CN102095474A - 基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统 - Google Patents

Abstract

一种基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统，其特征在于包括以嵌入式ARM主控制器为核心的主控制模块、数据采集模块、人机对话模块、RS485转RS232模块、RS232模块、SD卡存储模块、无线传输模块、安装在待测点的超声波水文测试模块以及终端PC机显示模块。本发明要解决的技术问题是提供一种抗干扰性、数据采集准确、通信稳定、处理能力强大，具有良好的适应性和可靠性的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统。本发明将多种实用电子技术集成在一起而形成的功能全面抗干扰能力强具有较高自适应能力的基于micro2440控制板的智能水位遥测终端。不需要单独的基础建设、安装简便。可以自动消除因风浪、数据传输照成的测量误差。

Description

基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统

技术领域

本发明涉及一种水文环境设备监控系统，具体地是一种基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统。

背景技术

从上世纪90年代以来，随着现代科技的飞速发展，越来越多的新技术运用于各行各业，人们对信息传递的要求越来越高，尤其是在水文监测方面。以长江上游为例，该区域以山区性河流为主，有三大暴雨中心，灾害性洪水较多。测报系统除了为国家防总、重庆市防汛办、长江防总、三峡工程及沿江省、地、市的46个防汛部门提供水情信息外，还为航运、航道、供水、港务、码头等70余个企事业单位提供水情服务。目前国内主要采用机械浮子式进行测量，并且在终端（测量点）不具备处理能力强大的智能终端，这种设计主要存在以下缺陷：

1、采用接触式测量方法，如机械浮子式，此方式需要在码头建水位测量井，通过井内浮子压力来体现水位。测量井会受到泥沙、水藻等物质影响浮子正常工作。测量值会受到各种干扰，并不能保证其准确性。

2、由于水位监测的特殊性，其终端布点常常在江水水面的码头上，甚至江面中心，现有的公用无限通信网络如GSM或CDMA网络在此类地点的覆盖常常出现盲区，导致通信效果非常不好，时断时续，使终端测试点不能够及时和服务器进行通信，测量数据不能实时上传。

3、不能提供现场测量值校正，使现场调试工作相当复杂。

4、当不可预知的意外情况发生（如断电，通信网络大面积损坏）造成通信不畅，设备停电等情况，采集数据会大段丢失，有时会产生严重后果。

发明内容

 本发明要解决的技术问题是提供一种抗干扰性、数据采集准确、通信稳定、

处理能力强大，具有良好的适应性和可靠性的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统。本发明将多种实用电子技术集成在一起而形成的功能全面抗干扰能力强具有较高自适应能力的基于micro2440控制板的智能水位遥测终端。不需要单独的基础建设、安装简便。可以自动消除因风浪、数据传输照成的测量误差。

 本发明的技术方案是：

    一种基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统，包括以嵌入式ARM主控制器为核心的主控制模块、数据采集模块、人机对话模块、RS485转RS232模块、RS232模块、SD卡存储模块、无线传输模块、安装在待测点的超声波水文测试模块以及终端PC机显示模块，所述的超声波水文测试模块的信号输出端通过RS485转RS232模块与嵌入式ARM主控制器的信号输入端连接；嵌入式ARM主控制器与人机对话模块双向连接；嵌入式ARM主控制器与SD卡存储模块连接；嵌入式ARM主控制器通过一个RS232模块与无线传输发送模块连接；无线接收传输模块通过另一个RS232模块与终端PC机显示模块连接。

  人机交互界面是移植了WinCE5.0操作系统并开发了系统软件是基于ARM的硬件平台完成的。该开发系统软件，其包括水文数据的收集,统计和管理模块，水文数据的显示模块，水文数据的上传模块，系统配置模块。终端PC机显示模块，其中PC机软件界面是基于Windows平台服务器端功能设计完成的。

