基于ARM和GPRS的灌区水情信息监测系统的研究

论文摘要

灌区水情信息监控是优化调配灌溉水资源的首要技术。由于灌区需要监测的站点众多,且分布分散,传统的水情信息采集监控手段投资大、效率低,已经远远不能满足灌区用水管理的要求。目前各灌区现有通讯条件普遍较差,若采用专用线路、电话线或短波等传统传输数据方式,要投入大量资金建设专用通信系统,而由于灌区数据采集频率低、季节性强、系统的利用率往往不高,采用专用线路不现实。系统维护困难、通讯不稳定、费用高,这是目前灌区发展水情自动测报系统中普遍面临的重要问题。GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称,是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式。与原有的GSM比较,GPRS在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势,能够有效地利用无线网络信道资源,特别适合突发性、频繁的小流量数据传输,很好地适应了传输数据流量不大、不便于布线的灌区、水文监测等场地。本文在分析了灌区用水监测的特点后,提出了利用GPRS移动通讯网络的短消息功能和直接连接Internet的优势,采用工业级GPRS通讯模块MC35i进行灌区水情信息传输的技术方案。该系统主要由测控单元、通讯模块、GPRS网络、Internet网络、数据监控处理中心等构成。其中测控单元由微处理器、A/D、D/A、传感器、执行机构组成,主要完成数据的采集处理、对控制命令的解码执行等任务。通讯模块选用工业级GPRS专用通讯模块MC35i,完成SMS短信息的发送接收工作,下位通讯模块与ARM微处理器LPC2131相连实现信息的接收和发送,并可以通过服务商专门提供的代理网关连接到Internet,因此可以与Internet上任一台具有公网IP地址的数据处理单元建立连接,以进行数据传输,为合理利用水资源服务。本文介绍了通讯系统总体结构,设计了MC35i模块与ARM处理器之间的硬件接口、编制了下位机数据采集、通讯及低功耗设置程序;采用Visual basic编写了上位机通讯及数据管理软件。通过测试表明:对于测控点极为分散,数据流量小的灌区,采用此种数据传输技术,解决了人工监测周期长、效率低、范围小的弊病,具有投资小、通讯稳定、系统维护方便、测点增减方便的优点,是灌区用水监测信息远程传输的一种有效技术手段。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.1.1 水利资源信息化管理的必要性
• 1.1.2 灌区信息化管理的必要性及其特点
• 1.1.3 灌区水情远程测报系统及其特点
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究主要内容及方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 系统总体方案设计
• 2.1 系统总体构成及实现原理
• 2.2 控制模块和GPRS 通讯模块
• 2.2.1 控制模块设计
• 2.2.2 GPRS 通讯模块设计
• 2.3 通讯方式比较及选择
• 2.3.1 灌区水情通信系统特点
• 2.3.2 通信系统的分类与比较
• 2.3.3 灌区水情监控系统通讯方式的选择
• 2.4 上位机通讯软件的设计
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 系统总体功能要求
• 3.2 系统硬件组成
• 3.3 水位信息采集装置
• 3.3.1 水位传感器的分类
• 3.3.2 不同类型水位--流量计传感器适用性
• 3.3.3 超声波水位传感器
• 3.4 通信模块硬件组成
• 3.4.1 无线通信模块MC35i
• 3.4.2 通信模块外围功能电路
• 3.4.3 AT 命令集及连接互联网的设置
• 3.5 测控单元的设计
• 3.5.1 ARM 微处理器
• 3.5.2 LPC2131 结构和特点
• 3.5.3 低功耗设计
• 3.5.4 接口板的设计
• 3.6 硬件总体测试
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 下位机程序设计
• 4.1.1 通信部分程序设计
• 4.1.2 数采部分程序设计
• 4.2 PC 机端应用程序设计
• 4.2.1 Visual Basic 简介
• 4.2.2 Winsock 控件
• 4.2.3 上位机软件设计
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介