内嵌GPRS模块的水文数据采集终端的设计与实现

采用 内部集 成通 信模 块方 式 ， 整机 功 耗 特 别 低 ， 好 地 解 决 了遥 测 站 的供 电问 题 。系统 在 值 守 情 况 下 很
Ｃ Ｕ和通信模块都处于休眠状态 ， Ｐ 可随时被各类 中断唤醒。主要有雨量中断 、 键盘中断、 时器 中断 、 定 串口中断 、 通信模块信息 中断等 。根据此特点可计算出系统的各种状态 的功耗 ， 守时小于 ２ Ａ， 值 ｍ 显示 时小于 ３ｍＡ； ０ 通信发射时的峰值小于 １ Ａ。 （） ２ 传感器接 口。传感器为终端数据输入 口， 容易受到各种干扰 ， 开关量输入端采用光 电隔离方式
内嵌 ＧＰ ＲＳ模 块 的水 文数 据 采 集 终 端 的设 计 与 实 现
卢 万友 朱 鸿 飞 ，
（． １ 梅山水库管理处 ， 安徽 金寨 ２７０ ； ． ３ ３ ０ ２ 南京迅 飞科 技有限公司 ， 江苏 南京 ２０ １ ） １ ０ ２
摘
要 ： 出基 于嵌入式 系统 和 ＧＰ Ｓ模块 结合 的水 文数据采集终 端设 计 ， 有可靠 的、 提 Ｒ 具 可方便升级 的 、 可远
（ 眠模 式 ） 睡 等优 点 。
系统 把 ＡＲＭ 嵌 入 式 和 ＧＰ Ｓ模 块 集 成 在 一 起 ， Ｒ
外界 干扰 小 ， 据 直接 互 连 可靠 性 高 ， 耗 达 到 最 低 ， 数 功 在待 机状 态下 整 个 系 统小 于 ２ ｍＡ， 比分离 式 的功 耗 小
５倍 以 匕 。 图１ 系 统框图
１ ３ 系统 软件 设 计 ．
系 统程 序 采用 中断式结 构 ， 为主程 序 和 中断子 程序 。主程 序包 括端 口 、 围器件 和 内部 寄存 器 的 分 外
第 １期
卢 万友 ， ： 等 内嵌 ＧＰ ＲＳ模 块 的水 文数 据采 集终 端 的设计 与 实现
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初 始化 以及数 据处 理 。中断程 序用 于检 测各 种触 发事 件 并 做相 应 标 志位 置 ， 后 将参 数 返 回给 主程 序 然 处理 ， 主程 序处 理完 成 后进 人低 功耗模 式 。微 处 理器 是 由中 断控制 从低 功耗 模式 进人 工作 模式 ， 般有 一 外部 中断 和 内部 中断 。外部 中断包 括 ： 雨量 、 风速 、 盘 、 口信 号 等 。 内部 中断 主要 由片 内定 时器 产生 键 串 内部 定 时 中断 ， 于定 时采 集水 位 、 用 电压 、 度和 定 时发送 数据 等 。 温
个 ＩＣ接 口 、 个 Ｓ Ｉ 口等多 电 ， ２ １ Ｐ接 ．Ｖ 支持 ４个 低 功耗 模 式 ： 空 闲 、 眠 、 电和 深度 掉 电 ， 深度 掉 电情况 下耗 电小 于 １Ｉ 睡 掉 在 ０￣ Ａ。 系 统集 成 了 ＳＭＣ ｍ 的 Ｇ Ｒ Ｉ ｏ Ｐ Ｓ模 块 ， 模 块 为 ４ 此
系 统支 持 开 关 模 拟 量 、 口输 入 、 — ２ｍＡ 模 拟 并 ４ ０ 接 口、 ２２接 口、 Ｓ ８ 接 口等 多种 接 口传感 器 ； 示 采 用 １ ８ ４的 图形 点 整 Ｌ Ｄ屏 ； ＲＳ ３ Ｒ ４５ 显 ２ ×６ Ｃ 内部 接 有 大 容量 Ｆ ＡＳ 端 口支持 ＵＳ Ｌ Ｈ， Ｂ和 以太接 口等 。系统 框如 图 １ 所示 。
中图分类号 ． ２ ＴＶＩ ３
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６ １６ ２ （ ０ ２０ —０ ５０ １ ７—２ １２ １ ）１０ ２—３
