CN103645684A - 一种基于gprs传输的远程监控系统与操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于GPRS传输的远程监控系统与操作方法，系统包括底层控制模块、传输模块、本地现场监控、远程无线监控和安卓手机客户端。底层控制模块由若干个参数实时监控模块组成，参数实时监控模块中设有水质环境控制模块、水质参数监测模块、信号调理电路和MSP430单片机；传输模块是一个GPRS传输模块；本地现场监控是由MSP430单片机控制的液晶显示器；远程无线监控是装有VB语言编写的监控软件的上位机；安卓手机客户端是带有监控软件的手机。系统可在手机和上位机上通过Internet和GPRS无线网络实现水质参数的无线接收和控制命令的无线发送，避免了有线网络的线路铺设成本高，布线复杂等不利因素。
Description
技术领域
本发明涉及到水质参数的检测技术、通信领域和控制领域，是一种基于GPRS传输的水质参数远程监控系统与操作方法，主要应用于水质参数的监控、水产养殖、生物发酵工程等领域。
技术背景
随着现代科学技术的进步和现代高效农业的不断发展，自动化控制技术和通信技术在农业现代化进程中不可替代的地位和作用越来越被人们所认识。农业自动化能够大大地提高劳动生产率和增加劳动的舒适性和可操作性。农业自动化的应用是信息感知和采集控制的一场革命，有着广泛的应用前景。目前，国外在农业的信息化采集和信息传输方面进行了很多系统研究，实现了对农业生态环境的自动监测，保证农业生态环境的可持续发展，有效地发展了高效农业和智能农业。如：华盛顿州立大学的Andrade Sanchez等人将检测技术和无线传感网络技术应用于葡萄园、果园和田野，并对各种环境下的网络性能做了大量的分析研究。Distal Sun公司开发的自动洒水系统使用无线传感器感应土壤的水分，并在必要时与接收器通信，控制灌溉系统的阀门打开或关闭，从而达到自动节水灌溉的目的。而在水产养殖方面，因其对环境要求特别高，要做到对参数的实时监控分析，虽然国外在监控设备这方面做得非常成功，但是在信息传输上大多以有线方式进行传输，而且整套设备的价格太昂贵。而在国内，对于水产养殖业而言，大部分地区还处于比较落后的状态，水质参数的检测还处于人工取样分析的阶段，这就带来一系列问题，比如：操作不便，费力耗时，精度不高。而在农业系统远程监控及农业信息化研究等方面。在国家发展和改革委员会的支持下，中国科学技术大学、中国科学院计算技术研究所和国家水利部淮河水资源保护局合作设计了无线传感网络精准农业监测系统。该系统在位于蚌埠市的安徽省农业科技示范园区获得初步应用。但是，如何合理利用农业自动化技术和通信技术，建立一个适用于水产养殖领域的远程监控系统，仍然是一个有待于进行深入研究的问题。为此，本系统采用物联网技术，利用GPRS传输技术实现上位机、下位机和手机之间的无线通信，实现对水产养殖的智能化实时监控。经实验证明该系统测量精度高、实时性强、可操作性好，应用前景十分广阔，非常适合水产养殖业者的使用。
发明内容
本发明的目的在于针对目前中国水产养殖业中水质参数监控技术方面的不足，提供了一种基于GPRS传输的水质参数远程监控系统，可在手机和上位机上通过Internet和GPRS无线网络实现水质参数的无线接收和控制命令的无线发送，能够实现对水质参数进行有效实时地监控，并具有成本低、可靠性高、实用性强等特点，而且还避免了有线网络的线路铺设成本高，布线复杂等不利因素。
