基于rtos_μcos-ii和gsm的野外水位监测系统(编辑修改稿)

基于rtos_μcos-ii和gsm的野外水位监测系统(编辑修改稿)内容摘要：

缺点是监控中心不能控制各监测站，不能获取及时信息。 2 被动式 被动式工作方式下，监测站点自动采集和存储水位的信息，但不主动传送给监控中心。 只有接收到监控中心的查询命令时，才将数据发出。 其优点是控制 性好，监控中心可随时获取数据。 缺点是如果遇到水位突变的场合不能及时上报，造成反应滞后，甚至导致事故发生。 3 混合式 混合式集成了上述方式的优点，既能实时反应参数的变化，又能及时响应监控中心的命令。 GPRS具有双向数据传输的功能，适合于混合式工作方式，同时GPRS按数据流量收费，在不传送数据时无费用，而且监测站设备耗电很低，设和野外作业。 同时考虑到水位参数平时变化缓慢。 而在水位突变时需及时上报，而且监控中心能够随时控制监测站，因此系统采用混合工作方式。 另外，由于每次 GPRS传送数据都将发生通话费用，所以应选 择合适的水位参数变化量，是数据传输频率不至于过高。 系统硬件电路的设计 根据实际应用的需要，整个系统分为两个相互独立的部分：采集终端部分和集中器部分。 集中器分为服务器端和客户端两大类，其中服务器端和监控中心相连，使用 RS232接口，客户端和采集终端相连，使用 RS485接口，在监控中心端可以使用一根 232/485转接线或在监控中心安装转接卡，系统的原理框图如下图所示。 1 采集终端的设计 采集终端实际上是一个智能仪表，单片机是仪表的主体。 传感器测量的模拟信号经过 A/D转换之后，经过输入通道进入单片机内 部进行数据处理、存储等操作，如果接收到命令，可以通过通信接口与其他仪器仪表 甚至计算机作远距离通信，以达到资源共享的目的。 如今，许多单片机采用超大规模 CMOS集成电路技术，而且在芯片内部集成了许多新的功能部件，如片内 A/D转换器、片内看门狗电路、片内脉宽调制电路、更大的 RAM及 EEPROM等，从而使得系统硬件电路功耗更低、体积更小，也更适合于野外使用。 采集器终端原理框图如下图所示。 为了适合野外作业，需要竟可能的减少系统的功耗。 因此在进行系统设计的时候需要充分考虑。 采集终端的单片机在这里选择使用 STC12C5410AD，其主要特性如下： RISC型 8051内核， 1个时钟 /机器周期，运行速度更快； ，保证了在电量降低时能够正常工作； 片内集成了 512字节的 RAM和 10K字节的程序存储器，能够存储较大的程序和处理更多的数据； 8路 10位 A/D转换器，可直接处理模拟信号；内置看门狗和复位电路，保证了系统的工作稳定； 内置 EEPROM，掉电可以存储重要数据； 内置 SPI告诉通信端口和一个全双工异步串口 UART； 另外，其高抗静电（ ESD保护）、宽温度范围（ 40~85℃ ）、超低功耗（掉 电模式 A，空闲模式 ，正常工作模式 ~7mA）等设计非常适合于野外使用。 采用 STC12C5410AD单片机后，采集终端部分的设计变得非常简单，仅涉及通信接口电路（ RS485）和实时时钟电路，本论文对此模块不再做详细的介绍。 2 集中器的设计 集中器是水位检测系统的重要部分，主要由单片机电路、 GSM模块、 SIM卡电路、 485电路和供电电源电路组成。 由于单片机仅有一个串行口，但需要和 GSM模块和 485电路两个部分通信，因此需要进行功能切换，增加一个开关电路。 本设计中，单片机选用 STC89C58RD+芯片， GSM模块选择西门子公司的 MC55， 485转换芯片选择 MAX485E，模拟开关选择 CD4066。 集中器的电路图下。 1 电源电路 本系统中有 5V、 、。 其中 5V为单片机 STC89C58RD+、模拟开关 406 MAX485E等芯片的电源电压； MC55模块电源电压 BATT+； MC55模块串口高电平的典型电压。 5V电压由锂电池直接提供。 MC55模块的供电电压是 ~。 典型值电压是 5V供电会引起模块工作不稳定甚 至可能烧毁模块，所以在 5V输出和 MC55模块之间加了两个并联的二极管 IN4007。 IN4007的额定电流是 1A，电压降是。 经测量，两个二极管并联可以将 MC55的电源电压拉至 ，达到其典型电压。 并且会防止在 GPRS发送数据的时候，电流消耗峰值超过其额定电流而烧坏管子。 此外， MC55模块的串口收发数据时电压典型是。 单片机的串口收发数据时高电平电压是大于 ，直接连接可能会引起数据错误。 