1、基于 GPRS 与 CAN 总线的水情智能监测系统的设计与实现摘要：本文研究并开发了一种现场采用 CAN 总线进行数据采集，而利用 GPRS进行数据传输的远程水位实时监测系统，该系统借助成熟的 GPRS 无线数据通信技术，结合 TCP/IP 通信协议，实现了 CAN 总线报文和 IP 协议的相互转换并通过 GPRS 无线网络和互联网传输 CAN 总线报文信息，进而对水库、河流等水情进行实时、可靠的监测。关键词：GPRS；CAN 总线；水位监测系统Abstract: This paper developed a remote water level real time monitoring sy
2、stem which adopts CAN bus collecting the data, and the GPRS module is used to transmit the data. With advanced and reliable GPRS wireless communication and TCP/IP communications protocol, The system can Mutual converse between CAN Bus message and Ip agreement, and can transmit CAN bus message by GPR
3、S Wireless network and Internet, And reliable monitor water-level of rivers and dams in real time.Key words ：GPRS；CAN bus；The water monitoring system引言：我国地域辽阔，地形复杂，气候变化无常，河流来水量变化剧烈，水、旱灾害发生频繁，大小洪水连年不断。报汛不及时，水情不明是导致灾情加重的重要原因，水情信息是防汛抗旱决策的重要依据。它的实时性和可靠性是决策实时性、科学性的前提【1】 。水情信息的及时采集可以对洪涝灾害实施有效的监测和预警；建立一套经济
4、实用的、符合我国国情的水情采集传输系统势在必行。本文所设计的系统采用 CAN 总线和 GPRS 技术，具有费用低廉、建设周期短、可靠性高、实时性强等特点，提高了测报速度、预报精度，扩大了测报范围和内容。动态实时地监测水位、雨量等水情信息，对防汛、抗旱及水资源合理利用起到重要作用。1.GPRS 系统与 CAN 总线的简介1.1 GPRS 系统概述GPRS(General Packet Radio Service)是在 GSM 系统上发展起来的一种无线分组数据承载业务【】 ，由于 GPRS 自身的技术特点和优势，GPRS 在远程监控中具有实际应用价值。首先，作为无线系统在实现上比有线系统简单容易，
5、尤其在水库、河流等环境比较恶劣、分布偏远的野外地区。其次，系统利用率高，可以同时监控多个被监控对象，减少了系统重复建设和人员维护，可实现野外无人值守。同时，能提供端到端广域的无线 IP 连接。用户可以通过全球移动通信系统，以无线连接的方式方便、快捷地接入固定 IP 网络，利用公网不需自建和维护通信网【】 ；结合水位数据传输突发性、间断性、频繁性和实时性特点，系统选用成熟的 GPRS DTU(data terminal unit)作为远程数据传输模块，将水位和降雨量等信息形成 IP 数据后通过 GPRS 网络传输到中心站计算机，保证数据及时、准确传输的前提下，将系统运行费用降到最低。1.2 CA
6、N 总线技术CAN（Controller Area Network）即控制器局域网，是一种有效支持实时控制的串行通信网络，与一般的通信总线相比，CAN 总线具有先进的主网络结构，实时性好，通讯距离远，数据传输速率快，具有较好的差错控制能力，可靠性高、系统容量大、扩充容易、安装方便、维护费用低、性价比高等优点，特别适用控制节点多，分布较散的监控场所【】 。因此，本设计采用 CAN 总线来实现对水情信息的采集，可提高系统的可靠性、实时性和灵活性。2 系统的总体结构框架该水情自动监测系统采用“分散监测，集中处理”的模式进行设计，整个系统由现场水情远程终端监测基站、GPRS 通信网络和水情遥测中心站三
