基于嵌入式系统下水情自动测报系统的设计与实现

文/吴翔

1　嵌入式系统基本介绍

所谓嵌入式系统，指的是应用于特定计算机系统而设计的监控设备和辅助运行设备，它位于受控器件内部，以执行特定任务为工作目标。相关设计人员需要通过系统优化来节约成本，该系统应用范围较广泛，如录像机、手表、汽车等，操作者仅需控制单个程序就能完成整体的有序控制。

2　水情自动测报系统组成及运行流程

近年来，受厄尔尼诺现象影响，我国水、旱灾害频发，水利工程调度能力需要相应提高，这在一定程度上增加了水情自动测报系统应用难度，即该系统应做好升级工作，并且数据信息准确、高效传输，确保及时满足水利调度需要。从系统组成以及运行流程两方面具体了解系统，介绍如下。

2.1　系统组成

该系统组成部分主要包括中心站、遥测站、中继站，其中，中心站负责水情预报、水资源调度等内容；遥测站负责数据信息动态采集和传输；中继站主要借助超短波完成数据通信这一任务。

2.2　运行流程

首先，进行数据以及要素的自动采集、存储、发送。然后中继站负责数据传递。接下来被传递的数据成功接收后，有步骤的对其保存、处理。最后由相关技术人员通过分析水情信息来制定调度计划。

3　系统设计与实现

3.1　硬件设计

3.1.1硬件结构

本文选用ARM7水情遥测终端，它主要有处理器——s3C44B0X、存储器——FLASH和SDRAM、接口——JTAG、远程数据传输模块——GPRS、有源晶振——10MHz组成，各部分功能如表1所示。

3.1.2硬件电路

硬件电路设计内容主要包括电源电路、SDRAM接口电路、中断处理电路、复位电路、晶振电路、A/D转换电路、UART电路、SIM卡电路。其中，电源电路设计过程中数值设定如表2所示。

SDRAM接口电路设计时，选用HY57V281620HC，其模块电路原理如图1所示。

中断处理电路设计期间增设适量的中断控制器，以此实现外部异常情况的及时处理；复位电路设计时优选适合的复位方式，确保设计的准确性，以免出现错误复位现象；晶振电路设计之前，应全面掌握处理器的工作频率，有依据的选择有源晶振。

3.1.3基本选型

一方面，水位计选型。本文选用美国生产的浮子式水位计，其型号为5600-0532-2。另一方面，雨量计选型，产品型号为JDZ05-1，其技术指标如表3所示。

3.2　软件设计

3.2.1嵌入式系统开发

ARM开发流程为：了解软件需求，以此明确设计目标，确定设计验收标准；做好模块设计工作，在模块细分的基础上，优选开发工具，这对论证顺利推进有促进作用；具体设计，探究模块实现过程，顺利解决多样性接口问题；代码编写；单元调试；集成调试。

3.2.2具体设计

一方面，设计遥测终端软件，确保设计完成的软件具有数据采集、参数读取、数据发送等功能，基本功能具备后，能够完成水情信息的及时传递。因此，实际设计时应对各功能模块逐渐细分，应用均值滤波算法完成采样值的取舍，最后对数据值妥善存储。另一方面，设计驱动程序，事先按照编写流程编好数据驱动程序，具体设计内容包括A/D转换程序、UART串口程序、GPRS模块软件三部分。

3.2.3软件功能实现

水位采集功能实现：根据水位测量需要优选水位计，通过定时查询采集水位信息以及雨量，采集间隔时间为6min，如果时间与实现设置的标准值相同，那么应用相关函数对水位以及雨量及时处理。

水位雨量超标准值采集功能实现：在水位限高处设置警报值，在规定时间内设置警报值，一旦实际值大于设定值，则警报程序会即刻启动。

3.3　中心设计

水情自动测报系统进行中心设计时，应遵循可靠性、安全性、实时性、开放性原则，在此基础上进行总体设计。设计人员对遥测站传送的数据有序解码、详细分析，根据分析结果制定相应的调度计划和调度决策。其中，设计水位计算公式如下：

Q=AcVc+AtVt

由于数据中心接入方式存在差异，进而系统组网方案不相一致，常见组网方案有三种，第一种即特定IP接入互联网，第二种即专线APN接入，第三种即GPRS模块接入。对比分析这三种方案，第三种方案作为选用的实现方案，这一方案在稳定性、实时性等方面具有良好的应用效果。

表1：硬件结构组成部分的功能

表2：电源电路数值

表3：雨量计技术指标

图1：模块电路

4　结论

综上所述，本文以嵌入式系统为基础，探究水情自动测报系统的设计与实现，这不仅能够起到系统优化的作用，而且还能为水利工程提供便利。