基于嵌入式GSM模块的水文监测系统的设计

摘要：依托完善的移动通信网络，采用西门子公司的嵌入式GSM模块MC35，辅以计算机、单片机、双音多频信号发生器UM9121O和解码器MT8 870、水位传感器等构成江河水位监测系统，由监测中心和多个监测点的监测子机组成，监测子机的监测数据通过MC35以短信方式上传给主机，上传的时间间隔可自动调整，也可由主机发送指令设定，还可通过移动通信的话音通道用双音多频信号传送。

关键词：移动通信；短信服务；双音多频；水位监测

0 引言

监测收集江河水位涨落情况，并送到相关水文管理部门是水文工作中的一项重要任务，特别是雨季，监测工作尤为重要，由于观测点多、分散性大、距离远且往往地处偏僻，因此在数据采集尤其是要求频繁采集时存在困难。目前，移动通信网已十分发达，信号基本覆盖了城乡各地，同时移动通信业务种类也在不断推出，包括单向收费、免月租计费、包月包短信等各种套餐。在此形式下，远程数据监测系统中利用短信平台来传输非频繁短数据成为一种省投资、省运行成本、免维护的很实用的方案。监测系统采用嵌入式GSM模块，集成数据采集等电路完成基于短信服务平台和话务平台的无线监测传输网络的设计。它有2种方式：短信方式传送数据和双音多频(DTMF)方式，两者可互补，试验表明该设计成本低、可靠性高、实用性强。

1 监测系统组成概述

如图1所示，系统由一个监测主机和若干个监测点子机构成，它们通过移动通信网的短信平台和话务平台构成信息通道，所依托的移动通信运营商及模式没有限制。在通常情况下，各测点用短信方式定时向监测中心传送水位实时监测数据，定时间隔可智能判断、自动调整，遇汛期水位波动大，单片机根据水位的变化速率给出定时间隔，这在洪水季节水位波动大时十分必要。监测中心也可以用短信方式向某子机发出指令，对子机的数据传送间隔或其他功能要求进行设置。如遇短信通道拥挤、堵塞，或有特别需求，监测中心还可用通话方式通过“拨号呼叫”接通监测点话路，然后监测点用DTMF信号来传送数据以作为互补。

2 水位测量方案

采用“浮球法”将水位增量转为电压值：基本结构如图2所示，浮球1跟随水位涨落而上下移动，通过钢丝索3以及传动机构带动精密多圈电位器转动，球体2是平衡球。多圈电位器将+5 V电压转换成与水位相对应的电压值ui，再经A／D转换成数字量，由单片机检测、计算。为消除风浪所造成的水面波动，“浮球法”必须建造竖井，将浮球置于井中以使水面平稳。

3 测点监测子机构成原理

如图3所示，主要由嵌入式GSM模块MC35、DTMF信号发生器UM91210、单片机AT89S51、水位变换测量模块、显示模块等部分组成。

MC-35是西门子公司出品的移动通信模块，具有短信收发、拨号呼出、全双工语音通信等功能，各项功能均由一个异步串行通信接口接收来自单片机或PC机的AT指令而实现；多圈电位器、4位半双积分模／数转换器ICL7135通过图2装置将水位变化量转换成数字量送给单片机89S 51的中断口P3．3，经单片机计算处理后，一方送LED串行显示模块；若需要上传数据另一方面按照规定的格式组成AT指令数据包，由单片机的串口TXD送出，GSM模块MC35的串口RXD接收后即以短信方式发往主机。

一般情况下，水位数据以智能定时方式主动上传，但主机也可以向子机发短信指令要求上传或设定定时间隔等，MC35收到来自主机的短信，从串口TXD输出．单片机的RXD接收后即执行相应功能。

如遇短信信道堵塞，主机还可以向子机“拨号”呼叫，这时子机RINGO端会输出振铃信号，该信号周期为低1S高4S，单片机的INT0(P3.2)端检测到这一信号即通过串口向MC35写入一条“接收电话”的AT指令，使MC35进入“通话”状态，同时把水位数据转换为控制码从P1口输出给DTMF发生器UM91210，UM91210随即根据控制码从TONE端输出相对应的双音多频信号，GSM模块MC35的MIC+(话筒输入)端接收该信号并通过移动通信网络发往主机。水位数据由5位10进制数组成，P1口每送一次控制码，只完成1位(10进制数)的上传，P1口连续多次给出控制码，即可完成整组数据的上传。