基于PC的地下水智能监控网络设计方法

2010-08-15田来剑郭建珠

山西水利 2010年6期

田来剑，赵军，郭建珠

（1.长治市郊区水利局，山西长治 046000；2.太原理工大学，山西太原 030024）

1 地下水位与水质监控意义及方案的提出

地下水位变化影响地质变化和地壳运动。监测地下水位变化通常是人工手动到现场进行测量采集数据，但地下水监测范围较广，需要大量的人力资源，工作周期较长，且以离线方式为主。为了满足地下水监测要求，提高效率，节省资源，根据该地区地下水监测的实际需求，提出以传感器为远端采集设备，通过GPRS网络定时登录服务器，将传感器采集的监测数据上传服务器的解决办法。根据客户实际需求，制定确实可行的解决方案，并开发智能GPRS数据传输器，采用GPRS网络通讯方式进行数据传输。

无线GPRS地下水网络系统终端采用大规模集成电路技术、嵌入式操作系统、网络数据传输技术、抗干扰技术和串行接口通信技术。线路的设计与元器件的选择以较大的环境适应性为原则，确保设备运行的可靠性。特别采用了太阳能供电方式，适用于不方便提供220V交流电的野外数据采集现场。通过上位机软件可以监测远端点设备，将采集的数据传回中控室，并将数据保存在软件后台数据库中。

2 系统组成及组网方案

地下水网络监测系统整体分为3部分：远端监测点、无线传输链路和中心控制室。

远端监测点又由3部分构成：数据采集器、GPRS数据传输设备及GPRS数据传输设备电源。采用传感器对地下水的水位进行监测，GPRS数据传输器将所采集的数据上传至中心控制室，采用太阳能为数据传输器供电。

无线传输链路采用GPRS数据传输，由远端点GPRS数据传输器发送数据到GPRS网络，再经服务转换，进入Internet网络，最终传输到服务器上，并由服务器转发数据库到客户端软件。客户端软件依托于数据库，从而实现中控室客户端软件和远端点GPRS数据传输器之间的无线数据通讯。

中心控制室由IP数据代理服务器、控制台和客户端组成。其中，IP数据代理服务器采用嵌入式实时操作系统，可以预防所有WINDOWS操作系统流行的病毒，独立的传输协议保证设备传输控制不被侵扰，用以实现采集数据的转发、存储和Web浏览功能；控制台由一台计算机和本地客户端软件构成，完成对监测点设备的设置等功能；客户端为网络客户端，实现监测数据的网络查看功能和异地查看功能。

3 系统各组成部分功能

3.1 前端智能传感器

数据接口采用一个或两个RS232接口，可同时接一个或两个传感器，波特率为9600Bps；系统通信端口采用全隔离技术，可避免通信系统因雷击或其他故障损害通信端口；使用单片机控制采集频率及上传频率；电池供电。

3.2 GPRS智能传输终端

串口通讯速率选择9600Bps，通讯模式是8位数据位、1位停止位、无奇偶校验、无硬件控流；远程/自动唤醒功能实现远程数据采集、控制，保证其工作的可靠性；内嵌完整的TCP/IP协议，应用更全面、更广阔；带自主开发的主控电路和硬件看门狗，保证电路可靠工作，并根据需要进行软件串口升级；实现点对点的数据传输，保证计算机IP地址与设备IP地址一致，设备所设端口号与服务器端口号一致；实现太阳能供电方式，体现节能环保。

3.3 IP数据代理服务器

实现连接GPRS数据传输服务器并存储其上传数据的数据服务功能；连接Web查看软件和本地客户端设置软件，完成数据查看、数据存储及GPRS数据传输服务器的设置。

3.4 中心控制室及异地软件平台

本地客户端软件，即ZYT系列无线GPRS地下水网络监测系统软件，可以对在线设备进行数据采集，进入测试方式等；可以设置一定的管理权限，保证系统的安全性；可以对设备进行管理、设置等；可以进行数据查询。

工作模型为三层结构，即实时设备—服务端—客户端。服务端可以接受各种命令轮询或单独获取各采集点的数据信息、控制各可控制设备的启停，并可按需要定时或依据数据变化控制设备。客户端可实现数据展示和权限控制等，向服务端发送各种命令，以实现需要的功能。

采用多客户端—服务端对应多设备可避免多个控制软件直接控制同一设备产生的各种不可预知的问题，并有效提高工作效率。

Web浏览器——地质环境自动化远程监测系统，网络版软件在整个地下水监控系统中作为远程客户端，用户在任何有互联网的地方通过登录软件即可对地下水监测现场设备采集的实时监测数据进行在线查询。

4 结语

4.1 重视地下水资源的合理开发利用

我国大部分地区水资源贫乏，部分地区地下水位连续下降。因此，水利工作者必须从大局及长远利益出发，加大地下水监测职能，严格控制地下水超量开采，保证补给与消耗基本平衡，实现和谐有序发展。

4.2 重视地下水水质的监测及保护工作

地下水资源是关系国计民生的重要资源，必须切实保护地下水免受污染，加强地下水水质的监测工作。近年来随着经济社会的不断发展，工业“三废”及生活污水排放使一些地区浅层地下水受到污染，给人民生活带来很大影响。地下水污染一旦形成，就需要较长的时间、较大的财力才能恢复，所以地下水水质监测工作必须作为一项基本职能长抓不懈。