1、引言 　　隨著灌區(qū)管理體制的深化，對渠道流量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量， 按量收費(fèi)是必由之路。 由于灌區(qū)地域廣、渠系復(fù)雜、測點(diǎn)眾多、分布稀散、通訊不便使得我國大多數(shù)灌區(qū)目前仍采用人工測量的方法。這種方法費(fèi)工費(fèi)時(shí)，測量精度低。近幾年來，采用電話、光纜、超短波、無線擴(kuò)頻技術(shù)、衛(wèi)星通訊等手段進(jìn)行明渠的自動(dòng)化測流有所發(fā)展，但采用該測流方法投資昂貴、設(shè)備利用率低而無法大面積推廣，所以目前僅有少數(shù)大型灌區(qū)采用這種測流 方法。 　　明渠測流自動(dòng)化由于受通訊、電力、地理環(huán)境等因素的影響，尤其是通訊問題已成為實(shí)現(xiàn)整個(gè)灌區(qū)自動(dòng)化測流的瓶頸。本文利用GSM（Global System Mobile Communication）公網(wǎng)，采用SMS（Short Message Service）服務(wù)，實(shí)現(xiàn)明渠眾多流量測點(diǎn)上的數(shù)據(jù)采集與傳輸。 2、系統(tǒng)組成 　　本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集儀、GSM通訊公眾網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)控制中心組成，如圖1所示，本文只對采集儀部分加以詳細(xì)介紹。 數(shù)據(jù)采集儀安裝在渠系測流設(shè)施上，可實(shí)現(xiàn)對流量的瞬時(shí)采集，由于流量對實(shí)時(shí)特性要求不很嚴(yán)格，可把多次采集數(shù)據(jù)打包一次傳輸，數(shù)據(jù)包通過GSM網(wǎng)絡(luò)以SMS的方式傳送到控制中心，由控制中心實(shí)行水費(fèi)結(jié)算、報(bào)表打印、通訊服務(wù)等，同時(shí)也可以對灌區(qū)進(jìn)行宏觀調(diào)控，以最大可能提高灌區(qū)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。 [b]3、測流儀（RTU）硬件電路設(shè)計(jì) [/b]　　測流儀（RTU）部分由CPU（ATC89C2051）、水位傳感器、A/D轉(zhuǎn)換芯片（ADS7824）、GSM模塊（西門子TC35）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（DS1302）、存儲(chǔ)芯片（AT24C256）、看門狗監(jiān)控芯片（MAX8 13L）、16鍵鍵盤、5位LED顯示以及太陽能供電系統(tǒng)構(gòu)成, 其結(jié)構(gòu)如圖2所示。 3.1西門子TC35模塊 　　TC35［1］是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)（Short Message Service）和傳真。TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成（見圖3）。作為TC35的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR和EFR語音信道編碼。通過ZIF連接器及50Ω天線連接器，可分別連接單片機(jī)、SIM卡卡座和天線。 3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器EEPRAM 　　由于流量采集不需要嚴(yán)格的實(shí)時(shí)傳輸，單位時(shí)間的數(shù)據(jù)量少，這就很有必要把多次采集的數(shù)據(jù)（包括時(shí)間）組合打包一次傳輸，加之有時(shí)GSM網(wǎng)絡(luò)阻塞，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸失敗，因此采用掉電記憶存儲(chǔ)器把數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)起來很有必要，這樣不但節(jié)約運(yùn)行成本而且提高系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)采用ATMEL公司的AT24C256芯片，其容量為32K，以頁的方式存儲(chǔ)，采用串行的方式與CPU進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換。 3.3實(shí)時(shí)時(shí)鐘 　　對短時(shí)間計(jì)時(shí)可采用單片機(jī)CPU完成，但如果要記錄長時(shí)間采用單片機(jī)CPU會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)效率降低，而且一旦單片機(jī)復(fù)位必須重新設(shè)定時(shí)間，很難滿足無人職守的要求，本系統(tǒng)采用DALLAS公司專用計(jì)時(shí)芯片DS1302，可實(shí)時(shí)輸出秒、分、時(shí)、日、月和年，可最多記100年，采用正常供電源和電池供電熱備，保證計(jì)時(shí)永不中斷，以串行方式向CPU提供實(shí)時(shí)時(shí)間。 3.4A/D轉(zhuǎn)換器 　　A/D芯片對整個(gè)系統(tǒng)的精度起著關(guān)鍵作用， 由于流量大小變化速度一般不會(huì)太大，因而選擇芯片時(shí)無需考慮轉(zhuǎn)換速度，為了提高測流精度需采用高分辨率芯片。