所以，在电路的原理图中设计了两个电平转换电路，分别将 5V转换为 ， 5V。 每 个转换用了两个三极管 9013（ Q Q和 Q Q5），在最后一级 9013上拉各自需要的电压。 3 单片机电路 采集器的单片机采用 STC89C58RD+芯片。 STC89C58RD+与 51系列单片机完全兼容，但是功能更加强大，价格便宜。 其主要特性如下： 芯片内部有 1280字节的 RAM，可以进行大量数据的处理，在本系统中 GPRS的数据流可以一次性吞吐，从而提高了处理速度和可靠性； 内嵌了 32K的 Flash程序存储器，保证了程序的存放空间； 片上集成了大于 16K的 EEPROM，可以用来存放数据，掉电数据不丢失， 每个扇区 512个字节，读一个字节 /编程一个字节 /擦除一个扇区的时间大约是 10μs/60μ s/10ms； 内部集成的 MAX810专用复位电路，可以实现软件复位； 双数据指针，对外部数据存储单元的操作更加方便； 有三个定时器，使用方式同 52系列单片机兼容； 内置 ISP，可以在线编程。 STC89C58RD+芯片内部程序框图如下图所示。 单片机的晶振选用的是。 用这个晶振可以提供很准确的波特率，可以避免通讯时出错。 使用 115200bit/s。 4 GSM模块电路 本系统的 GSM模块选择 MC55模块。 MC55和 MC56无线模块是当今市场上尺寸最小的三频模块。 其紧凑型设计特别适用于大规模生产的生活消费品，例如移动电话、 Smart phones、 PDAs 以及其他便携式设备。 同时这两款覆盖了当今全球所有 GSM/GPRS网络的三频模块使您可以为全球市场设计您的产品。 更小巧，更紧凑是下一代的移动电话、智能手机和 PDAs发展的趋势。 克的重量和35 mm的尺寸使 MC55/56模块能够大大提高您将语音和数据传输功能溶合到您的产品的集成度。 运用这 两款模块可构成双三频模式的方案： MC55适用于欧洲和亚洲的频段（ 900， 1800和 1900 MHz）， MC56适用于北美洲市场的频段（ 850， 1800和 1900 MHz），由此使您可以为全球市场设计您的产品。 41 MC55接口相关的 AT指令： 411 AT+IPR： 设置波特率 读命令： AT+IPR?cr读取 MC55串口波特率，回复： +IPR： rate rate是波特 率； 写命令： AT+IPR=ratecr 设置波特率大小；可以在线直接设置波特率，设置完 后，改用设置的波特率去通讯就 可完成。 ASC0为自动波特率， ASC1默认波特率为 57600； 当选用的是 ASC1串口，那么在系统启动的时候，会收到： ^SYSSTART 这个指令用 于提示用户 MC55已经开始工作了；而选用的是 ASC0，由于默认的是自动波特率， 所以不会收到 ^SYSSTART，而要通过判断 VDD是否上电判断 MC55启动情况，然后再 发送“ AT”指令，用于与 MC55协商波特率，这个过程需要等待 35秒钟，确认后， 会回复 OK，那么这个时候可以通过 AT+IPR设置 MC55的波特率，然后需要重新启 动才能生效。 412 AT^SSYNC：设置接口工作情况 读命令： AT^SSYNC?cr读取该接口的设置情况，回复： ^SSYNC： mode mode=1 表示触发 LED模式； 写命令： AT^SSYNC=modecr 将需要设置的状态写入， 0或 1； 42 呼叫有关的指令： 421 AT+CHUP：挂断呼叫，此功能跟 ATH相同 读命令： AT+CHUP=?cr 回复： OK或是 ERROR 写命令： AT+CHUP 回复： OK或是 ERROR 422 ATX[value]：设置拨号音返回和呼叫监控返回 参数说明 ： Value： 0表示仅仅返回连接结果，拨号音和忙碌监控关闭； 1表示仅仅返回连接结果 的文本内容，拨号音和忙碌监控关闭， 2表示仅仅返回连接结果的文本内容，拨号音 开启，忙碌监控关闭； 3表示仅仅返回连接结果的文本内容，拨号音关闭，忙碌监控 开启； 4表示仅仅返回连接结果的文本内容，拨号音开启，忙碌监控也开启。 423 ATD：拨号命令。 这个命令用来设置通话、数据或传真呼叫。 写命令： ATDN[mgsm][。 ] 参数说明： N：表示拨打的电话号码； Mgsm： I：关闭来电显示； i表示开启来电显示； G表示只能拨打一个号码；g表示 可以拨打多个号码； “；”表示可有可无； 424 ATH0：表示断开当前的呼叫连接。 425 AT+CLCC：。