基于GPRS與CAN總線的水情智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(2.17)

1、基于GPRS與CAN總線的水情智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：本文研究并開(kāi)發(fā)了一種現(xiàn)場(chǎng)采用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而利用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)借助成熟的GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，結(jié)合TCP/IP通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了CAN總線報(bào)文和IP協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換并通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)傳輸CAN總線報(bào)文信息，進(jìn)而對(duì)水庫(kù)、河流等水情進(jìn)行實(shí)時(shí)、可靠的監(jiān)測(cè)。關(guān)鍵詞：GPRS；CAN總線；水位監(jiān)測(cè)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(guó)地域遼闊，地形復(fù)雜，氣候變化無(wú)常，河流來(lái)水量變化劇烈，水、旱災(zāi)害發(fā)生頻繁，大小洪水連年不斷。報(bào)汛不及時(shí)，水情不明是導(dǎo)致災(zāi)情加重的重要原因，水情信息是防汛抗旱決策的重要依據(jù)。它的實(shí)時(shí)性和可靠性是決策實(shí)時(shí)性、科學(xué)性的前提【1】。水情信息的及時(shí)采集可以對(duì)洪澇災(zāi)害實(shí)施有效的監(jiān)測(cè)和預(yù)警；建立一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用的、符合我國(guó)國(guó)情的水情采集傳輸系統(tǒng)勢(shì)在

4、必行。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用CAN總線和GPRS技術(shù)，具有費(fèi)用低廉、建設(shè)周期短、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，提高了測(cè)報(bào)速度、預(yù)報(bào)精度，擴(kuò)大了測(cè)報(bào)范圍和內(nèi)容。動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)水位、雨量等水情信息，對(duì)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(jiǎn)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(lái)的一種無(wú)線分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)【】，由于GPRS自身的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，GPRS在遠(yuǎn)程監(jiān)控中具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。首先，作為無(wú)線系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)上比有線系統(tǒng)簡(jiǎn)單容易，尤其在水庫(kù)、河流等環(huán)境比較惡劣、分布偏遠(yuǎn)的野外地區(qū)。其次，系統(tǒng)利用率高

5、，可以同時(shí)監(jiān)控多個(gè)被監(jiān)控對(duì)象，減少了系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)和人員維護(hù)，可實(shí)現(xiàn)野外無(wú)人值守。同時(shí)，能提供端到端廣域的無(wú)線IP連接。用戶可以通過(guò)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，以無(wú)線連接的方式方便、快捷地接入固定IP網(wǎng)絡(luò)，利用公網(wǎng)不需自建和維護(hù)通信網(wǎng)【】；結(jié)合水位數(shù)據(jù)傳輸突發(fā)性、間斷性、頻繁性和實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，系統(tǒng)選用成熟的GPRS DTU(data terminal unit)作為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸模塊，將水位和降雨量等信息形成IP數(shù)據(jù)后通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街行恼居?jì)算機(jī)，保證數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確傳輸?shù)那疤嵯?，將系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用降到最低。1.2 CAN總線技術(shù)CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，是一種有

6、效支持實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，與一般的通信總線相比，CAN總線具有先進(jìn)的主網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)性好，通訊距離遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸速率快，具有較好的差錯(cuò)控制能力，可靠性高、系統(tǒng)容量大、擴(kuò)充容易、安裝方便、維護(hù)費(fèi)用低、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用控制節(jié)點(diǎn)多，分布較散的監(jiān)控場(chǎng)所【】。因此，本設(shè)計(jì)采用CAN總線來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水情信息的采集，可提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架該水情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用“分散監(jiān)測(cè)，集中處理”的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)水情遠(yuǎn)程終端監(jiān)測(cè)基站、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)和水情遙測(cè)中心站三大部分構(gòu)成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)需要采集的水位、雨量等水情數(shù)據(jù)，通過(guò)相應(yīng)的傳感器連接到CAN網(wǎng)

7、絡(luò)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。GPRS遠(yuǎn)程傳輸部分主要是將已采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)壓縮整理，再由GPRS模塊經(jīng)GPRS和Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到本地的服務(wù)器上，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，水情信息導(dǎo)人數(shù)據(jù)庫(kù)備份、這些數(shù)據(jù)可指導(dǎo)水利部門(mén)采取相應(yīng)的措施而對(duì)實(shí)際水情加以利用或控制。 圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖Figue13.系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)計(jì)部分為遠(yuǎn)程終端測(cè)量站，遠(yuǎn)程終端測(cè)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(jié)構(gòu)如圖2所示。其中MCU選用MSP430F149，MSP430F149采用了最新低功耗技術(shù)，工作電流為0.1一400PA，它將大量的外圍模塊整合到片內(nèi)，特別適合

8、于開(kāi)發(fā)單片超低功耗系統(tǒng)。該單片機(jī)具有低電壓、超低功耗；具有12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；擁有大容量的存儲(chǔ)空間；兩通道串行通信接口；以MSP430F149單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)處理單元，通過(guò)模擬/數(shù)字通道對(duì)翻斗式雨量計(jì)、壓力水位計(jì)采集到的水情數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、預(yù)處理以及存儲(chǔ)；通過(guò)串行通信口連接到CAN網(wǎng)絡(luò)中，完成CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)和協(xié)議轉(zhuǎn)換；并通過(guò)串行通信口與GPRS模塊MC39I進(jìn)行連接，通過(guò)AT命令控制其上網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)?？紤]野外現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有市電，系統(tǒng)選擇了太陽(yáng)能加蓄電池的供電方案，陽(yáng)光充足且太陽(yáng)能板輸出滿足系統(tǒng)要求時(shí)，太陽(yáng)能電池板為終端供電并對(duì)蓄電池充電；陽(yáng)光強(qiáng)度不夠時(shí)則由蓄電池為系統(tǒng)終端供電。3.2系統(tǒng)軟件設(shè)

9、計(jì)3.2.1現(xiàn)場(chǎng)遙測(cè)終端軟件設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)遙測(cè)終端軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要包括初始化模塊；數(shù)據(jù)采集模塊；數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)存取模塊；無(wú)線通信模塊；定時(shí)器中斷和串口中斷等，該系統(tǒng)采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)環(huán)境為ADS1.2，MSP430F149通過(guò)串口發(fā)送AT指令控制MC39I通訊模塊實(shí)現(xiàn)初始化、網(wǎng)絡(luò)登錄、數(shù)據(jù)收發(fā)等功能。其程序流程如圖3所示。3.2.2遙測(cè)數(shù)據(jù)中心軟件設(shè)計(jì)水情遙測(cè)中心是該系統(tǒng)的監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)水情數(shù)據(jù)的接收、顯示以及存儲(chǔ)和查詢。本系統(tǒng)采用VB 6.0來(lái)開(kāi)發(fā)，在軟件編制過(guò)程中，采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，主要功能模塊包括用戶登錄模塊、系統(tǒng)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)通信模塊和數(shù)據(jù)管理模塊。軟件編制中，采用VB 6.0的Winsock控件編寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)通訊程序，用Access數(shù)據(jù)庫(kù)保存各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)以及日期、時(shí)間等。該軟件為用戶提供了一個(gè)可視化界面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水情數(shù)據(jù)。通過(guò)此軟件，可查詢歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水情信息的歷史記錄和統(tǒng)計(jì)曲線，從而為水利相關(guān)部門(mén)提供決策依據(jù)。 4.結(jié)論本文在整體系統(tǒng)上選擇了先進(jìn)的CAN總線和GPRS