本系統(tǒng)采用ADS7824芯片，為4路12位，單電源供電，具有并行串行輸出接口，以串行的方式與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 [b]4、軟件設(shè)計(jì) [/b] 4.1程序流程 　　本系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)流量采集、分析、存儲(chǔ)、通訊傳輸?shù)裙δ?，其流程圖見圖4。 　　系統(tǒng)中采用定時(shí)采集。由于渠道水深一般變化不大，所以每1分鐘采集一次就能夠滿足要求，每10 min記錄一條10次采集量的平均值。如果水位變化較大，則需由系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別并記錄。采集數(shù)據(jù)容量（包括時(shí)間）累計(jì)超過140字節(jié)時(shí)，啟動(dòng)GSM模塊，為了使數(shù)據(jù)包的容量小于140字節(jié)，把除去最后一個(gè)數(shù)據(jù)外的其它數(shù)據(jù)發(fā)給串口，并由GSM模塊發(fā)送到控制中心，接收到發(fā)送數(shù)據(jù)成功后，進(jìn)入下一周期的循環(huán)。 4.2總線接口設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中CPU采用ATMEL公司的AT89C2051芯片，而外圍設(shè)備均采用I2C總線結(jié)構(gòu)，因而需要用普通的I/O接口模擬I2C接口。CLK信號(hào)用P1.0口交替置‘1’和清‘0’來實(shí)現(xiàn)，為了保證脈沖寬度，在電平跳轉(zhuǎn)之間適當(dāng)?shù)募右匝訒r(shí)。下面程序可實(shí)現(xiàn)時(shí)序圖5所示的過程。 4.3串口初始化程序設(shè)計(jì) 　　單片機(jī)晶振頻率為11.0592 MHz,根據(jù)GSM模塊的要求，波特率設(shè)置為9 600 bps,主要設(shè)置程序（以C51為例）如下： 4.4短消息格式及其AT命令 　　TC35 GSM模塊支持ETSI（European Telecommunications Standards Institute） 提出的GSM 07.05標(biāo)準(zhǔn)。定義每個(gè)短消息的信息量限制140個(gè)8位組（7比特編碼）140個(gè)英文字節(jié)或70個(gè)中文字符。如果超過此長度，則要分多次發(fā)送，也就是說每個(gè)短信息數(shù)據(jù)包大小容量為140＊8位。本系統(tǒng)中前端數(shù)據(jù)不是實(shí)時(shí)上傳，這就需要在記錄流量大小的同時(shí)也記錄時(shí)間，為了最大可能的節(jié)約空間，數(shù)據(jù)包中首個(gè)數(shù)據(jù)包括詳細(xì)時(shí)間（年、月、日、時(shí)、分），其他采用與首個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)差法計(jì)時(shí)，單位為分，詳見圖6所示。 　 根據(jù)GSM 07.05的定義，發(fā)送和接收SMS信息有3種方式：Block模式、基于AT命令的Text Mode（文本模式）和基于AT命令的PDU（Protocol Description Unit）模式。使用Block模式需要模塊生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動(dòng)支持；而用于中英文短信息傳送應(yīng)使用PDU模式，只傳送英文短信息（純文本格式）使用Text模式。本系統(tǒng)采用[CM（21]Text模式，通過串行接口（P3.0（RXD）、P3.1（TXD））直接向GSM模塊下發(fā)AT命令，就可以方便簡潔地實(shí)現(xiàn)基于GSM的短信息SMS的收發(fā)、查尋和管理。下面列出了與SMS相關(guān)的一些常用的GSMAT指令。 采用Text模式發(fā)送接收短信息的步驟分為初始化GSM模塊、發(fā)送文本短信息和接收短信息。下面是以C51語言環(huán)境為例說明AT指令用法的部分程序,詳細(xì)語法見SIEMENS AT Command Set［2］。 [b]5、結(jié)束語 [/b]　　本文開發(fā)出一種明渠自動(dòng)水流測量系統(tǒng)，并以GSM公網(wǎng)為數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，將計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GSM技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)集成起來，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)測流和管理的自動(dòng)化和信息化，這對于傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利發(fā)展、提高灌區(qū)的經(jīng)營管理和經(jīng)濟(jì)效益、服務(wù)社會(huì)具有重要意義。 [b]參考文獻(xiàn) [/b] ［1］Siemens mobile. TC35/TC37 Hardware Interface Description ［Z］.2001. ［2］Siemens mobile. TC35/TC37 module AT Command Set［Z］.2002. ［3］徐愛鈞. 單片機(jī)高級(jí)語言c51應(yīng)用程序設(shè)計(jì)計(jì)［M］.北京：電子工業(yè)出版社,2001.7. ［4］楊火灰先,黃烣先.計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用［M］.長沙：國防科技大學(xué)出版社,2003.3 編輯：何世平