Ｔｈ ｓｇ ａ ｅ ｌｚ ｔｏ ｆｈｙ ｏ ｏ ｉ ａ ａ ａ ａ ｑｕ ｓ ｔｏ ｅ ｍ ｉ ａ ｅ ｄｅ ｉ ｎ ｎｄ ｒ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｄｒ ｌ ｇ ｃ ｌｄ ｔ ｃ ｉ ｉｉ ｎ ｔ ｒ ｎ ｌ
程 配置的 、 低成本 远程 交互 的数字化水文监控 系统 ， 实现 了远程水文数 据采 集 、 处理 、 传输 。 关键词 ： 嵌入式 ； Ｐ Ｓ 水文 ； Ｇ Ｒ ； 终端
Ｄ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ７ － ６２ ． ０ ２ ０ ． ０ ＯＩ１． ９ ９ｊｉ ． ６ １ ２ １ ２ １ ． １ ０ ０ ｓ
水文 自动测报系统是采用现代科技对水文信息进行实时遥测 、 传送和处理的专 门技术 ， 是有效解决
江 河流 域及 水库 洪水 预报 、 防洪调 度及 水 资源合 理 利用 的先 进手 段 ， 是水 利信 息化 的重 要组成 部 分 。水 文 数据 采集 终端 是构 成水 文 自动 测报 系统 的关 键环 节 。本 文设计 的水 文数 据 采集终 端 作为各 个 接点 的
终端和中心站之间的数据分为 ２ ， 种 一种为采样的水文信息数据 ， 另一种为终端设备的控制和状态 信息 。中心站软件根据接收到的数据进行解析 、 整编和处理。其中水文信息的数据格式按照水利部要 求的数据格式 。由于控制和状态信息没有统一格式 ， 参考水利部数据格式的方式， 自定义 了通信协议进
收稿 日期 ：０ １１ —８： 回 日期 ：０ １１ —４ ２ １—１１ 修 ２ １—２０ 作者简介 ： 卢万友 （９ ９ ， ， １ ６ 一） 男 安徽金寨人 ， 工程师 ， 从事水库管理工作 。
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安 徽 水利 水 电职业技 术 学院 学报
第１ ２卷
１ 系 统 设 计
１ １ 系统 总体设 计 ．
ｉｇ ａ ｄｔ ａ ｓ ｏ ｔ ｇ ａ ｌ ａ ｃ ｕ ｓｔ ｎ ｔｒ ｉ ａ ｐ ｒ ｄｎ ． ｎ ｎ ｒｎ ｐ ｒｉ ｓｗｅｌ ｓａ ｑ ｉｉｉ － ｅｍ ｎ ｌｕ ｇ ａ ｉ ｇ ｎ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｅ ｂ ｄ ｅ ｙ ｔｍ ； ＲＳ； ｙ ｒ ｌｇｃ ＲＴＵ ｙ ｗｏ ｄ ：ｍ ｅ ｄ ｄ ｓ ｓｅ ＧＰ ｈ ｄ ｏ ｏ ｉ； ，
２ ．Ｎａｊ ｇＸ ｎｅ Ｔｅｈ ｏｏ ｉ ｏ ， ｔ， ｎｉｇ Ｊ ｎ ｓ １０ ２ Ｃ ｉａ ｎｉ ｕ ｆｉ ｃｎ ｌｇｅ Ｃ ． Ｌ ｄ Ｎａｊ ， ｉ ｇｕ２ ０ １ ， ｈｎ ） ｎ ｓ ｎ ａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｍ ｂ ｄ ｅ ｙ ｔｍ ｎ ｓｒ ｃ ： ａ ｅ ｎｔ ｅｅ ｅ ｄ ｄｓ ｓｅ ａ ｄ ＧＰＲＳ ｍ ｏ ｕ ｅ ｈ ｅ ｈ ｄ ｏｏ ｉａ ａ ａａ ｑ ｉｉｉｎ ｔｒ ｄ ｌ ，ｔ ｅｎ ｗ ｙ ｒ ｌｇｃ ｌｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔ ｅ — ｏ ｍｉ ａ ｓｅ ｕｐ ｅ ｔ ｅｉｂ ｅ ｅ ｏ ｅｃ ｎ ｉｕ ａ ｌ ，ｌｗ － ｃ ｓ ｅ ｔ ｅ ｓｂ ｅａ ｄ ｅ ｓｌ ｏｂ ｐ ｎ ｌｉ ｑ ｉ ｐ ｄ ｗｉ ａｒ ｌ ｌ，ｒｍ ｔ ｏ ｆｇ ｒ ｂ ｅ ｏ ｈ ａ ｏ ｔｒ ｍｏ ｅｓ ｎ ｉ ｌ ｎ ａ ｉ ｔ ｅｕ － ｙ
