基于嵌入式GSM模塊的水文監測系統的設計

摘要：依托完善的移動通信網絡，采用西門子公司的嵌入式GSM模塊MC35，輔以計算機、單片機、雙音多頻信號發生器UM9121O和解碼器MT8 870、水位傳感器等構成江河水位監測系統，由監測中心和多個監測點的監測子機組成，監測子機的監測數據通過MC35以短信方式上傳給主機，上傳的時間間隔可自動調整，也可由主機發送指令設定，還可通過移動通信的話音通道用雙音多頻信號傳送。

關鍵詞：移動通信；短信服務；雙音多頻；水位監測

0 引言

監測收集江河水位漲落情況，并送到相關水文管理部門是水文工作中的一項重要任務，特別是雨季，監測工作尤為重要，由于觀測點多、分散性大、距離遠且往往地處偏僻，因此在數據采集尤其是要求頻繁采集時存在困難。目前，移動通信網已十分發達，信號基本覆蓋了城鄉各地，同時移動通信業務種類也在不斷推出，包括單向收費、免月租計費、包月包短信等各種套餐。在此形式下，遠程數據監測系統中利用短信平臺來傳輸非頻繁短數據成為一種省投資、省運行成本、免維護的很實用的方案。監測系統采用嵌入式GSM模塊，集成數據采集等電路完成基于短信服務平臺和話務平臺的無線監測傳輸網絡的設計。它有2種方式：短信方式傳送數據和雙音多頻(DTMF)方式，兩者可互補，試驗表明該設計成本低、可靠性高、實用性強。

1 監測系統組成概述

如圖1所示，系統由一個監測主機和若干個監測點子機構成，它們通過移動通信網的短信平臺和話務平臺構成信息通道，所依托的移動通信運營商及模式沒有限制。在通常情況下，各測點用短信方式定時向監測中心傳送水位實時監測數據，定時間隔可智能判斷、自動調整，遇汛期水位波動大，單片機根據水位的變化速率給出定時間隔，這在洪水季節水位波動大時十分必要。監測中心也可以用短信方式向某子機發出指令，對子機的數據傳送間隔或其他功能要求進行設置。如遇短信通道擁擠、堵塞，或有特別需求，監測中心還可用通話方式通過“撥號呼叫”接通監測點話路，然后監測點用DTMF信號來傳送數據以作為互補。

2 水位測量方案

采用“浮球法”將水位增量轉為電壓值：基本結構如圖2所示，浮球1跟隨水位漲落而上下移動，通過鋼絲索3以及傳動機構帶動精密多圈電位器轉動，球體2是平衡球。多圈電位器將+5 V電壓轉換成與水位相對應的電壓值ui，再經A／D轉換成數字量，由單片機檢測、計算。為消除風浪所造成的水面波動，“浮球法”必須建造豎井，將浮球置于井中以使水面平穩。

3 測點監測子機構成原理

如圖3所示，主要由嵌入式GSM模塊MC35、DTMF信號發生器UM91210、單片機AT89S51、水位變換測量模塊、顯示模塊等部分組成。

MC-35是西門子公司出品的移動通信模塊，具有短信收發、撥號呼出、全雙工語音通信等功能，各項功能均由一個異步串行通信接口接收來自單片機或PC機的AT指令而實現；多圈電位器、4位半雙積分模／數轉換器ICL7135通過圖2裝置將水位變化量轉換成數字量送給單片機89S 51的中斷口P3．3，經單片機計算處理后，一方送LED串行顯示模塊；若需要上傳數據另一方面按照規定的格式組成AT指令數據包，由單片機的串口TXD送出，GSM模塊MC35的串口RXD接收后即以短信方式發往主機。

一般情況下，水位數據以智能定時方式主動上傳，但主機也可以向子機發短信指令要求上傳或設定定時間隔等，MC35收到來自主機的短信，從串口TXD輸出．單片機的RXD接收后即執行相應功能。

如遇短信信道堵塞，主機還可以向子機“撥號”呼叫，這時子機RINGO端會輸出振鈴信號，該信號周期為低1S高4S，單片機的INT0(P3.2)端檢測到這一信號即通過串口向MC35寫入一條“接收電話”的AT指令，使MC35進入“通話”狀態，同時把水位數據轉換為控制碼從P1口輸出給DTMF發生器UM91210，UM91210隨即根據控制碼從TONE端輸出相對應的雙音多頻信號，GSM模塊MC35的MIC+(話筒輸入)端接收該信號并通過移動通信網絡發往主機。水位數據由5位10進制數組成，P1口每送一次控制碼，只完成1位(10進制數)的上傳，P1口連續多次給出控制碼，即可完成整組數據的上傳。