    所述的嵌入式ARM主控制器为三星公司的型号为Samsung s3c2440A的32位微处理器。

    所述的无线传输模块在网络覆盖好的区域采用为GPRS模块。GPRS模块型号为BLD9131。 

    所述的无线传输模块在网络覆盖不好的区域采用为无线数传模块，使用中心频率915M的免费频段进行通信。 

    所述的无线数传模块包括备用锂电池和电源管理模块。

    所述的电源管理模块包括充放电控制模块和DC12V太阳能供电板。

    所述的超声波水文测试模块为超声波水文传感器。

 SD卡存储模块用以将采集数据前端保存。

 本发明的有益效果是：

本发明的嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统采用Samsung s3c2440A 32位微处理器开发板micro2440作为主控制器，辅以7寸触摸屏AT070TN83，GPRS模块BLD913X，电源管理检测板，超声波水文测试探头UTG21-B等外设构成。设计电路中充分考虑了温度，电源杂波等各项因素的干扰，具有很强的抗干扰性，数据采集准确，通信稳定。能对测量值进行现场微调，能够提供方便快捷的现场调试，其主控单元选择功能强大的Samsung s3c2440 ARM系列微控制器，处理能力强大，可以自动消除因风浪、数据传输照成的测量误差。测量探头采用非接触式超声波水位测量技术，不需要单独的基础建设、安装简便。通信方面，采用公用网络和工作在免费频段的无线数传双重模式已被选择，具有良好的适应性和可靠性。在工程上具有良好的应用价值。

    在满足原有各项要求的前提下，为了解决现有技术的不足，本发明采用S3C2440为主控制器，采用非接触式超声波水位测量模块测量水位信息，在GSM网络信号强的终端中选配GPRS模块BLD9131，通过GPRS公共网络进行数据传输，在网络覆盖不好的区域，采用无线数传模块sm51，使用中心频率915M的免费频段进行通信，保证通信质量，在终端添加备用锂电池以及电源管理模块，实现不断电主备电源切换，形成可靠性极高的UPS系统。终端放置SD存贮卡，用以将采集数据前端保存，保证在通信失效的情况下数据仍然不丢失。本发明是提供一种将多种实用电子技术集成在一起而形成的功能全面抗干扰能力强具有较高自适应能力的基于ARM9 3SC2440控制板的智能水位遥测终端设备，具有良好的人机交互界面和终端显示界面，不需要单独的基础建设、安装简便，可以自动消除因风浪、数据传输照成的测量误差。

 

附图说明

图1是本发明的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统使用GPRS模块方式传送的实施例的功能框图。

图2是本发明的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统使用无线数转模块方式传送的实施例的功能框图。

图3是本发明的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统的主控制模块的电路图之一。

图4是本发明的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统的主控制模块的电路图之二。

图5是本发明的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统的水文数据采集软件的人机交互登陆界面图

图6是本发明的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统的水文数据采集软件的人机交互显示界面图

图7是本发明的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统的水文数据采集软件的人机交互系统设置界面图。

图8是本发明的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统的终端PC机在Windows平台服务器端界面图。

具体实施方式

 下面结合附图对本发明作进一步描述：

    图1示出了本发明的第一实施例，工作在网络覆盖好的区域，如图1所示智能水位遥测终端设备包括以ARM主控制器为核心的主控制模块、人机对话模块、RS485转RS232模块、RS232模块、SD卡存储模块、无线传输模块和安装在待测点的超声波水文测试模块，终端PC机显示模块所述的测试模块信号输出端与RS485转RS232模块连接后再与ARM主控制器信号输入端连接；ARM主控制器与人机对话模块双向连接；ARM主控制器与SD卡存储模块连接；ARM主控制器通过RS232模块与GPRS发送模块连接；GPRS接收模块通过RS232模块与终端PC机显示模块连接。

    本实例所述的ARM核心的主控制模块由ARM主控制器及与其连接的SDRAM，FLASH，7寸彩色液晶触摸屏，及连接的相关外围电路。模块中ARM主控制器，主要作用是对采集水位数据的输入/输出，处理和其它部分进行控制，同时实现通过GPRS传送采集数据功能。所选于的ARM主控制器为Samsung s3c2440A 32位微处理器。FLASH是由一片2M NOR FLASH和一片 64M NAND FLASH 组成。SDRAM选用2片HY57V561620构成容量为64M的高速动态随机存储器。7寸彩色液晶触摸屏选用AT070TN83。

    本实例所述超声波水文测试模块采用SONIC150S超声波水文传感器。

    本实例所述GPRS模块采用BLD8系列通用无线数据传输终端BLD9131。

    图2示出了本发明的第二实施例，工作在网络覆盖不好的区域，如图2所示智能水位遥测终端设备采用无线数模传输模块进行发送和接收采集到的水位数据。选用的无线数模传输模块是sm51，使用中心频率915M的免费频段进行通信，并在终端添加备用锂电池以及电源管理模块，实现不断电主备电源切换，形成可靠性极高的UPS系统。

