第6期(總第157期)機(jī)械工程與自動(dòng)化No. 62009年12月MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATIONDec.文章編號(hào):1672-6413(2009)06-0085-03基于GPRS的污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)葛愛(ài)欣，賈敏智，吳秀紅(太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院，山西太原030024)摘要:針對(duì)我國(guó)目前企業(yè)污水監(jiān)測(cè)耗時(shí)、監(jiān)測(cè)能力不足、監(jiān)測(cè)信息處理實(shí)時(shí)性差的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種基于GPRS的污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件采用Ti公司的MSP430單片機(jī)系統(tǒng),由GPRS模塊Sim300C及電源模塊、外圍接口組成，能夠?qū)崿F(xiàn)多種水質(zhì)參數(shù)的采樣。上位機(jī)界面由Visual Basic 6. 0實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞: GPRS;污水在線監(jiān)測(cè); SIM300C中團(tuán)分類(lèi)號(hào): TH165*.2: X52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A0引言塊，ADC模塊把模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量,然后控.我國(guó)水資源緊缺，水污染嚴(yán)重，而水質(zhì)監(jiān)測(cè)是水制模塊把這些數(shù)字量送人數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，利用AT指令資源管理與保護(hù)的重要基礎(chǔ)。但目前全國(guó)各地對(duì)污染通過(guò)GPRS無(wú)線通信模塊把數(shù)據(jù)送給遠(yuǎn)程管理計(jì)算源和排污河渠的水質(zhì)監(jiān)測(cè)仍停留在人工監(jiān)測(cè)階段，其機(jī)。遠(yuǎn)程管理計(jì)算機(jī)包括具有固定IP地址的計(jì)算機(jī)與地域覆蓋率低，樣品缺乏科學(xué)性和代表性，難以反映上位機(jī)數(shù)據(jù)管理軟件.具有固定IP地址的計(jì)算機(jī)能夠企業(yè)及城市污水排放連續(xù)變化的情況。國(guó)家及各省市實(shí)現(xiàn)與GPRS無(wú)線通信模塊的通信，上位機(jī)數(shù)據(jù)管理地區(qū)日趨重視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，在水資源污染方面不.軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上傳的污水水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行顯示、斷加強(qiáng)治理，但因?yàn)榄h(huán)境保護(hù)意識(shí)的淡薄及利益的驅(qū)統(tǒng)計(jì)的功能，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，以備日后查詢企業(yè)的使等諸多因素,某些企業(yè)隨意偷排污水和非達(dá)標(biāo)排污，污水排放情況。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1.造成環(huán)境嚴(yán)重污染的情況時(shí)有發(fā)生，因此在監(jiān)測(cè)監(jiān)管溫度傳感器]方面也要加大投人。提供-一個(gè)有效的、實(shí)用的、先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)和解決方法，對(duì)加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)力度顯得極PH值傳感器為迫切，建立廢水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)能力,[ 濁度傳感器遠(yuǎn)程管理.計(jì)算機(jī)勢(shì)在必行。據(jù)此，本文提出了將MSP430單片機(jī)技術(shù)- A/D|控制二無(wú)線C s與GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引人污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用電導(dǎo)率傳感器D模司通信F( Internet)=:MSP430的低功耗與GPRS永久在線、按流量收費(fèi)、數(shù)密解氧傳感器據(jù)傳輸速度快、誤碼率低的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)信息的在采集數(shù)據(jù)設(shè)備I線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程傳輸”。1污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案團(tuán)1污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圄基于GPRS的污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采2污水在線 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)集設(shè)備、控制模塊、外圍接口、GPRS無(wú)線通信模塊和2.1 電源模塊遠(yuǎn)程管理計(jì)算機(jī)(上位機(jī))5部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集設(shè)備電源模塊給控制模塊、GPRS無(wú)線通信模塊供電,.