基于GPRS的水情测报系统的设计

摘  要： 针对目前我国水情测报系统的硬件可扩展性差、功能单一和数据传输方式不便的问题，采用ARM9处理器和GPRS技术，设计了一种新型的水情测报系统。该系统充分利用现有的GPRS技术实现现场的遥测站与数据中心之间的信号传输功能，有效地克服了以往系统中数据传输采用有线传输方式(如架线困难等)的多种缺陷；通过ARM9处理器代替单片机，克服了以往系统性能不强大、二次开发和升级不方便等缺点。实际应用表明，该系统可靠性高、可扩展、检测精确、维护方便，具有一定的实用性。
关键词： 水情测报系统；GPRS通信；ARM
       目前，典型的水情测报系统一般由传感器、遥测站和数据中心（上位机）构成。其中遥测站常常被放置于远离城市的偏远地方甚至野外，因其环境恶劣，为系统的建设、维护、检修等带来了很大的困难[1]。水情测报系统复杂而庞大，而如何实现现场遥测站与数据中心的通信也是水情测报系统中必须要解决的问题。本文提出了一种基于GPRS的水情测报系统，通过采用GPRS无线通信技术实现了现场遥测站与数据中心之间的透明传输。通过实际应用，该系统具有可靠性高、可扩展、检测精确、维护方便等优点。
     通用分组无线业务GPRS(General Packet Radio Service)，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS允许用户在分组交换模式下发送和接收数据，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务[2-3]。在有线不普及和布线困难的地方，借助于无线手段，使整个系统具有工程造价和资源成本低、传输数据受地域的影响小、可靠性高、维护率低的特点。GPRS技术大幅提高了网络资源的利用率，是目前无线数据传输应用中最广泛的技术之一[4]。本文采用GPRS技术作为遥测站与数据中心之间数据传输的通道，成功实现了对水情的实时在线检测。
1 系统总体结构
     基于GPRS的水情无线采集系统的总体结构如图1所示，系统主要由现场遥测站、数据采集传输网络(GPRS和Internet)及数据中心构成。
   
       遥测站安装在水库、大坝、海口等现场，主要实现对水情的各种参数的实时采集、处理、存储等功能，并将测量到的信息(如雨量、水位等)通过GPRS模块发送给无线传输网络，同时将GPRS模块作为接收数据中心相关命令的有效途径。遥测站既可以通过数据中心的命令控制其工作，也可脱离数据中心单独工作。单独工作时，其相关参数及命令通过遥测站面板上的按键输入。
     数据中心安装在水利部门的办公楼内，通过Internet网络完成对遥测站发送过来数据的接收、处理、存储、信息查询和编制水文图表等功能。另外，还能通过Internet网络实现向现场遥测站发送相关参数和命令的功能。
     数据采集传输网络由GPRS无线模块和Internet网络构成，它是现场遥测站与数据中心之间的无线数据传输通道，其传输过程是：遥测站将现场采集到的数据，传至微处理器，利用GPRS模块对数据打包封装后发送到GPRS网络，GRPS网络又将数据通过移动网关发送到Internet网络，最后利用Internet将采集到的数据发送到连接互联网的数据中心主机。数据中心向现场遥测站发送运行参数和命令的过程正好与上述相反。在遥测站的GPRS模块上安装一个SIM卡，将数据中心开通网络服务，实现同互联网的连接。这样就可以通过GPRS和Internet网络实现现场遥测站与数据中心主机之间的无线透明传输。
2 遥测站硬件设计
     遥测站的硬件即数据采集终端，以AT91SAM9260ARM处理器为核心，包括一个高精度的MH-GA 超声波物位仪、电源模块、GPRS通信模块(MC55)等。AT91SAM9260ARM处理器由A/D通道采集MH-GA超声波物位仪的信号，经过分析处理保存，再通过RS232串口将水位数据发送给MC55无线模块，并通过GPRS网络将数据发送给数据中心。系统硬件框图如图2所示。
   
       AT91SAM9260是爱特梅尔公司集成最新的ARM926-EJ-S[TM]ARM Thumb内核的工业级处理器，拥有8 KB数据缓存、18 KB指令缓存、MMU单元、在180 MHz频率时有200 MIPS指令运行速度，内嵌1个32 KB ROM、2个4 KB RAM，集成有EBI、USB、DMA等外设[5]；通过VDDCORE管脚提供内核电源(包括处理器、内嵌存储器和外设)，额定电压为1.8 V，相应的接地引脚为GND；VDDANA管脚提供ADC额定电压3.3 V的电源，接地引脚为GNDANA。数据采集过程充分利用内部ADC来完成，以降低功耗、减少芯片数量、提高可靠性。而且A/D接口在不用时还可作为GPIO使用。为给系统提供一个永久的低速时钟，配有实时时钟芯片PCF8563。为了方便数字语音、图像、程序代码和各种数据的存储应用，处理器外围电路还配有运行速度快，方便读、修改和写操作的DATA Flash芯片AT45DB161D。
2.1 采集模块