專利名稱：基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水文環(huán)境設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，具體地是一種基于嵌入式微處理器的智 能水位遙測終端系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從上世紀90年代以來，隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，越來越多的新技術(shù)運用于各行 各業(yè)，人們對信息傳遞的要求越來越高，尤其是在水文監(jiān)測方面。以長江上游為例，該區(qū)域 以山區(qū)性河流為主，有三大暴雨中心，災(zāi)害性洪水較多。測報系統(tǒng)除了為國家防總、重慶市 防汛辦、長江防總、三峽工程及沿江省、地、市的46個防汛部門提供水情信息外，還為航運、 航道、供水、港務(wù)、碼頭等70余個企事業(yè)單位提供水情服務(wù)。目前國內(nèi)主要采用機械浮子式 進行測量，并且在終端(測量點)不具備處理能力強大的智能終端，這種設(shè)計主要存在以下 缺陷
1、采用接觸式測量方法，如機械浮子式，此方式需要在碼頭建水位測量井，通過井內(nèi)浮 子壓力來體現(xiàn)水位。測量井會受到泥沙、水藻等物質(zhì)影響浮子正常工作。測量值會受到各 種干擾，并不能保證其準確性。2、由于水位監(jiān)測的特殊性，其終端布點常常在江水水面的碼頭上，甚至江面中心， 現(xiàn)有的公用無限通信網(wǎng)絡(luò)如GSM或CDMA網(wǎng)絡(luò)在此類地點的覆蓋常常出現(xiàn)盲區(qū)，導(dǎo)致通信效 果非常不好，時斷時續(xù)，使終端測試點不能夠及時和服務(wù)器進行通信，測量數(shù)據(jù)不能實時上 傳。3、不能提供現(xiàn)場測量值校正，使現(xiàn)場調(diào)試工作相當復(fù)雜。4、當不可預(yù)知的意外情況發(fā)生(如斷電，通信網(wǎng)絡(luò)大面積損壞)造成通信不暢，設(shè) 備停電等情況，采集數(shù)據(jù)會大段丟失，有時會產(chǎn)生嚴重后果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種抗干擾性、數(shù)據(jù)采集準確、通信穩(wěn)定、
處理能力強大，具有良好的適應(yīng)性和可靠性的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終 端系統(tǒng)。本發(fā)明將多種實用電子技術(shù)集成在一起而形成的功能全面抗干擾能力強具有較高 自適應(yīng)能力的基于micro2440控制板的智能水位遙測終端。不需要單獨的基礎(chǔ)建設(shè)、安裝 簡便?？梢宰詣酉蝻L(fēng)浪、數(shù)據(jù)傳輸照成的測量誤差。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)，包括以嵌入式ARM主控制器 為核心的主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、人機對話模塊、RS485轉(zhuǎn)RS232模塊、RS232模塊、SD卡 存儲模塊、無線傳輸模塊、安裝在待測點的超聲波水文測試模塊以及終端PC機顯示模塊， 所述的超聲波水文測試模塊的信號輸出端通過RS485轉(zhuǎn)RS232模塊與嵌入式ARM主控制器 的信號輸入端連接；嵌入式ARM主控制器與人機對話模塊雙向連接；嵌入式ARM主控制器 與SD卡存儲模塊連接；嵌入式ARM主控制器通過一個RS232模塊與無線傳輸發(fā)送模塊連接；無線接收傳輸模塊通過另一個RS232模塊與終端PC機顯示模塊連接。人機交互界面是移植了 WinCE5. 0操作系統(tǒng)并開發(fā)了系統(tǒng)軟件是基于ARM的硬件 平臺完成的。該開發(fā)系統(tǒng)軟件，其包括水文數(shù)據(jù)的收集，統(tǒng)計和管理模塊，水文數(shù)據(jù)的顯示 模塊，水文數(shù)據(jù)的上傳模塊，系統(tǒng)配置模塊。終端PC機顯示模塊，其中PC機軟件界面是基 于Windows平臺服務(wù)器端功能設(shè)計完成的。所述的嵌入式ARM主控制器為三星公司的型號為Samsung s3c2440A的32位微處 理器。所述的無線傳輸模塊在網(wǎng)絡(luò)覆蓋好的區(qū)域采用為GPRS模塊。GPRS模塊型號為 BLD9131。所述的無線傳輸模塊在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不好的區(qū)域采用為無線數(shù)傳模塊，使用中心頻率 915M的免費頻段進行通信。所述的無線數(shù)傳模塊包括備用鋰電池和電源管理模塊。所述的電源管理模塊包括充放電控制模塊和DC12V太陽能供電板。所述的超聲波水文測試模塊為超聲波水文傳感器。