面向城市涵洞水位监测系统的设计与实现

李志刚

【摘 要】本系统能够实现对涵洞水位信息进行实时的监测、报警、存储、上报，通过 GPRS 无线网络向远程监控中心传输数据。该系统能够解决城市涵洞水位无法测量的难题。

【关键词】涵洞水位监测；GPRS；嵌入式系统

1.系统概述

最近几年，夏季暴雨频繁，北京、成都、广州等地都发生过城市涵洞人、车溺水事故，主要原因在于不知涵洞水位。基于城市涵洞水位监测系统能够对实时监测、显示涵洞水位，当水位超过警戒线时，自动发出警报，及时提醒过往行人。本系统的开发能够补充城市涵洞排水不够完善的缺点，切实消除安全隐患，保证人民生命和财产安全。

2.系统总体设计

本文所设计的城市涵洞水位监测系统采用GPRS通信方式，并采取自报/应答混合的工作方式，主要由以下三部分组成：监测节点、GPRS 网络和远程监控中心。监测节点的主要功能是检测涵洞水位信息，并通过 GPRS网络与远程监控中心实现互通。远程监控中心的主要功能是处理涵洞数据存储、接收等水位信息，实现实时数据显示、历史数据分析及查询等。城市涵洞水位监测总体设计如图1所示。

3.硬件设计

3.1监测节点子系统

监测节点控制子系统硬件核心为LPC2368的处理器，可以将传感器调理电路感知到的水位信号进行处理。控制器的AD接口通过 I/V 转换电路连接水位传感器。控制器的 UART0 接口通过 RS232 串口通信电平接口转换电路连接 GPRS 模块，用以传输水位数据。控制器的 SPI 接口连接存储模块，用以存储水位数据。水位传感器采用 WL400 投入式压力传感器。量程为 10m，精度为±1%，分辨率为 1mm，工作电压为 12V。监测节点将传感器采集上来的水位信号转换为水位数据信息，通过给GPRS模块发送AT指令，使其按照一定格式发送数据给远程监控中心。水位传感器采集的水位信息，输出为 4-20mA 标准电流信号，通过 I/V 转换电路转换成标准电压信号后，传输给控制器。控制器通过对水位信号的处理后，将其转变为数字信号存储在存储模块中，当水位超过警戒线后启动报警模块，并通过通信模块GPRS将数字信号传输给远程监控中心。监测节点子系统硬件设计如图2所示。

3.2 GPRS通信子系统

本系统平台应用于城市涵洞，既要保证将釆集到的水位信息及时有效的发送到监测中心，同时又要求在系统监测节点发生故障时能够发出报警信息，综合各方面考虑，釆用GPRS与SMS混合通信的方式，以实现数据传输与报警反馈的功能。

设备的串口根据接收数据中的通道选择命令来决定数据通过GPRS或SMS方式来发送数据，方式转换采用虚拟串口即软件复用串口方式，通过AT指令选择工作在哪个通道。通信模块釆用SIMCOM公司的双频GSM/GPRS SIM900A，对通信模块的控制由MCU发出的AT指令进行控制，没有引出语音接口，外部功能模块主要是电源接口、SIM卡接口以及MCU相关的接口等。GPRS模块与控制器通过串口进行收发数据，如图3所示：

3.3远程监控中心

远程监控中心主要将无线基站发出的水位信息入库，在此基础上管理和分析水位数据。系统开发主要基于J2EE平台，采用B/S架构的管理模式，采用分层的MVC的架构设计模式，包含实时数据显示、报表输出、统计分析、超标报警、系统时钟、参数设置等功能。

4.软件设计

本设计中选用的μC/OS-II嵌入式实时操作系统，结构简单，主要优点有：本操作系统采用C语言和汇编语言编写，而且其中绝大部分是C语言，易于上手，修改方便。监测节点软件流程如图4所示：

5.小结

本论文研究开发了一种面向城市涵洞水位监测系统。该系统以嵌入式处理器为基础，通过GPRS无线通信技术，对城市涵洞水位信息进行采集、传输、报警等处理，实现了水位监测的实时性和自动化。 [科]

【参考文献】

[1]呼娜.基于无线传感器网络的水质监测系统研究[D].西安建筑科技大学，2012.

[2]张小强，杨放春.一种基于GPRS技术的无线监控系统[J].中国数据通信，2004，1：18-21.

[3]李忠远.智能水位监测仪的研究[D].南京理工大学，2008.

[4]刘波文，孙岩.嵌入式实时操作系统μC/OS-II经典实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.