由各種水質(zhì)參數(shù)(如溫度、PH值、獨(dú)度、電導(dǎo)率、溶解其中MSP430的系統(tǒng)電壓是3.3 V,由LD1117經(jīng)外部氧)檢測(cè)傳感器、變送器等組成，這些變送器輸出的標(biāo)DC5 V產(chǎn)生。SIM300C對(duì)電源電流要求高，所以選用.準(zhǔn)電信號(hào)通過(guò)接線端子接人控制模塊內(nèi)置的ADC模了Miorel 公司的MTC2O29RT鉆電流低壓差電源芯中國(guó)煤化工收稿日期，2009-02-20; 修回日期: 2009-06-27TYHCNMHG作者簡(jiǎn)介:葛愛(ài)欣(1983-),男.山西忻州人,在讀碩士研究生.●86●機(jī)械工程與自動(dòng)化2009年第6期片，MIC29302BT具有提供最大3 A電流的性能。本系量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，之后把數(shù)字量移入U(xiǎn)SART1統(tǒng)通過(guò)電阻匹配使VBAT輸出4V電壓，供給中的U1TXBUF.此外，MSP430F149還對(duì)GPRS模SIM300C.該設(shè)計(jì)很好地解決了多電壓共存的問(wèn)題。系塊進(jìn)行初始化，并通過(guò)RS- 232 串行接口使用AT指統(tǒng)電源模塊的硬件實(shí)現(xiàn)見(jiàn)圖2。.令完成對(duì)GPRS模塊的操作。GPRS無(wú)線通信模塊主2.2控制系統(tǒng)與 GPRS無(wú)線通信模塊.要實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程管理計(jì)算機(jī)建立TCP/IP連接，以實(shí)現(xiàn)污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的兩個(gè)核心設(shè)計(jì)是單片機(jī)設(shè)計(jì)污水水質(zhì)參數(shù)的傳輸。本設(shè)計(jì)采用SIMCOM公司的與無(wú)線通信設(shè)計(jì)。其中，單片機(jī)系統(tǒng)選用內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧的GSM/GPRS模塊SIM300C,MSP430F149. MSP430F149是16位單片機(jī)，采用精該模塊功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單、性價(jià)比高。SIM300C通簡(jiǎn)指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，125 ns指令周期。這款單片機(jī)過(guò)60引腳的板間連接器與MSP430F149的串口1.具有很低的供電電壓以及超低的功耗，內(nèi)置有2個(gè)帶SIM卡插座相連。其中P1.0連接著SIM300C的有大量捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器、兩通道串行PWRKEY引腳，以控制SIM300C的開(kāi)、關(guān)機(jī)。控制通信接口以及12位的A/D轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)8路外部系統(tǒng)與GPRS無(wú)線通信模塊的硬件實(shí)現(xiàn)見(jiàn)圖3.輸人。MSP430F149負(fù)責(zé)把通過(guò)P6.0口接人的模擬埠VU6 MC29302BTVBATIN。OUT備JP。2日CP2一m.“”Tio0wT22陽(yáng)100nF470吉U_JDI117voct INour 2言r9⊥cCPro J33To∞oo1L2gDPOWER圈2系統(tǒng)電源模塊MSP430F149SIM300C的采樣、處理、發(fā)送以及系統(tǒng)故障診斷等功能。程序采用C430編寫(xiě)。數(shù)傳感3.1.1模擬量采集 模塊.模擬量主要是單片機(jī)通過(guò)A/D通道采集的來(lái)自P1. of + PWRKEY傳感器的信號(hào)，本系統(tǒng)選用的MSP430F149的A/D.轉(zhuǎn)換有幾種模式，考慮到有好幾路采集，因此選用序列通道單次轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)的采集時(shí)間間隔通過(guò)定時(shí)器A來(lái)完成，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:在每次定時(shí)器A中斷到來(lái)圈3控制系統(tǒng)與GPRS無(wú)線通信模塊的硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)讀取A/D采集到的數(shù)據(jù)，在讀數(shù)據(jù)之前先停止A/3污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn).D轉(zhuǎn)換，在讀取數(shù)據(jù)完畢后啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，如果得到系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)企業(yè)的污水排放情況，然數(shù)據(jù)，則設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位通知主程序，告訴主程序已后通過(guò)SIM300C把污水水質(zhì)參數(shù)發(fā)送到遠(yuǎn)程管理計(jì)經(jīng)得到新的數(shù)據(jù)。圖4是模擬量采集模塊流程圖(01]。算機(jī)。