SD卡存儲模塊用以將采集數(shù)據(jù)前端保存。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)采用Samsung s3c2440A 32位微處 理器開發(fā)板micro2440作為主控制器，輔以7寸觸摸屏AT070TN83，GPRS模塊BLD913X，電 源管理檢測板，超聲波水文測試探頭UTG21-B等外設(shè)構(gòu)成。設(shè)計電路中充分考慮了溫度，電 源雜波等各項因素的干擾，具有很強的抗干擾性，數(shù)據(jù)采集準確，通信穩(wěn)定。能對測量值進 行現(xiàn)場微調(diào)，能夠提供方便快捷的現(xiàn)場調(diào)試，其主控單元選擇功能強大的Samsung s3c2440 ARM系列微控制器，處理能力強大，可以自動消除因風(fēng)浪、數(shù)據(jù)傳輸照成的測量誤差。測量探 頭采用非接觸式超聲波水位測量技術(shù)，不需要單獨的基礎(chǔ)建設(shè)、安裝簡便。通信方面，采用 公用網(wǎng)絡(luò)和工作在免費頻段的無線數(shù)傳雙重模式已被選擇，具有良好的適應(yīng)性和可靠性。 在工程上具有良好的應(yīng)用價值。在滿足原有各項要求的前提下，為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明采用S3C2440 為主控制器，采用非接觸式超聲波水位測量模塊測量水位信息，在GSM網(wǎng)絡(luò)信號強的終端 中選配GPRS模塊BLD9131，通過GPRS公共網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不好的區(qū)域，采用 無線數(shù)傳模塊sm51，使用中心頻率915M的免費頻段進行通信，保證通信質(zhì)量，在終端添加 備用鋰電池以及電源管理模塊，實現(xiàn)不斷電主備電源切換，形成可靠性極高的UPS系統(tǒng)。終 端放置SD存貯卡，用以將采集數(shù)據(jù)前端保存，保證在通信失效的情況下數(shù)據(jù)仍然不丟失。 本發(fā)明是提供一種將多種實用電子技術(shù)集成在一起而形成的功能全面抗干擾能力強具有 較高自適應(yīng)能力的基于ARM9 3SC2440控制板的智能水位遙測終端設(shè)備，具有良好的人機 交互界面和終端顯示界面，不需要單獨的基礎(chǔ)建設(shè)、安裝簡便，可以自動消除因風(fēng)浪、數(shù)據(jù) 傳輸照成的測量誤差。


圖1是本發(fā)明的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)使用GPRS模塊方式傳送的實施例的功能框圖。圖2是本發(fā)明的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)使用無線數(shù)轉(zhuǎn)模 塊方式傳送的實施例的功能框圖。圖3是本發(fā)明的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)的主控制模塊的 電路圖之一。圖4是本發(fā)明的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)的主控制模塊的 電路圖之二。圖5是本發(fā)明的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)的水文數(shù)據(jù)采集 軟件的人機交互登陸界面圖
圖6是本發(fā)明的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)的水文數(shù)據(jù)采集軟件 的人機交互顯示界面圖
圖7是本發(fā)明的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)的水文數(shù)據(jù)采集軟件 的人機交互系統(tǒng)設(shè)置界面圖。圖8是本發(fā)明的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)的終端PC機在 Windows平臺服務(wù)器端界面圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述
