基于GPRS的分布式灌區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2 系統(tǒng)組成原理
    分布式灌區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)是由信息采集終端，GPRS網(wǎng)絡和監(jiān)控中心3部分組成，圖1所示為其總體結構。信息采集終端將采集流量和時間信息上傳到GPRS網(wǎng)絡，然后再傳到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，匯總，打印報表和查
詢等功能。

3 采集終端硬件設計
    采集終端以CPU為核心，實現(xiàn)采集渠道水流量、環(huán)境溫度和用水時間等參數(shù)，然后通過GPRS模塊發(fā)送到監(jiān)控中心，其硬件組成結構圖如圖2所示。CPU選用C8051F02l，GPRS模塊選用工業(yè)級模塊MC39i，實時時鐘選用PDF8563，采集溫度用PT100鉑電阻，流量傳感器用超聲波流量傳感器，蓄電池用12 V/12 AH鉛酸蓄電池，預留和計算機連接的RS232串口，現(xiàn)場調(diào)試時可連接筆記本電腦設置采集終端。
3．1 CPU及其最小系統(tǒng)設計
    CPU采用C8051F021，其內(nèi)置高速8051微控制器，流水線指令結構，70％指令的執(zhí)行時間為1個或2個系統(tǒng)時鐘周期。內(nèi)部還集成有8個12位A／D轉換器，用于采集流量和溫度信號而無需外擴A／D轉換器；I2C總線和雙串口分別連接時鐘器件、MC39i和預留的計算機接口；片內(nèi)JTAG接口為電路提供全速、非侵入式的系統(tǒng)調(diào)試(無需仿真器)，支持斷點、單步、觀察點、堆棧監(jiān)視器；觀察／修改存儲器和寄存器，比使用仿真器、目標仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)性能更好。圖3是單片機最小系統(tǒng)及JTAG接口電路圖。

3．2 MC39i接口電路
    GPRS模塊選用MC39i，該器件支持雙頻EGSM900／GSMl800，符合ETSI GSM Phase 2+標準，支持SIM卡接口，支持RS232異步串行通信接口，支持語音和數(shù)據(jù)業(yè)務。MC39i主要由電源、基帶控制、射頻及放大等部分組成，該模塊和外部應用器件的接口為40針的ZIF連接器，主要有電源接口、串行口接口(數(shù)據(jù))、語音接口和SIM卡接口。圖4是該模塊和外部器件的連線圖，其中1～5端為電源正端，6～10端為電源負端，15端為啟動端，18~19端接單片機串口，24～29端連接SIM卡。

3．3 實時時鐘設計
    為了將時間和流量建立對應關系，在測量流量的同時讀取時間，終端設計有實時時鐘，選用PDF8563型實時時鐘，其工作電壓范圍寬，1～5．5 V范圍內(nèi)都為正常工作；功耗小，該器件可提供年、月、日、時、分和秒數(shù)據(jù)，為了在鉛酸蓄電池沒電或更換電池時不影響實時時鐘工作，因此，在電路中加入鋰離子備用電池，其接口電路如圖5所示。

3．4 模擬量采集電路
    終端的重要功能就是采集水量信號和溫度信號，如圖6所示。

    圖6中水量信號ADll為4～20 mA電流信號。經(jīng)電阻變?yōu)殡妷盒盘柡筮M入電壓跟隨器，然后經(jīng)分壓降壓，低通濾波后進入比例運放，輸出信號再次分壓降壓后進入CPU的A／D轉換通道，兩個二極管為保護電路，溫度信號為電壓信號，見圖6中的ADl2。

4 結語
    系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡技術，利用其靈活、直接的數(shù)據(jù)傳輸方式及高可靠性和高速率、傳輸距離長等優(yōu)點，實現(xiàn)監(jiān)控終端與控制中心的數(shù)據(jù)傳送，構建出分布式灌區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)，解決了數(shù)據(jù)的漏報、誤報、延時、丟失等難題。本系統(tǒng)已應用于某大型灌區(qū)，并取得比較理想效果。