实现本发明目的的技术方案是：系统包括底层控制模块、传输模块、本地现场监控、远程无线监控和安卓手机客户端。底层控制模块由若干个参数实时监控模块组成，参数实时监控模块中设有水质环境控制模块、水质参数监测模块、信号调理电路和MSP430单片机；传输模块是一个GPRS传输模块；本地现场监控是一块由MSP430单片机控制的液晶显示器；远程无线监控是装有VB语言编写的监控软件的上位机；安卓手机客户端是带有监控软件的手机。水质参数监测模块将所采集的水质参数信号经过调理电路处理后送给MSP430单片机，MSP430单片机通过串口将信号发送至传输模块，传输模块再通过GPRS通信方式传送至上位机，上位机根据接收到的数据进行分析并通过GPRS通信方式向MSP430单片机发送命令，MSP430单片机再控制水质环境控制模块。同时，上位机向安卓手机客户端发送水质参数信号，安卓手机再向上位机发送控制命令，上位机接收到控制命令后通过GPRS通信方式传送至传输模块，传输模块通过串口将控制命令发送至MSP430单片机，MSP430单片机再控制水质环境控制模块。
作为本发明的进一步改进，所述水质参数监控系统执行下列步骤：
A、在装有监控软件的上位机安装一个花生壳软件，注册一个账户，该账户即是绑定该上位机入网时所分配的动态IP的域名；该域名免费注册，可永久使用；
B、所述传输模块需要配置一些重要的指令，如：域名、端口号、波特率等，该域名与步骤A中的绑定上位机入网时所分配的动态IP的域名相同，该端口号和波特率与上位机中的VB监控软件设置的端口号和波特率相同；
C、启动上位机远程无线监控侦听，接收传输模块发来的水质参数；上位机可根据接收到的数据进行分析并向传输模块发送无线控制命令从而控制水质环境控制模块；
D、在上位机显示水质参数以及水质环境控制模块的工作状态，并对数据进行保存；
E、在手机监控界面显示水质参数以及水质环境控制模块的工作状态，并对数据进行保存。
本发明的优点是：
1、所述水质参数监控系统价位低廉、测量精度高、实时性强、可操作性好，应用前景十分广阔。
2、克服有线传输的缺点，实现水质参数和控制命令的双向传输。
3、基于GPRS网络进行信号采集和控制传输速度高，可达到115 kbps—117kbps，且GPRS按流量计费，使用成本低。
4、域名免费注册，可永久使用，方便灵活。
5、上位机监控软件可实现对数据的查询与保存，使用TXT文本格式对数据进行保存，历史数据查询清晰明了。
6、安卓手机软件可以不受时间和空间的限制，随时随地的对水质参数实时地监控。
附图说明
图1是本发明系统的总体框架图；
图2是本发明系统设计原理框图；
图3是本地现场监控的实物图（照片）；
图4是上位机监控界面图；
图5是主控制流程图；
图6是安卓手机监控界面图。
具体实施方式
从图1中可以看出本系统包括底层控制模块、传输模块、本地现场监控、远程无线监控和安卓手机客户端，具体设计原理框图如图2所示。图2中，底层控制模块由若干个参数实时监控模块组成，参数实时监控模块中设有水质环境控制模块、水质参数监测模块、信号调理电路和MSP430单片机，水质环境控制模块包括水泵和增氧泵，水质参数监测模块中包括溶解氧传感器、水位传感器、温度传感器和PH传感器。传输模块是一个GPRS传输模块，配置有相关的AT指令，包括域名、端口号和波特率。本地现场监控是一块由MSP430单片机控制的液晶显示器。远程无线监控是装有VB语言编写的水质参数监控软件的上位机。
图3是本地现场监控的实物照片，通过液晶屏实时地显示所测水质参数和水质环境控制模块的状态，同时可以通过按键控制水质环境控制模块的状态。图4是上位机监控界面图，该监控界面实时地显示所测水质参数和水质环境控制模块的状态，在监控界面上也可以通过点击按钮控件来向水质环境控制模块发送控制命令。图5是主控制流程图，首先上电初始化，然后给GPRS模块配置相关AT指令，然后启动上位机，进入水质参数的监控界面。
用户操作次序如下：
1) 在上位机中安装一个花生壳软件，在花生壳软件中注册一个账户，该账户是绑定上位机入网时所分配的动态IP的域名；（该步骤在本系统首次使用时才需要执行，首次使用后的操作步骤从步骤2）开始执行）
