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基于GSM網絡的商洛市河流水資源監測管理系統

作者:第一論文網 更新時間:2015年10月30日 10:03:34

商洛市水源分布不均勻,大多數地區都有不同程度的缺水狀況。隨著工業不斷發展,人類制造的垃圾以及工廠排放污水,對商洛市的河流水資源產生了嚴重影響。水資源在各縣區的污染日趨嚴重,水質量逐漸惡化,水資源的使用率也逐步下滑,進而水資源缺乏的矛盾也進一步激化,這使農業生產的質量和產量得不到保障,將嚴重制約農業生產經濟的發展,與我國的可持續發展戰略相違背。對于環保部門而言,方便、經濟、有效地監測河流水質、水位信息就顯得十分必要。隨著科學技術的不斷地發展,各種檢測與通信技術越來廣泛地普及,利用GSMc等一些先進的科學技術方法進行河流水資源相關信息的監測與管理,已經成為一個很重要的研究方向。水資源的實時監控管理已經廣泛應用于德、美、荷蘭、日本等國家,已經使“環境評價體系”和“自然災害防御體系”實現網絡化。在國內,該方面也有諸多研究。沈旭完成了基于ARM與手機短信的水質自動監測系統,避免了有線系統的局限性,解決了人工取樣監測水質誤差大,延時高、效率低的問題,然而系統的穩定性相對較差,所以故障率較高;李一君[11]在系統的穩定性方面有所提高,但系統的數據顯示,采用了點陣式LED顯示屏,因此可顯示的數據比較受局限。本文在此基礎上,采用全球移動通信系統GSM,不但可實現雙向數據傳輸,用戶也無需另外組網,還對上位機軟件進行了改進,進而增強商洛市河流水資源的管理。1水資源監測管理系統總體設計

本文實現基于單片機、GSM網絡、傳感器組對河流流域水況的實時監控系統,分為監測單元、GSM無線網絡、總控制端三大模塊,如圖1所示。每個監測單元包括多個檢測模塊分別實現對河流的水位、pH值、濁度等有關數據進行檢測采集,然后通過GSM模塊進行控制終端與室外監測單元的數據傳輸,這些數據最終經過處理并在PC機更直觀地顯示,工作人員可以通過總控制端獲取河流實時狀況,當出現異常情況時,便于工作人員采用相應的應急措施。

2水資源監測管理系統總體功能需求分析

經分析本系統需要實現的功能如下:

1)將若干個檢測單元分段部署在河流中,定時傳回水況,將采集的數據結果進行分析比較可以確定某個監測點是否有污水排入,還可以確定排入污水的區間位置的變化狀況。另外,可以由上位機發出指令設置水位正常范圍,如若水位或者水質數據超出限定的范圍,系統需要自動報警,有助于對于河道斷流或堵塞情況得到及時解決,避免或降低河道斷流或堵塞帶來各方面的損失。

2)該系統需要實時地監測水位的變化。

3)采集到的數據需要進行記錄,比較匯總于總控制端PC機顯示,從而能夠觀測出周期內的水況變化情況,有利于河道的管理和治理。3系統硬件結構

系統分為監測單元、GSM無線網絡、總控制端。1)檢測單元,檢測單元采用太陽能蓄電池供電,單片機控制GSM模塊與傳感器組進行收發信息與采集數據,傳感器組分別由渾濁度傳感器、pH值傳感器、水位傳感器等模塊組成。2)GSM無線網絡由分布在監測端和控制終端的GSM收發模塊構成,完成兩個端的數據傳輸。3)總控制終端包括數據接收、處理模塊與PC機軟件,實現數據的接收、處理、存儲、顯示、控制、管理。3.1檢測單元

水位水質監測系統的檢測端由若干個獨立的水質水位檢測單元組成,每個檢測單元由無線模塊、傳感器組和控制中心組成,這些檢測單元分布于河流流域的各監測點,用于采集該位置的水質情況。檢測單元的硬件結構,如圖2所示。

為了獲取河流的水質情況,需要監測水質情況的多種參數,因此,采用了傳感器組來采集水資源的各項數據。傳感器組由水位傳感器、pH值傳感器、濁度傳感器、電導率傳感器、溫度傳感器和溶解氧傳感器組成。在本系統中的傳感器組被放置到水下。在各個子系統中,由單片機接收各個傳感器所采集的數據并進行數據處理,然后通過GSM無線模塊傳回控制終端。3.2 GSM無線通信網絡

GSM無線通信網絡完成監測位置與控制終端之間的網絡數據傳輸,即把監測地點采集的數據發送到控制終端。利用GSM無線模塊接收傳回的數據,接收到的消息通過控制中心從模塊的串口讀出并交由后臺來完成數據分析和處理,直觀地顯示在PC機軟件中,為做判斷和制定相關的實施方案作一參考,與此同時通過GSM模塊將控制指令轉換為短消息發送至檢測單元。

為了保證數據的傳輸無誤,實現對水資源信息的大范圍監測,需解決的最棘手的問題就是如何利用GSM無線網絡通信技術完成數據傳輸。GSM模塊TC35通過MAX232串口通信與PC機連接,它們之間的通信采用了RS-232C標準串口通信協議。GSM系統采取控制信道來進行數據傳輸,這與語音信道的使用不沖突。監控中心與基站建立通信連接,首先要通過AT指令來激活調制解調器,使其進入待命狀態。在所有準備工作都完成之后,由監控中心的計算機來發送相對應的指令系統采用GSM系統的短消息業務來進行基站檢測參數的傳輸。短消息在接收設置遇到故障或者電力原因而停止時會保存一段時間直到接收設備啟動。GSM無線通信是保持水質參數在線監測的關鍵技術,它聯系了監測單元和控制終端,將監測點的水質數據傳輸到總控制端的PC機。3.3控制終端PC機軟件

如圖3所示,PC機軟件主要完成的功能有,水質、水位實時數據接收,信息顯示,歷史紀錄查詢、報警、系統設置。數據接收功能主要完成接收數據,并在數據庫中存儲。實時信息顯示功能是指在實時顯示面板中顯示各個監測點的水質、水位信息。歷史記錄查詢,是指查詢每個監測點的歷史數據。報警功能是指,當某個監測點的某一項數據超出安全范圍,系統將會發出報警以警示工作人員,并做特殊紀錄。上位機軟件界面如圖4所示。

4結論

本系統通過監測端傳感器對商洛市河流的水位、水溫、濁度、電導率、pH和溶解氧等水況數據進行采集,并利用覆蓋率高的GSM網絡進行無線傳輸,將數據發送到控制終端進行數據處理和分析,以便水質監測人員及時作出相應對策,最終實現對水資源的管理與保護。

本系統可以長期連續地進行水況數據采集,實時性強,可大大提高對商洛市河流水況數據的掌握情況,在節約成本的同時提高效率。

本系統采用AT89C51來完成核心架構的搭建,采用GSM的方式來實現無線消息的發送,不僅具有負載平衡的特點,還可實現實時自動更新,目前已經應用到商洛市的部分河流水質監測中。該系統通過拓展調整,也可實現其他類似的監測功能。

目前,本系統所能夠監測、處理、分析、顯示、存儲的數據還不夠豐富,在以后的研究中還需要進一步完成各項指標的信息融合。另外,該系統的測量結果在一定程度上會受到天氣、環境等方面的因素影響,今后的研究中仍需在可靠性方面加強。

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