圖1示出了本發(fā)明的第一實施例，工作在網(wǎng)絡(luò)覆蓋好的區(qū)域，如圖1所示智能水位 遙測終端設(shè)備包括以ARM主控制器為核心的主控制模塊、人機對話模塊、RS485轉(zhuǎn)RS232模 塊、RS232模塊、SD卡存儲模塊、無線傳輸模塊和安裝在待測點的超聲波水文測試模塊，終 端PC機顯示模塊所述的測試模塊信號輸出端與RS485轉(zhuǎn)RS232模塊連接后再與ARM主控 制器信號輸入端連接；ARM主控制器與人機對話模塊雙向連接；ARM主控制器與SD卡存儲 模塊連接；ARM主控制器通過RS232模塊與GPRS發(fā)送模塊連接；GPRS接收模塊通過RS232 模塊與終端PC機顯示模塊連接。本實例所述的ARM核心的主控制模塊由ARM主控制器及與其連接的SDRAM， FLASH，7寸彩色液晶觸摸屏，及連接的相關(guān)外圍電路。模塊中ARM主控制器，主要作用是對 采集水位數(shù)據(jù)的輸入/輸出，處理和其它部分進行控制，同時實現(xiàn)通過GPRS傳送采集數(shù)據(jù) 功能。所選于的ARM主控制器為Samsung s3c2440A 32位微處理器。FLASH是由一片2M NOR FLASH 和一片 64M NAND FLASH 組成。SDRAM 選用 2 片 HY57V561620 構(gòu)成容量為 64M 的高速動態(tài)隨機存儲器。7寸彩色液晶觸摸屏選用AT070TN83。本實例所述超聲波水文測試模塊采用S0NIC150S超聲波水文傳感器。本實例所述GPRS模塊采用BLD8系列通用無線數(shù)據(jù)傳輸終端BLD9131。圖2示出了本發(fā)明的第二實施例，工作在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不好的區(qū)域，如圖2所示智能水 位遙測終端設(shè)備采用無線數(shù)模傳輸模塊進行發(fā)送和接收采集到的水位數(shù)據(jù)。選用的無線數(shù) 模傳輸模塊是sm51，使用中心頻率915M的免費頻段進行通信，并在終端添加備用鋰電池以 及電源管理模塊，實現(xiàn)不斷電主備電源切換，形成可靠性極高的UPS系統(tǒng)。圖5至圖8是本發(fā)明的水文數(shù)據(jù)采集軟件的人機交互界面包括登陸、顯示和系統(tǒng) 設(shè)置3個界面圖。人機交互界面是移植了 WinCE5.0操作系統(tǒng)并開發(fā)了系統(tǒng)軟件是基于ARM
5的硬件平臺完成的。定制的水文數(shù)據(jù)采集軟件包括水文數(shù)據(jù)的收集，統(tǒng)計和管理模塊，水 文數(shù)據(jù)的顯示模塊，水文數(shù)據(jù)的上傳模塊，系統(tǒng)配置模塊。所述的水文數(shù)據(jù)的收集，統(tǒng)計和 管理模塊具有用戶需要輸入正確的用戶名密碼才可以進入顯示界面；用戶名密碼可以在設(shè) 置界面設(shè)定；休眠狀態(tài)下用戶按任意鍵屏幕上會出現(xiàn)登錄界面；緊急電話可以在設(shè)定界面 里面設(shè)置；標用戶點幫助按鈕會提供簡單的幫助界面(沒有圖示)。所述的水文數(shù)據(jù)的顯示 模塊包括屏幕左上角顯示設(shè)定時間范圍內(nèi)的水位、水溫等信息的波形圖其中橫坐標是時間 縱坐標是水位、水溫等信息，顯示的數(shù)據(jù)種類在界面下方的復(fù)選框中選定，顯示的數(shù)據(jù)的時 間范圍在界面下方的時間框選定；用戶按下顯示切換按鈕數(shù)據(jù)顯示將在波形圖和表格之間 切換，每行需要顯示采集時刻、水位、水溫等信息，有滾動條能上下拖動；屏幕右側(cè)的按鈕 功能實時采集立即采集當前的水文數(shù)據(jù)并且顯示在界面上顯示切換切換水文數(shù)據(jù)的 波形圖和表格，表格模式時下方的時間框和復(fù)選框設(shè)置為無效保存文件立刻將當前所有 未保存的水文數(shù)據(jù)保存在SD卡上，設(shè)置進入設(shè)置界面，幫助顯示幫助信息。所述的系統(tǒng) 配置模塊包括系統(tǒng)設(shè)置界面功能，密碼設(shè)定框包括選擇是否打開密碼保護功能，密碼和確 認密碼兩個框中內(nèi)容完全一致才可以保存，保存時用戶名密碼需要加密放在文件中；保存 文件設(shè)定框包括用戶可以選擇數(shù)據(jù)文件保存的路徑，保存格式是標準xls文件.可以設(shè)定 每隔η天保存一次；端口設(shè)定框包括超聲波檢測模塊端口設(shè)置，GPRS模塊端口設(shè)置，以上 設(shè)定需要根據(jù)實際選用的模塊確定；數(shù)據(jù)采集設(shè)定框包括設(shè)定每η分鐘采集一次傳感器數(shù) 據(jù)，設(shè)定每η分鐘上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)需要按照modbus協(xié)議(南京賽格微電子科技有限 公司提供)并且需要加密；GPRS按鈕具有按下此按鈕打開GPRS模塊的設(shè)定界面；短信報警 模塊設(shè)定包括設(shè)定水位高于η米低于η米的時候可以發(fā)送短信到設(shè)定好的手機上，手機號 碼可以單獨設(shè)定；其他包括設(shè)定在登錄界面和顯示界面上顯示的緊急電話號碼，可以設(shè)定 η分鐘后進入省電模式關(guān)閉顯示器，但是信息采集和上傳，以及告警功能仍然工作，用戶可 以點擊幫助按鈕來顯示幫助信息。所述的所有的設(shè)定保存在本地文件中。圖8是本發(fā)明的終端PC機在Windows平臺服務(wù)器端界面圖，在Windows平臺服 務(wù)器端界面包括各個采集端傳送的數(shù)據(jù)收集并根據(jù)需求放在數(shù)據(jù)庫中并每10分鐘采集一 次數(shù)據(jù)并保存在數(shù)據(jù)庫中、數(shù)據(jù)傳輸采用modbus-RTU協(xié)議并加密傳輸，提供系統(tǒng)服務(wù)的開 關(guān)，數(shù)據(jù)庫的設(shè)定，GPRS采集模塊的設(shè)定，Web服務(wù)器的設(shè)定，幫助。設(shè)計中需要的大概數(shù)據(jù)含沙量，水位高度(高水位，中水位，低水位)，