7、大部分构成。系统总体结构如图 1 所示。现场需要采集的水位、雨量等水情数据，通过相应的传感器连接到 CAN 网络中，进行数据的采集。GPRS 远程传输部分主要是将已采集的数据经过压缩整理，再由 GPRS 模块经 GPRS 和 Internet 网络发送到本地的服务器上，数据经处理后，水情信息导人数据库备份、这些数据可指导水利部门采取相应的措施而对实际水情加以利用或控制。C A N 总线C A N 总线基于 M C U 的 C A N总线节点基于 M C U 的 C A N总线节点基于 M C U 的 C A N总线节点基于 M C U 的 C A N总线网关节点水位计雨量计水位计雨量计水位计雨
8、量计G P R S 数据收发器终端电阻水情遥测中心G P R S 网络基站- - - - - - - - - -图 1 系统总体结构框图Figue13.系统功能的实现3.1 系统硬件设计该系统的主要硬件设计部分为远程终端测量站，远程终端测量站包括三大部分：一是采集模块，二是 GPRS 通信模块，三电源模块。其结构如图 2 所示。其中 MCU 选用 MSP430F149，MSP430F149 采用了最新低功耗技术，工作电流为 0.1 一 400PA，它将大量的外围模块整合到片内，特别适合于开发单片超低功耗系统。该单片机具有低电压、超低功耗；具有 12 位的模数转换器；拥有大容量的存储空间；两通道
9、串行通信接口；以 MSP430F149 单片机为核心的数据处理单元，通过模拟/数字通道对翻斗式雨量计、压力水位计采集到的水情数据进行分析、预处理以及存储；通过串行通信口连接到 CAN 网络中，完成 CAN 总线数据收发和协议转换；并通过串行通信口与 GPRS 模块 MC39I 进行连接，通过AT 命令控制其上网进行数据收发。考虑野外现场没有市电，系统选择了太阳能加蓄电池的供电方案，阳光充足且太阳能板输出满足系统要求时，太阳能电池板为终端供电并对蓄电池充电；阳光强度不够时则由蓄电池为系统终端供电。太阳能光板 蓄电池雨量传感器C A N 总线C A N 总线水位传感器P C A 8 2 C 2 5
10、 0C A N 收发器S J A 1 0 0 0C A N 控制器M C U 模块G P R S 数据收发器3.2 系统软件设计3.2.1 现场遥测终端软件设计现场遥测终端软件设计采用模块化设计方法，主要包括初始化模块；数据采集模块；数据处理模块；数据存取模块；无线通信模块；定时器中断和串口中断等，该系统采用 C 语言开发，开发环境为 ADS1.2，MSP430F149 通过串口发送 AT 指令控制 MC39I 通讯模块实现初始化、网络登录、数据收发等功能。其程序流程如图 3 所示。3.2.2 遥测数据中心软件设计水情遥测中心是该系统的监控中心，负责水情数据的接收、显示以及存储和查询。本系统采
11、用 VB 6.0 来开发，在软件编制过程中，采用模块化程序设计方法，主要功能模块包括用户登录模块、系统设置模块、数据通信模块和数据管理模块。软件编制中，采用 VB 6.0 的 Winsock 控件编写网络通讯程序，用Access 数据库保存各监测点的数据、系统参数以及日期、时间等。该软件为用户提供了一个可视化界面，实时监测各监测点的水情数据。通过此软件，可查询历史数据库，查看各监测点水情信息的历史记录和统计曲线，从而为水利相关部门提供决策依据。S J A 1 0 0 0 初始化单片机初始化开始处理采集到的数据数据传输数据采集M C 3 9 I 通讯模块初始化登录 G P R S 网络G P R S 网络正常 ？定时采集时间到 ？有数据传输指令 ？YNYNNY4.结论本文在整体系统上选择了先进的 CAN 总线和 GPRS 远程数据传输技术，将GPRS 技术与 CAN 总线技术有机结合，设计完成了一个具有现场运用 CAN 网络采集水情数据，而且可以实现数据无线传输的远程监测系统，采用 VB 6.0 编写遥测数据中心软件，该系统抗干扰能力强，可靠性高，实时性强，管理操作简单，可实现对不同地区水库、河流的水情，进行自动、实时、可靠的监测。
