基于嵌入式系统的水情自动测报系统设计与实现

论文摘要

随着ARM微处理器的不断发展,以嵌入式系统为基础的各种自动化产品在工业自动化和控制领域得到广泛应用。水情自动测报系统是我国大力推进的水利信息化的重要组成部分之一。本文从水文实际应用出发,分别从GPRS网络、嵌入式系统开发、GPRS网络应用实验等方面,详细说明采用三星公司S3C44B0X处理器,开发水情自动测报系统的技术实现过程。文章以水文自动化应用为背景,提出基于ARM7嵌入式微处理器S3C44B0X和GPRS模块为基础的水情自动测报系统的设计解决方案。在水情自动测报系统中,水情遥测终端是非常重要的环节。由于水文观测的重要性,很多单位都开发水情自动测报产品。但是经过分析,发现这些产品大部分使用单片机系统来构建,虽然有设计简单、价格便宜等优点,但随着测报功能需求的增加,系统越来越复杂,逐渐显露出性能不够强大和二次开发困难等缺点。论文结合水文行业实际应用和水情自动测报系统的特点,明确提出一种基于ARM嵌入式系统的水情遥测终端的硬件平台和软件应用解决方案。论文详细研究分析终端的硬件设计,讨论嵌入式系统的构成和硬件选型,对ARM芯片体系结构、遥测终端硬件设计、嵌入式系统调试等研究开发工作均进行详细研究分析。论文在硬件实现的基础上完成对遥测终端的软件设计,综合考虑水情自动测报系统应用的具体背景及遥测终端的功能需求,提出遥测终端软件设计的总体思路。2001年以来,GPRS(通用分组无线业务)网络的快速发展,使水情自动测报系统使用GPRS进行数据传输成为可能。论文对GPRS网络通信技术进行全面的研究,分析GSM和GPRS的网络结构,分析GPRS网络各功能单元作用,对遥测终端与GPRS模块通信方式及程序进行分析。论文详细研究水情自动测报系统数据中心总体设计方案,讨论了设计原则,对数据中心GPRS组网方案进行说明,对数据中心软件进行功能划分,明确各部分软件实现功能,将数据中心软件在功能上分为遥测数据接收处理程序和遥测系统监控管理程序。论文同时详细分析了基于ARM嵌入式系统的水情遥测终端通过GPRS网络传输数据的野外实验过程,通过分析实验结果表明,系统采集的数据正常、工作稳定、通信良好,基本达到水情自动测报系统有关的技术指标要求。论文最后对水情遥测终端的软硬件设计开发和水情自动测报系统总体设计等工作进行总结回顾,对后续工作进行展望。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源和研究意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 课题研究的技术背景
• 1.3 水情自动测报系统研究现状
• 1.4 GPRS 应用研究现状
• 1.5 本文主要的研究工作与创新点
• 1.5.1 本文主要的研究工作
• 1.5.2 本文主要创新点
• 1.6 论文主要内容
• 2 水情自动测报系统
• 2.1 概述
• 2.2 发展历史
• 2.3 系统组成及工作体制
• 2.3.1 系统组成
• 2.3.2 工作体制
• 2.4 系统工作流程
• 2.5 常用通信组网方案
• 2.6 GPRS 网络
• 2.6.1 GPRS 网络特点
• 2.6.2 GSM 网络结构
• 2.6.3 GPRS 网络结构
• 2.7 小结
• 3 水情遥测终端硬件设计
• 3.1 水情遥测终端结构
• 3.2 ARM 微处理器
• 3.2.1 ARM 微处理器发展历程
• 3.2.2 ARM 微处理器特点及系列
• 3.2.3 ARM 微处理器结构
• 3.3 ARM 7 微处理器的结构与特点
• 3.4 S3C44B0X 处理器
• 3.5 遥测终端硬件结构设计
• 3.6 遥测终端硬件电路设计
• 3.6.1 电源电路设计
• 3.6.2 SDRAM 接口电路设计
• 3.6.3 中断处理电路设计
• 3.6.4 复位电路设计
• 3.6.5 晶振电路设计
• 3.6.6 A/D 转换电路设计
• 3.6.7 UART 接口电路设计
• 3.6.8 SIM 卡接口电路设计
• 3.7 GPRS 模块的选型和结构
• 3.8 西门子MC35i 模块
• 3.9 水位计与雨量计选型
• 3.9.1 水位计选型
• 3.9.2 雨量计选型
• 3.10 小结
• 4 水情遥测终端软件设计
• 4.1 嵌入式系统软件开发
• 4.1.1 开发流程
• 4.1.2 开发环境
• 4.2 遥测终端软件设计
• 4.3 μC/OS-II 的移植和编译
• 4.4 驱动程序设计
• 4.5 软件具体功能实现
• 4.5.1 水位雨量正常采集
• 4.5.2 水位雨量超阀值采集
• 4.6 小结
• 5 水情自动测报系统数据中心设计
• 5.1 设计原则
• 5.2 总体设计
• 5.3 系统组网方案
• 5.4 数据中心软件功能
• 5.5 小结
• 6 水情自动测报系统野外实验
• 6.1 GPRS 模块调试
• 6.2 水情自动测报系统野外实验
• 6.2.1 实验地点水文地质情况
• 6.2.2 实验方法及实验结果
• 6.3 小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B 数据中心接收软件
• C 水情遥测终端软件