基于GPRS远程水位监测系统

基于GPRS远程水位监测系统

屈召贵

关键词:超声波单片机GPRS

0引言

GPRS(通用分组无线业务）作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术具有接入迅速、永远在线、按流量计费等特点，在远程突发性数据实时传输中有不可比拟的优势。本文正是基于些完成实时远程水位监测。用Microchip公司的PIC16F873单片机产生40KHz的超声波，通过功放后由超声换能器出射出去，同时由另一只超声换能器接收该信号，用单片机来完成检测，根据速度、时间和距离之间的关系，由单片机完成数据处理。单片机一方面将数据保存，另一方面将数据由GPRS模块远传到总控中心。

1系统设计

1.1系统结构终端设备通过串口方式连接到GPRS数据终端上，然后将数据打成IP包，再通过GPRS空中接口接入到GPRS网络，最终通过网关和路由到达系统数据中心。

1.2终端硬件设计GPRS数据终端的硬件结构采用模块化设计，共包含数据管理模块，远程通信模块，超声波发射、接收模块以及电源模块四部分。

1.2.1数据管理模块主要包含单片机PIC16F873，X25045两个芯片，PIC16F873用于处理与远程通信模块、超声波发射与接收以及数据存取，为了保证数据不会因为掉电而丢失，采用串行E2PROM器件X25045对数据进行存储。

1.2.2远程通信模块主要包含GPRS无线模块、SIM卡和串口模块MAX3238三部分，GPRS无线模块采用明基公司的M23GGPRS模块，SIM卡如图1，其功能是将数据或命令通过与其连接天线发射出去，或接收远端监控中心发送的数据，再将接收到的数据或命令进行相应的协议处理后，通过MAX3238送入单片机进行处理，MX3238起电平转换和串口通信的功能，由于传输数据的承载方式是GPRS网络，故SIM卡是不可缺少的，功能是存储数据和在安全条件下完成基身份鉴权和信息加密算法的全过程。

1.2.3超声发射与接收模块超声波发射电路包括超声波产生电路和超声波发射控制电路。在本文中40KHZ的超声波传感器NU40C12TR－1，其周期T=25us，由MCU产生占空比为13/12的脉冲，并由MCU的RC4引脚输出到反相器。单片机产生以4个40kHz为一组的脉冲群，加到传感器上，此时接收换能器的两端可以检测到有40kHz信号。使用反相器CC4069的目的提高超声波的驱动功率。超声接收电路采用NE5532运算放大器对接收波形进行两级放大，然后利用三极管的开关特性将放大后的波形处理成标准的方波，最后送往控制芯片PIC16F873的CCP1模块，以计算出距离。

运算放大器第一级放大

运算放大器第二级放大

由计算可看出经放大后的信号已经反向了，所以在用三极管整形的时候将信号从基极输入，从集电极输入，这样信号经过地二次反向后，与接收信号方向一致。在这里采用两级放大是为了更大的增大放大倍数，这样就可以接收到很微弱的信号，使测量的距离更远更精确。

1.2.4电源本系统电源采用蓄电池供电，由于GPRS模块需求的瞬间电流较大，稳压部分采用具有开关特性的LM2576-5的器件来产生5V的电压来供电。单片机及其它部分的供电，由LM7805来完成稳压。

2软件设计

本文软件设计包括两大部分：一部分为终端软件；另一部分为监测中心PC机管理软件。设备的终端软件主要由超声波测距、数据处理、GPRS数据通信等几部分机成。

2.1终端软件设计数据终端必须具备以下基本功能：自动登录GPRS网络，自动向数据中心注册动态IP地址和SIM卡的IMSI号，进行数据传输。通过GPRSModem支持的AT命令集对其进行初始化设置，初始化设置成功后即可进行拨号连接，GPRSModem的初始化及拨号过程如下：

AT+IPR=38400；//把波特率设置为38400b/s，默认值为9600b/s。

AT+CGCLASS=“B”；//设置移动终端的类别为B类，即具有GPRS上网和GSM语音功能，但二者不能同时使用，可自动切换。

AT+CGDCONT=1，“IP”，“CMNET”；//设置GPRS接入网关，如果Modem返回“310D”则表示初始化成功。发送“ATDT*99***1#”若Modem返回“310D”则表示成功接通GPRS网络。

GGSN与Modem通信时遵循PPP协议，Modem拨号后首先要与GGSN进行通信链路的协商，即进行点到点的各种通信链路的参数配置。网络协商之后即可进行数据传送，GPRS网络支持TCP/IP协议，所以通过收发IP数据包来传送数据。

2.2监测中心PC机管理软件本文PC机从底层的串口通信开始逐渐实现GPRS登录，最终实现数据的传输，串口驱动实现打开串口（OpenComm）、关闭串口（CloseComm）、读串口数据（ReadComm）、向串口写数据（WriteComm）、串口中断（InterruptUartRxISR）等。它包含用户输入和管理，能够对整个水位进行统计和分析。能够适时控制各河段的测距模块，对测距模块发出各种命令，还能够分析每一个观测站在各个时间的水位，进行分析。

3结语

本系统经过实验,系统使用方便、操作简单、读数直观、精度高、成本低、可远程控制，人机界面友好，具有系统诊断功能等特点。经实际测试证明。该系统应用于无线远距离环境测量系统好，实现了远距离的操控以及数据的远距离传输。

参考文献：

[1]DALLASSemiconductor.DS18B20DataSheet[Z].2002:1-26.

[2]李学海著.PIC单片机实用教程——基础篇.北京航空航天大学出版社.

[3]李学海著.PIC单片机实用教程——提高篇.北京航空航天大学出版社.

[4]语言型汽车防碰撞倒车“雷达”一文.无线电.2006年第3期.

[5]PIC16F87X实用软件与接口技术-汇编语言及其应用.刘和平等著北京航大出版社.

[6]BENQ_GSM_GPRS_无线模块.