基于GPRS的水库水位监测系统

王雅君+冯冬梅

摘要： 目前在水库水位的检测中存在检测实时性差和投入水中的传感器漏水等现象，针对此现象，设计了一款基于GPRS的水库水位监测系统，本系统能够实时检测水位信息，并通过GPRS信号将检测到的水位信息及时传送给上位机进行显示。

Abstract： At present， there are many problems in the detection of water level in the reservoir， such as the bad real-time detection， sensor leakage and so on. Aimed at this phenomenon， a reservoir water level monitoring system based on GPRS is designed. The system can realize the real-time detection of water level information and transmit the water level information detected by GPRS signal to the host computer.

关键词： GPRS；水库；水位监测系统

Key words： GPRS；reservoir；monitoring system of the water level

中图分类号：TV697.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）29-0093-02

0 引言

近几年来，一些突发事件引起了人们对水位实时监测的注意，水位控制的不好造成了许多不必要的损失，更可怕的是由于对水位监测的不够准确，给人们带来了灾难性的事故。因此水位监测系统的可靠性和实用性是最关键的也是最需要解决的难题，研制能够可靠地实时监测水库水位的监测系统具有重要的现实意义。

1 方案论证

1.1 水位测量

方案一：超声波水位测量。

近几年超声波被人们广泛的应用，超声波液位计是由微处理器控制的数字物位仪表。在测量中脉冲超声波由传感器（换能器）发出，声波经物体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。由于采用非接触的测量，被测介质几乎不受限制，可广泛用于各种液体和固体物料高度的测量。但由于压力的大幅度波动会影响测量精度，因此不适于有大幅度波浪的水位测量。

方案二：压力式水位测量。

该种测量方法是将压力传感器置入水底，通过检测压力即可计算液位的高度，并将液位值储存在存储器中。这种检测方法测量精确但有较大的缺点就是传感器置入水中的时间过长会出现漏水现象，另外就是水位检测的实时性得不到保障。

方案三：自主研发的水位传感器测量。

本方案主要利用BS57HB56-03步进电机带动触点随着水位上下移动，触点和水位形成电流回路，当回路断开时即可判断触点离开了水面，然后驱动电机让触点下行，回路接通时即说明到达水面，根据步进角度计算出触点移动的距离。

1.2 数据传输

方案一：GPRS无线数据传输。

无线数据传输是指利用无线传输模块将工业现场设备输出的各种物理量进行远程传输，采用单片机把传感器采集到的数据由RS232传输给GPRS无线模块进行发送，然后把接收到的数据上传到服务器终端，用户可以访问服务器，进行数据的读取和处理。

方案二：ZigBee无线数据传输。

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。由于本设计是远程监控我国各地区水库的水位情况，因此不适合使用ZigBee这种短距离的无线通讯技术。

1.3 用户监控平台

方案一：利用Visual Basic开发环境。

Visual Basic是一种由微软公司开发的包含协助开发环境的事件驱动编程语言。从任何标准来说，VB都是世界上使用人数最多的语言。它源于Basic语言，对于初学者需要有一定的基础。VB拥有图形用户界面（GUI）和快速应用程序开发（RAD）系统，可以轻易的使用DAO、RDO、ADO连接数据库，或者轻松的创建ActiveX控件，但画面并不美观。

方案二：利用Labview开发环境。

LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。利用其设计用户界面可以更方便并且设计的界面更美观。

综上所述：本设计采用自主研发的水位检测传感器，利用GPRS无线数据传输终端把数据传送，利用 Labview开发环境编译用户监控平台，实现最佳监控。

2 系统整体设计

水位监测系统的框图如图1所示。

设计一款水位检测装置，该检测装置使用单片机作为核心控制器。将ARM与WDT（远程数据传输终端）相连，检测到的数据由WDT通过GPRS/CDMA网络传送到无线网关（运营商）。数据再经过Internet网络被送到WSG（无线网关），数据经过WSG后被发送到DSC（数据服务中心）。这样就可以将检测到的水位信息传给上位机进行保存和处理，从而实现水位的实时监测。

3 系统硬件设计

3.1 处理器

HT66FU50系列单片机是一款A/D型具有8位高性能精简指令集的Flash单片机。该系列单片机具有一系列功能和特性，其Flash存储器可多次编程的特性给用户提供了极大的方便。存储器方面，还包含了一个RAM数据存储器和一个可用于存储序号、校准数据等非易失性数据的EEPROM存储器。

HT66FU50系列单片机内含UART模块，它可以支持诸如单片机之间的数据通信网络，低成本PC和外部设备间的数据连接，便携式和电池供电设备间的通信等。

3.2 水位检测

水位测量部分利用BS57HB56-03步进电机带动触点随着水位上下移动，根据步进角度计算出触点移动的距离，HT66FU50单片机控制Q2HB44MA驱动器，驱动步进电机达到精确测量的目的。

3.3 GPRS模块

本系统的GPRS模块采用KS-93，KS-93 mini系列产品通过互联网TCP/IP协议实现数据远程传输功能及短信传输功能。此产品为DB9串口接口，RS232/RS485通用，同时串口也支持TTL接口，可以直接连接各类仪表终端设备，提供多种数据传输方式。满足工业数据传输的高可靠性要求，适用所有远程数据采集监控/移动数据传输等，广泛应用于物联网，节能减排产品或工程上。实物图如2所示。

4 用户操作界面设计

利用LabVIEW软件进行用户操作界面的设计，用户操作界面如图3所示，不同的按钮代表不同省市地区。

点击图3红色按钮以后，就会弹出图4所示窗口，即水位测量的显示界面，用户可以直观的从折线图上看到水位的变化情况，并且可以查询以前的水位记录，方便数据分析，有效的管理水库。

5 实验数据及分析

实际工程应用中水库水位的变化是相当缓慢的，数据发送的时间间隔可以设置的比较长，但是在实验室中模拟时可以缩短数据发送的时间间隔。测量数据如表1所示。

6 总结

基于GPRS的水库水位自动监测系统，能够实现水位的准确检测及远程传输。但是系统还存在一些不足，如步进电机的噪声比较大，用户界面的功能还不够强大等，在用户界面的设计中还可以加入报警值的设定，历史变化曲线等功能。

参考文献：

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[2]某市沿海潮位实时监测系统[J].国内外机电一体化技术， 2008（04）.

[3]张丽，李续武，呼玮，董丽娟.水位实时监测系统的设计与实现[J].航空计算技术，2006（03）.