系統(tǒng)可遙測雨量、水位、間位、蒸發(fā)量、流量、氣溫、水溫、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、鹽度，水質(zhì)， 雨量，泥沙量、需求可以設(shè)置報警功能，并且能夠通過GPRS模塊向手機發(fā)送消息，通信協(xié)議 采用modbus-RTU，需要協(xié)議中涵蓋版本號，因為協(xié)議可能會變改變。上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu) 思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計構(gòu)思前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對本發(fā) 明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明請求保護的技 術(shù)內(nèi)容已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)，其特征在于包括以嵌入式ARM 主控制器為核心的主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、人機對話模塊、RS485轉(zhuǎn)RS232模塊、RS232 模塊、SD卡存儲模塊、無線傳輸模塊、安裝在待測點的超聲波水文測試模塊以及終端PC機 顯示模塊，所述的超聲波水文測試模塊的信號輸出端通過RS485轉(zhuǎn)RS232模塊與嵌入式ARM 主控制器的信號輸入端連接；嵌入式ARM主控制器與人機對話模塊雙向連接；嵌入式ARM 主控制器與SD卡存儲模塊連接；嵌入式ARM主控制器通過一個RS232模塊與無線傳輸發(fā)送 模塊連接；無線接收傳輸模塊通過另一個RS232模塊與終端PC機顯示模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)，其特征是所 述的嵌入式ARM主控制器為三星公司的型號為Samsung s3c2440A的32位微處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)，其特征是所 述的無線傳輸模塊為GPRS模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)，其特征是所 述的無線傳輸模塊為無線數(shù)傳模塊，使用中心頻率915M的免費頻段進行通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)，其特征是所 述的無線數(shù)傳模塊包括備用鋰電池和電源管理模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)，其特征是所 述的電源管理模塊包括充放電控制模塊和DC12V太陽能供電板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)，其特征是所 述的超聲波水文測試模塊為超聲波水文傳感器。
全文摘要
一種基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)，其特征在于包括以嵌入式ARM主控制器為核心的主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、人機對話模塊、RS485轉(zhuǎn)RS232模塊、RS232模塊、SD卡存儲模塊、無線傳輸模塊、安裝在待測點的超聲波水文測試模塊以及終端PC機顯示模塊。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種抗干擾性、數(shù)據(jù)采集準確、通信穩(wěn)定、處理能力強大，具有良好的適應(yīng)性和可靠性的基于嵌入式微處理器的智能水位遙測終端系統(tǒng)。本發(fā)明將多種實用電子技術(shù)集成在一起而形成的功能全面抗干擾能力強具有較高自適應(yīng)能力的基于micro2440控制板的智能水位遙測終端。不需要單獨的基礎(chǔ)建設(shè)、安裝簡便?？梢宰詣酉蝻L(fēng)浪、數(shù)據(jù)傳輸照成的測量誤差。
文檔編號G01F23/296GK102095474SQ20111003842
公開日2011年6月15日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者周向麗, 季憶, 施勤, 潘國杰, 董華, 阮大興 申請人:長江南京航道局