探讨水文测报系统中的GS M模块的设计及应用

摘 要：洪水灾害频繁发生,给国民经济和人民生命财产造成巨大威胁。因此，水文实时测报成为预防灾难的重要手段之一。本文设计的水文测报系统是基于增强型51单片机控制GSM模块向主机发送雨量、水位、进库容量或入库容量等信息。通过连接翻斗式雨量传感器反复的试验，证明该系统的实时性强、可靠性高，有利于进行应用推广和科学管理。

关键词：水文测报系统；系统设计； GSM模块；

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

水利行业环境多变, 条件艰苦, 现场水文资料如水位、流量、降水量等数据的采集、传输显得尤为重要。水文测报系统是由传感器模块、控制模块、通信模块及上位机软件系统构成的 ，可以用于发送或存储雨量、水位等信息。为了提高水文测报系统传输的实时性，本文提出了基于GSM模块来对水文信息进行测报，该系统将数据发至接收终端，通过界面友好的上位机对数据进行分类、存储和数据分析与处理，从而提高了水文系统的信息化建设。

1 总体设计

图1系统总体结构图

该测试系统结构图如图1所示，电源部分可以采用太阳能或其他供电设备进行供电。由于翻斗式雨量传感器是以电压形式输出高低电平，系统结构简单，因此本系统使用翻斗式雨量传感器做数据采集。无线通信模块是通过GSM网络进行相关通信。微控制系统将传感器输出信号采集，再通过通信模块将数据发送至上位机，最后通过上位机软件对数据进行存储、分析等数据处理，从而达到水文测报的目的。

2 系统硬件设计

系统硬件主要由单片机最小系统电路、SIM300模块电路、4×4键盘电路与液晶显示电路、电源电路等组成，系统硬件结构图如图2所示。SIM300模块用来将传感器输出的高低电平以文本短信的形式发送至上位机（本文以手机模拟）；键盘电路主要功能是菜单的选择和短信内容输入；电源电路主要用来提供是的单片机系统板与SIM300模块正常工作的电压与电流。其中单片机微控制系统是整个测报系统的测试系统的核心，用于实现数据采集与处理、测试结果的显示、键盘、控制通信模块等。

2.1STC12C5A60S2最小系统

STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，其最小系统与8051系列的最小系统的原理相同。STC12C5A60S2的速度比传统的8051系列快8到12倍。而且内部集成了专用复位电路、2路PWM和8路10位A/D转换。另外 ，STC12C5A60S2自带2个扇区的E2PROM，可以在系统断电的情况下保存用户密码和雨量信息。

2.2SIM300通信模块

SIM300与微控制器的连接时，将SIM300的TXD和RXD直接与STC12C5A60S2的RXD与TXD相连即可。SIM300是一款三频段GSM/GPRS模块,可在全球范围内的EGSM900MHz，DCS 1800MHz，PCS 1900MHz三种频率下工作，能够提供GPRS多信道类型多达10个 ，并且支持CS-1，CS-2，CS-3和CS-4四种GPRS编码方案。SIM300结构小巧，外形尺寸40mm×33mm×2.85mm，几乎可满足所有对产品尺寸有要求的工业应用，比如智能电话，掌上电脑和其他移动设备。模块与移动应用设备通过一个60引脚的板板连接器相连。除了RF天线接口，它提供了模块与开发板的所有硬件接口。SIM300内部功能模块有：键盘和SPI类型的LCD接口，方便用户开发自己的应用设备；具有调试和数据输出两个串口，帮助开发人员更容易开发产品；双音频通道，包含两个麦克风输入和两个话筒输出，由AT指令配置其工作模式。

图2系统结构图

图3水文测报系统图框

3 系统软件设计

软件的总体设计思路如3所示。从图3可知，整个软件系统分为3个模块，雨量采集模块、键盘发短信模块和管理模块。

雨量采集模块是单片机读取传感器的输出，并将信息以短信形式发送出去，在这个模块中考虑到断电的影响，所以可以将发送数据保存至E2PROM中。

键盘发短信模块是通过键盘输入短信息，并把消息发送到指定的手机号，其中该模块可以发送水位信息、库容信息、入水流量、出水流量和蒸发量等。

管理模块是高级用户对系统进行设定、修改的模块，该模块只有在用户输入了正确的密码时才可以进行短信管理与修改密码的操作，其中该模块的密码也将保存至E2PROM中，以防止断电后密码丢失。

雨量采集是程序设计的重点、难点模块之一，其流程图如图4所示，在模块工作前首先要对E2PROM存储的雨量值进行读取，之后扫描传感器是否有电平变化，如果有变化则进行做加1操作，最后再将加1后的值发送到指定手机。例如，在翻斗式传感器发生变化时，发送的数据是1,2,3,4,5，…当断电之后，如果没有对数据进行保存，以前发送的数据将丢失，重新上电之后又会从1开始发送数据。

水文测报系统可以通过键入数字键1,2,3可以操作.开启系统后自动进行雨量采集，这时单片机时刻注意传感器输出的电位变化，若有变化则立刻发送短信至终端手机。若想发送水位等信息，键入对应的键符，之后可以输入水位值再发送。高级管理模式的主要功能是查询已经发送的短信条数，并可对短信计数清0。

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Y

图4雨量采集流程

4 结论

该测试系统采用具有高速数据采集的STC12C5A60S2单片机为主要的硬件平台，利用这一平台将采集到的数据以短信的形式，通过SIM300无线通信模块发送至上位机。该系统使用12864做显示、用矩阵键盘做输入，提高了系统的可靠性。该系统经过反复测试可以在野外作业，实际应用表明该测试系统具有测试准确、实时性强、稳定可靠、人机界面友好等特点，达到了设计要求。