā)環(huán)境。

LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。利用其設(shè)計用戶界面可以更方便并且設(shè)計的界面更美觀。

綜上所述：本設(shè)計采用自主研發(fā)的水位檢測傳感器，利用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)傳送，利用 Labview開發(fā)環(huán)境編譯用戶監(jiān)控平臺，實現(xiàn)最佳監(jiān)控。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計

水位監(jiān)測系統(tǒng)的框圖如圖1所示。

設(shè)計一款水位檢測裝置，該檢測裝置使用單片機作為核心控制器。將ARM與WDT（遠程數(shù)據(jù)傳輸終端）相連，檢測到的數(shù)據(jù)由WDT通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳送到無線網(wǎng)關(guān)（運營商）。數(shù)據(jù)再經(jīng)過Internet網(wǎng)絡(luò)被送到WSG（無線網(wǎng)關(guān)），數(shù)據(jù)經(jīng)過WSG后被發(fā)送到DSC（數(shù)據(jù)服務(wù)中心）。這樣就可以將檢測到的水位信息傳給上位機進行保存和處理，從而實現(xiàn)水位的實時監(jiān)測。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 處理器

HT66FU50系列單片機是一款A(yù)/D型具有8位高性能精簡指令集的Flash單片機。該系列單片機具有一系列功能和特性，其Flash存儲器可多次編程的特性給用戶提供了極大的方便。存儲器方面，還包含了一個RAM數(shù)據(jù)存儲器和一個可用于存儲序號、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等非易失性數(shù)據(jù)的EEPROM存儲器。

HT66FU50系列單片機內(nèi)含UART模塊，它可以支持諸如單片機之間的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，低成本PC和外部設(shè)備間的數(shù)據(jù)連接，便攜式和電池供電設(shè)備間的通信等。

3.2 水位檢測

水位測量部分利用BS57HB56-03步進電機帶動觸點隨著水位上下移動，根據(jù)步進角度計算出觸點移動的距離，HT66FU50單片機控制Q2HB44MA驅(qū)動器，驅(qū)動步進電機達到精確測量的目的。

3.3 GPRS模塊

本系統(tǒng)的GPRS模塊采用KS-93，KS-93 mini系列產(chǎn)品通過互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸功能及短信傳輸功能。此產(chǎn)品為DB9串口接口，RS232/RS485通用，同時串口也支持TTL接口，可以直接連接各類儀表終端設(shè)備，提供多種數(shù)據(jù)傳輸方式。滿足工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃砸螅m用所有遠程數(shù)據(jù)采集監(jiān)控/移動數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)，節(jié)能減排產(chǎn)品或工程上。實物圖如2所示。

4 用戶操作界面設(shè)計

利用LabVIEW軟件進行用戶操作界面的設(shè)計，用戶操作界面如圖3所示，不同的按鈕代表不同省市地區(qū)。

點擊圖3紅色按鈕以后，就會彈出圖4所示窗口，即水位測量的顯示界面，用戶可以直觀的從折線圖上看到水位的變化情況，并且可以查詢以前的水位記錄，方便數(shù)據(jù)分析，有效的管理水庫。

5 實驗數(shù)據(jù)及分析

實際工程應(yīng)用中水庫水位的變化是相當(dāng)緩慢的，數(shù)據(jù)發(fā)送的時間間隔可以設(shè)置的比較長，但是在實驗室中模擬時可以縮短數(shù)據(jù)發(fā)送的時間間隔。測量數(shù)據(jù)如表1所示。

6 總結(jié)

基于GPRS的水庫水位自動監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)水位的準(zhǔn)確檢測及遠程傳輸。但是系統(tǒng)還存在一些不足，如步進電機的噪聲比較大，用戶界面的功能還不夠強大等，在用戶界面的設(shè)計中還可以加入報警值的設(shè)定，歷史變化曲線等功能。

參考文獻：

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