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第1章绪论

本课题来自远端水情数据自动采集系统。远程数据采集系统是采用现代科技对远程信息进行实时遥测、传送和处理的专门技术,是有效解决江河流域及水库洪水预报、防洪调度及水资源合理使用的先进手段。它综合地理、电子、电信、传感器和计算机等多学科的有关最新成果。改变了以往仅靠人工测量数据的落后状况,扩大了预报范围,对江河流域、水库安全度和电厂经济运行以及水资源合理利用等方面都能发将重大作用[1]。
水情数据采集系统的通信方式主要有短波通信、超短波通信和集群通信等专用通信系统。这些系统的缺点是用户需要自己组网,建网费用昂贵,同时需要大量的维护人员和维护费用。而且,这些系统对用户的数量、服务区的覆盖范围也有限制。系统的可靠性得不到很好的保证,从而严重地制约了水情数据采集系统的推广使用。
GSM(Global System for munication)系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟、最完善、应用最广的一种系统。我国目前已经建成覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网,用户已达3亿之多,可以提供话音业务、短信业务、数据业务以及彩信业务。随着使用GSM通讯协议的专用模块的推出,使得GSM的各项业务的应用范围已不仅仅应用于手机通信领域,也应用于其他领域的通信需求。而且这些模块都有益于开发通讯接口和协议,这为短消息业务应用于远程数据采集系统的开发工作创造了很好的条件。虽然短消息业务一次最多只能传输140个字符信息,但用于水情数据的传输已经完全可以满足要求。对于水情数据自动采集系统来说,GSM系统是最值得利用的。
GSM系统克服了传统的专用通信系统投资成本大、维护费用高、网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷,具有投资小、建设周期短、组网灵活方便、系统稳定可靠等特点,再加上GSM的SMS本身具备的数据传送功能,使得利用GSM系统进行远程数据采集与传输,特别是在水情数据自动采集系统中的应用成为一个新兴的研究领域[4]。
水情数据自动采集系统是灌区用水只能化管理的基础,亦是数字化灌区建设的重要组成部分。它对于即使准确掌握灌区水情、调度配置灌溉水量、提高灌区用水管理决策水平都有重要意义。在水资源越来越短缺的今天,如何提高水资源的有效利用率成一个迫在眉睫的问题。该项目利用GSM通信模块、单片机、水位传感器技术以及现有的GSM网络来实现对远端水情的检测。

在自动水情数据测报系统的应用中,除超短波通信以外,基于各种通信网络的测报系统各项费用都是比较高的,而且各种设施的设计和安装都会花大量的人力物力,甚至有的技术的可靠性更是不高。在国内一般经济条件不太好的地区很难实现。基于超短波通信的测报系统实施起来虽然更加实际一些,各项费用相对比较低,但是由于它是一种自建的通信网络的特点和其本身的局限性,使得它不能大面积的应用于任何地区,而且它的可靠性不是很高[2]。
针对上述通信方式的缺点,本课题开发了利用第二代移动通信技术—GSM通信网络作为水情自动测报系统的通信媒介,以收发GSM短信息的通信方式进行远程分布式数据采集软件产品(控制中心软件。
GSM通信网络的特点是技术最为成熟及先进、通信方式多、手机接续速度快、通信质量好、安全保密性能强、抗干扰能力强、网络覆盖面特别广、可以实现国际自动漫游等诸多优点,全世界目前已有近百个国家和地区建立了GSM数字移动电话通信网络。
在水情数据采集现场,通过卫星虽然可以快捷、可靠地传输水情信息,但投资高,短时间内难以大面积推广,通过公用电话网络可以大范围改善信息传输方式,但其数据传输速度低、受频带宽度限制,每个设备需要架设专用线路,实现一对一的传递模式,无法满足大数据量实时传输的要求,都不是解决水情数据理想的手段。目前,随着我国移动通讯技术的迅速发展,特别是近几年手机短信息技术(GSM技术)在数据传输、控制领域的大量应用,为解决大范围标准化水情信息传输问题提供了一个可行的途径。

本课题的设计主要以单片机为核心,将由水位传感器采集的模拟信号,进行A/D转换,经单片机处理,若数据超出水位的上下限则产生警报。水情数据经单片机处理,使用GSM模块,以短信的形式,通过GSM网络向数据采集控制管理中心(上位机)发送。,基于以上原理,此次设计的主要工作内容如下:
1、设计制作以单片机为核心的数据采集、处理、报警、发送电路。
2、熟悉GSM网络的协议和GSM网络的短信形式的通信过程。
3、远端水情数据采集终端(下位机)的硬件编程。
图系统总体框图
第2章 GSM概述
GSM技术简介及其技术特点
计算机技术、网络通信技术的发展给水文检测技术提供了更加快捷