１ ４ 终 端 与 中心 站 的数据 通信 ．
ＧＰ Ｓ模块 是 实现终 端 数据 和 中心站 之 间数据 的桥 梁 ， Ｒ 选用 的 ＳＭＣ ｍ 的 ＧＰ Ｓ模 块 已经 内嵌 了 Ｉ ｏ Ｒ Ｔ Ｐ Ｉ、Ｐ Ｃ ／Ｐ Ｐ Ｐ等 协议 ， 端 只需要 通过 串 口进行 配置 即可 完 成 ＧＰ Ｓ模 块 与 基 站 之 间 的连 接 ， 站 通 终 Ｒ 基 过 网络协 议完 成 与 中心站 固定 Ｉ 址 的连接 。这样终 端 和 中心站 之 间就建 立 了一套 完整 的数 据链 路 。 Ｐ地
ｗｉｈ ｅ ｂ ｄ ｄ Ｇ ＰＲＳ ｍ ｏ ｕｌ ｔ ｍ ｅ ｄｅ ｄ ｅ
ＬＵ ａ － ｏ ， Ｚ Ｕ ｎ —ｅ Ｗ ｎ ｙ ｕ Ｈ Ｈｏ ｇ ｆ ｉ
（ ． ｍ ｉｉｔａ ｉｎ Ｂ ｒａ ｆＭ ｅｓ ａ ｓ ｒ ｏｒ Ｊｎ ｈ ｉ １ Ａｄ ｎｓｒｔｏ ｕ ｅ ｕｏ ｉｈ ｎ Ｒｅｅｖ ｉ， ｉｚ ａ，Ａｎ ｕ ３ ３ ０， ｉａ ｈ ｉ ７ ０ Ｃｈｎ ； ２
频 ＧＳ Ｇ Ｒ Ｍ／ Ｐ Ｓ模 块 ， 用 非 常 强 大 的 ＡＭＲ９单 芯 片 采
处理 器 ； 模 块 性 能稳 定 ， 观 小 巧 ， 足 Ｇ Ｍ ／ ＋ 该 外 满 Ｓ ２２
标准 ， Ｒ ｌ — ｓｏ ｌｓ ０ ８ 低 功 耗 ： ． ｍＡ ＧＰ Ｓ ｍｕｔ ｉ ｌｔｃ ｓ１ ／ ； ａ １０
ｇ ａ ｅ ｉ ｉａ ｙ ｒ ｌ ｇ ｃ ｌ ｏ ｉ ｒｎ ｙ ｔ ｍ ，ｒ ａ ｉｉ ｇ ｈ ｄ ｏ ｏ ｉａ ａ ａ ｒ ｍｏ ｅ ａ ｑ ｉｉ ｇ，ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｄ ｄ ｄ ｇ ｔ ｌ ｄ ｏ ｏ ｉａ ｎ ｔ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅ ｈ ｍ ｏ ｅ ｌ ｎ ｙ ｒ ｌ ｇ ｃ ｌｄ ｔ ｅ ｔ ｃ ｕ ｒｎ ｚ ｒｃｓ—
接 入 ； 口传感 器 采 用 电 阻 隔 离 和 ＴＶＳ管 防 护 方 式 接 人 ； — ２ ｍＡ 采 用 专 用 隔 离 芯 片 进 行 隔 离 ； 并 ４ ０
ＲＳ ３ ２ ２和 ＲＳ ８ ４ ５采用 有 防护 Ｅ Ｄ 的芯 片 。 Ｓ
（ ）Ｌ Ｄ接 口。作 为人 界交 互 的界 面 ， 示屏 选用 了 １８ ４的图形 点 阵 Ｌ Ｄ， 以支 持 中文 、 ３ Ｃ 显 ２ ×６ Ｃ 可 英
１ ２ 接 口处理 设计 ．
（）电源 。电源管 理是 系统 的一 个重 要 组 成 部分 ， 接关 系到 终 端 系 统 的 性 能 。水 文 遥测 站 布 局 １ 直
分散 ， 工作 环境 相对 较差 ， 般都 采用 太 阳能光 板 给免 维 护铅 酸 蓄 电 池 浮充 电 的供 电方式 ， 于此 系统 一 由
行识 别 。
２ 结束语
本 系统 采用 了 ３ 的 ＡＲ 嵌 入式 芯 片和 ＧＰ ２位 Ｍ ＲＳ发 射模 块集 成设 计 的方 法 ， 现 了水文信 息 的采 实
智能终端 ， 采用嵌入式和 Ｇ Ｒ 无线通信等技术 ， ＰＳ 监测多种水文信息 ， 并实现水文信息的预处理、 存储 、 查询、 无线传输功能 以及终端远程升级等 。系统还增加了 ＵＳ Ｂ接 口和以太 网接 口， Ｓ Ｕ Ｂ接 口用于下载
终 端存储 器 内的大 量数 据 ， 以太 网接 口用 于直 接连 接到 网络 。
流 峰值 达 ２ 的供 电 ， Ａ 因此选 用 Ｌ ５ ６电源 模 块进 行 供 电 ， 布 线 时 滤 波 电容 需 要 尽 量靠 近管 脚 ， Ｍ２ ７ 在 且