因此系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是單片機(jī)的編程以及3.1中國(guó)煤化工上位機(jī)管理軟件的設(shè)計(jì)。.CHCN MH G舌系統(tǒng)初始化、定時(shí)3.1 單片機(jī)代碼器初如化、串口切炯比以及SIM300C各功能的初始單片機(jī)代碼實(shí)現(xiàn)了在硬件基礎(chǔ)上對(duì)水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)化，然后設(shè)置對(duì)模擬量定時(shí)采樣。當(dāng)定時(shí)中斷到來(lái)，停2009年第6期葛愛(ài)欣，等:基于GPRS的污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)●87●止A/D轉(zhuǎn)換，讀取數(shù)據(jù)并倒向數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。當(dāng)串口1適用于遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)，不受地理?xiàng)l件的限制，有著廣闊.監(jiān)測(cè)到發(fā)送標(biāo)志，則從緩沖區(qū)里取出數(shù)據(jù)，移交的應(yīng)用前景4。SIM300C對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行TCP/IP打包并發(fā)送。在與管理|開(kāi)始機(jī)建立連接時(shí)，若連接3次都沒(méi)有成功，則給系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)設(shè)的管理員發(fā)送短消息，告之檢查系統(tǒng)。系統(tǒng)主.程序初始化程序的流程圖見(jiàn)圖5[3]。3.2上位機(jī)管理軟件 的設(shè)計(jì)打開(kāi)中斷管理軟件運(yùn)行在具有固定IP地址的計(jì)算機(jī)上,采上等待用Visual Basic 6.0提供的Winsock控件，實(shí)現(xiàn)對(duì)基.二于GPRS的污水在線監(jiān)測(cè)終端和抄表終端連接的監(jiān)串口1發(fā)送標(biāo)志?聽(tīng)，上傳的污水水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)的接收、顯示和存儲(chǔ)，以及控制命令的發(fā)送[1]。清除發(fā)送標(biāo)志下|定時(shí)器中斷到來(lái)與管理機(jī)建立連接?停止A/D轉(zhuǎn)換3次失敗?NY3次?發(fā)送數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)發(fā)送短信發(fā)送成功?啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換設(shè)置標(biāo)志圍5系 統(tǒng)主程序流程圍圄4模擬量采集模塊流程圖參考文獻(xiàn):4結(jié)束語(yǔ)[1] 周杏鵬,仇國(guó)富,王壽榮,等.現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)[M].北京:高本文設(shè)計(jì)的污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用單片機(jī)組成等教育出版社,2004.的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)GPRS無(wú)線通信方式以短消息.[2]秦龍. MSP430單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)典型實(shí)例[M].北京:的形式完成對(duì)污水水質(zhì)參數(shù)的傳輸，即在傳統(tǒng)的高頻中國(guó)電力出版社,2005.機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中增加支持短消息、數(shù)據(jù)通信等業(yè)務(wù)3] 苗文山,李鐵鷹,王用.基于GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程電能表抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2008(4):120-122.的GPRS模塊，并為其分配一個(gè)獨(dú)立的SIM卡。監(jiān)控.[4] 求是科技.仵造,齊燕杰,等. Visual Basic 串口通信工程終端可以是PC機(jī)，也可以是移動(dòng)電話或移動(dòng)終端。開(kāi)發(fā)實(shí)例導(dǎo)航[M].北京:人民郵電出版社,2003.GPRS模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，On-line Monitoring System of Sewage Based on GPRSGE Ai-xin, JIA Min-zhi, WU Xiu-hong(College of Information Engineering，Taiyuan University of Technology. Taiyuan 030024，China)Abstract: In light of the shortcomings of the existing sewage monitoring systems, this paper has designed and realized an on-linesewage monitoring system based on GPRS. The on-line monitoring system. including Ti's MSP430 MCU system, GPRS moduleSim300C, power module and external interface, can acquire plenty of water qualitv narameters. PC interface is designed by VisualBasic 6. 0.中國(guó)煤化工Key words: GPRS; on-line monitoring of sewage; SIM300CTYHCNMHG