    图5至图8是本发明的水文数据采集软件的人机交互界面包括登陆、显示和系统设置3个界面图。人机交互界面是移植了WinCE5.0操作系统并开发了系统软件是基于ARM的硬件平台完成的。定制的水文数据采集软件包括:水文数据的收集,统计和管理模块，水文数据的显示模块，水文数据的上传模块，系统配置模块。所述的水文数据的收集,统计和管理模块具有用户需要输入正确的用户名密码才可以进入显示界面；用户名密码可以在设置界面设定；休眠状态下用户按任意键屏幕上会出现登录界面；紧急电话可以在设定界面里面设置；标用户点帮助按钮会提供简单的帮助界面(没有图示)。所述的水文数据的显示模块包括屏幕左上角显示设定时间范围内的水位、水温等信息的波形图其中横坐标是时间纵坐标是水位、水温等信息，显示的数据种类在界面下方的复选框中选定，显示的数据的时间范围在界面下方的时间框选定；用户按下显示切换按钮数据显示将在波形图和表格之间切换，每行需要显示:采集时刻、水位、水温等信息，有滚动条能上下拖动；屏幕右侧的按钮功能实时采集: 立即采集当前的水文数据并且显示在界面上显示切换:切换水文数据的波形图和表格,表格模式时下方的时间框和复选框设置为无效保存文件:立刻将当前所有未保存的水文数据保存在SD卡上，设置:进入设置界面，帮助:显示帮助信息。所述的系统配置模块包括系统设置界面功能，密码设定框包括选择是否打开密码保护功能,密码和确认密码两个框中内容完全一致才可以保存,保存时用户名密码需要加密放在文件中；保存文件设定框包括用户可以选择数据文件保存的路径，保存格式是标准xls文件.可以设定每隔n天保存一次；端口设定框包括超声波检测模块端口设置,GPRS模块端口设置,以上设定需要根据实际选用的模块确定；数据采集设定框包括设定每n分钟采集一次传感器数据，设定每n分钟上传至数据服务器，数据需要按照modbus协议（南京赛格微电子科技有限公司提供）并且需要加密；GPRS按钮具有按下此按钮打开GPRS模块的设定界面；短信报警模块设定包括设定水位高于n米低于n米的时候可以发送短信到设定好的手机上，手机号码可以单独设定；其他包括设定在登录界面和显示界面上显示的紧急电话号码，可以设定n分钟后进入省电模式 关闭显示器，但是信息采集和上传，以及告警功能仍然工作，用户可以点击帮助按钮来显示帮助信息。所述的所有的设定保存在本地文件中。

    图8是本发明的终端PC机在Windows平台服务器端界面图，在Windows平台服务器端界面包括各个采集端传送的数据收集并根据需求放在数据库中并每10分钟采集一次数据并保存在数据库中、数据传输采用modbus-RTU协议并加密传输，提供系统服务的开关，数据库的设定，GPRS采集模块的设定，Web服务器的设定，帮助。

    设计中需要的大概数据：含沙量，水位高度（高水位，中水位，低水位），

    系统可遥测雨量、水位、闸位、蒸发量、流量、气温、水温、湿度、风速、风向、盐度，水质，雨量，泥沙量、需求可以设置报警功能，并且能够通过GPRS模块向手机发送消息，通信协议采用modbus-RTU，需要协议中涵盖版本号，因为协议可能会变改变。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims (7)

1.一种基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统，其特征在于包括以嵌入式ARM主控制器为核心的主控制模块、数据采集模块、人机对话模块、RS485转RS232模块、RS232模块、SD卡存储模块、无线传输模块、安装在待测点的超声波水文测试模块以及终端PC机显示模块，所述的超声波水文测试模块的信号输出端通过RS485转RS232模块与嵌入式ARM主控制器的信号输入端连接；嵌入式ARM主控制器与人机对话模块双向连接；嵌入式ARM主控制器与SD卡存储模块连接；嵌入式ARM主控制器通过一个RS232模块与无线传输发送模块连接；无线接收传输模块通过另一个RS232模块与终端PC机显示模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统，其特征是所述的嵌入式ARM主控制器为三星公司的型号为Samsung s3c2440A的32位微处理器。

3.根据权利要求1所述的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统，其特征是所述的无线传输模块为GPRS模块。

4.根据权利要求1所述的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统，其特征是所述的无线传输模块为无线数传模块，使用中心频率915M的免费频段进行通信。

5.根据权利要求4所述的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统，其特征是所述的无线数传模块包括备用锂电池和电源管理模块。

6.根据权利要求5所述的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统，其特征是所述的电源管理模块包括充放电控制模块和DC12V太阳能供电板。

7.根据权利要求1所述的基于嵌入式微处理器的智能水位遥测终端系统，其特征是所述的超声波水文测试模块为超声波水文传感器。

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