2) 上电初始化，给GPRS模块配置相关AT指令，包括域名，端口号和波特率，该域名与步骤1）中的域名相同，该端口号和波特率与上位机中的VB监控软件设置的端口号和波特率相同；
3) 启动GPRS模块，再启动上位机；
4) 数据通信：点击“向下位机发送控制命令”按钮，即可接收过来一帧数据，其中包含有水质参数数据和水质环境控制模块的状态数据；点击“控制数据发送”一栏的操作按钮，然后点击“向下位机发送控制命令”按钮，即可调节水质环境控制模块的开关状态；点击“保存数据”按钮即可保存接收到的数据；点击“退出”按钮结束对水质参数的监控；
5) 如需要使用安卓手机进行水质参数监控，则在手机监控软件中输入与步骤2）中相同的域名和端口号，点击“连接”按钮即可与上位机实现通讯，从而实现对水质参数的监控。
Claims (4)
1.一种基于GPRS传输的远程监控系统，包括底层控制模块、传输模块、本地现场监控、远程无线监控和安卓手机客户端，其特征是：所述底层控制模块由若干个参数实时监控模块组成，参数实时监控模块中设有水质环境控制模块、水质参数监测模块、信号调理电路和MSP430单片机；所述传输模块是一个GPRS传输模块；所述本地现场监控是一块由MSP430单片机控制的液晶显示器；所述远程无线监控是装有VB语言编写的监控软件的上位机；所述安卓手机客户端是带有监控软件的手机；所述水质参数监测模块将所采集的水质参数信号经过调理电路处理后送给MSP430单片机，MSP430单片机通过串口通讯将信号发送至GPRS传输模块，GPRS传输模块再通过GPRS通信方式将信号传送至上位机，上位机根据接收到的数据进行分析后将控制信号通过GPRS通信方式发送至GPRS传输模块，GPRS传输模块再通过串口通讯将控制信号发送至MSP430单片机，MSP430单片机接到控制信号后对水质环境控制模块进行控制；同时，打开手机上的监控软件后，手机也通过GPRS通信方式接收来自上位机的水质参数信号，并向上位机发送水质参数控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于GPRS传输的远程监控系统，其特征是：所述水质参数监测模块包括水位传感器、温度传感器、PH传感器和溶解氧传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于GPRS传输的远程监控系统，其特征是：所述水质环境控制模块包括增氧泵和水泵。
4.一种如权利要求1所述的基于GPRS传输的远程监控系统的操作方法，其特征是具有如下步骤：
A.在上位机中安装一个花生壳软件，在花生壳软件中注册一个账户，该账户是绑定上位机入网时所分配的动态IP的域名；（该步骤在本系统首次使用时才需要执行，首次使用后的操作步骤从步骤B开始执行）
B.上电初始化，给GPRS模块配置相关AT指令，包括域名，端口号和波特率，该域名与步骤A中的域名相同，该端口号和波特率与上位机中的VB监控软件设置的端口号和波特率相同；
C.启动GPRS模块，再启动上位机；
D.数据通信：点击“向下位机发送控制命令”按钮，即可接收过来一帧数据，其中包含有水质参数数据和水质环境控制模块的状态数据；点击“控制数据发送”一栏的操作按钮，然后点击“向下位机发送控制命令”按钮，即可调节水质环境控制模块的开关状态；点击“保存数据”按钮即可保存接收到的数据；点击“退出”按钮结束对水质参数的监控；
E.如需要使用安卓手机进行水质参数监控，则在手机监控软件中输入与步骤B中相同的域名和端口号，点击“连接”按钮即可与上位机实现通讯，从而实现对水质参数的监控。
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