基于GPRS的污水在线监测系统

第6期(总第157期)机械工程与自动化No. 62009年12月MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATIONDec.文章编号:1672-6413(2009)06-0085-03基于GPRS的污水在线监测系统葛爱欣，贾敏智，吴秀红(太原理工大学信息工程学院，山西太原030024)摘要:针对我国目前企业污水监测耗时、监测能力不足、监测信息处理实时性差的现状，设计了一种基于GPRS的污水在线监测系统。该在线监测系统的硬件采用Ti公司的MSP430单片机系统,由GPRS模块Sim300C及电源模块、外围接口组成，能够实现多种水质参数的采样。上位机界面由Visual Basic 6. 0实现。关键词: GPRS;污水在线监测; SIM300C中團分类号: TH165*.2: X52文献标识码: A0引言块，ADC模块把模拟量转换成相应的数字量,然后控.我国水资源紧缺，水污染严重，而水质监测是水制模块把这些数字量送人数据缓冲区，利用AT指令资源管理与保护的重要基础。但目前全国各地对污染通过GPRS无线通信模块把数据送给远程管理计算源和排污河渠的水质监测仍停留在人工监测阶段，其机。远程管理计算机包括具有固定IP地址的计算机与地域覆盖率低，样品缺乏科学性和代表性，难以反映上位机数据管理软件.具有固定IP地址的计算机能够企业及城市污水排放连续变化的情况。国家及各省市实现与GPRS无线通信模块的通信，上位机数据管理地区日趋重视生态环境的保护，在水资源污染方面不.软件实现对监测系统上传的污水水质参数进行显示、断加强治理，但因为环境保护意识的淡薄及利益的驱统计的功能，并存储到数据库，以备日后查询企业的使等诸多因素,某些企业随意偷排污水和非达标排污，污水排放情况。系统的结构图见图1.造成环境严重污染的情况时有发生，因此在监测监管温度传感器]方面也要加大投人。提供-一个有效的、实用的、先进的监控系统和解决方法，对加强环境监测力度显得极PH值传感器为迫切，建立废水在线监测系统,提高水质监测能力,[ 浊度传感器远程管理.计算机势在必行。据此，本文提出了将MSP430单片机技术- A/D|控制二无线C s与GPRS网络技术引人污水在线监测系统，利用电导率传感器D模司通信F( Internet)=:MSP430的低功耗与GPRS永久在线、按流量收费、数密解氧传感器据传输速度快、误码率低的特点，实现水质信息的在采集数据设备I线监测与远程传输”。1污水在线监测系统整体设计方案團1污水在线监测系统结构圄基于GPRS的污水在线监测系统主要由数据采2污水在线 监测系统硬件实现集设备、控制模块、外围接口、GPRS无线通信模块和2.1 电源模块远程管理计算机(上位机)5部分构成。数据采集设备电源模块给控制模块、GPRS无线通信模块供电,.由各种水质参数(如温度、PH值、独度、电导率、溶解其中MSP430的系统电压是3.3 V,由LD1117经外部氧)检测传感器、变送器等组成，这些变送器输出的标DC5 V产生。SIM300C对电源电流要求高，所以选用.准电信号通过接线端子接人控制模块内置的ADC模了Miorel 公司的MTC2O29RT钻电流低压差电源芯中国煤化工收稿日期，2009-02-20; 修回日期: 2009-06-27TYHCNMHG作者简介:葛爱欣(1983-),男.山西忻州人,在读硕士研究生.●86●机械工程与自动化2009年第6期片，MIC29302BT具有提供最大3 A电流的性能。本系量转换为对应的数字量，之后把数字量移入USART1统通过电阻匹配使VBAT输出4V电压，供给中的U1TXBUF.此外，MSP430F149还对GPRS模SIM300C.该设计很好地解决了多电压共存的问题。系块进行初始化，并通过RS- 232 串行接口使用AT指统电源模块的硬件实现见图2。.令完成对GPRS模块的操作。GPRS无线通信模块主2.2控制系统与 GPRS无线通信模块.要实现与远程管理计算机建立TCP/IP连接，以实现污水在线监测系统的两个核心设计是单片机设计污水水质参数的传输。本设计采用SIMCOM公司的与无线通信设计。其中，单片机系统选用内嵌TCP/IP协议栈的GSM/GPRS模块SIM300C,MSP430F149. MSP430F149是16位单片机，采用精该模块功能强大、操作简单、性价比高。SIM300C通简指令集(RISC)结构，125 ns指令周期。这款单片机过60引脚的板间连接器与MSP430F149的串口1.具有很低的供电电压以及超低的功耗，内置有2个带SIM卡插座相连。其中P1.0连接着SIM300C的有大量捕获/比较寄存器的16位定时器、两通道串行PWRKEY引脚，以控制SIM300C的开、关机。控制通信接口以及12位的A/D转换器，可实现8路外部系统与GPRS无线通信模块的硬件实现见图3.输人。MSP430F149负责把通过P6.0口接人的模拟埠VU6 MC29302BTVBATIN。OUT备JP。2日CP2一m.“”Tio0wT22阳100nF470吉U_JDI117voct INour 2言r9⊥cCPro J33To∞oo1L2gDPOWER圈2系统电源模块MSP430F149SIM300C的采样、处理、发送以及系统故障诊断等功能。程序采用C430编写。数传感3.1.1模拟量采集 模块.模拟量主要是单片机通过A/D通道采集的来自P1. of + PWRKEY传感器的信号，本系统选用的MSP430F149的A/D.转换有几种模式，考虑到有好几路采集，因此选用序列通道单次转换。数据的采集时间间隔通过定时器A来完成，具体实现过程为:在每次定时器A中断到来圈3控制系统与GPRS无线通信模块的硬件实现时读取A/D采集到的数据，在读数据之前先停止A/3污水在线监测系统软件实现.D转换，在读取数据完毕后启动A/D转换，如果得到系统的主要任务是监测企业的污水排放情况，然数据，则设置一个标志位通知主程序，告诉主程序已后通过SIM300C把污水水质参数发送到远程管理计经得到新的数据。图4是模拟量采集模块流程图(01]。算机。因此系统软件设计的重点是单片机的编程以及3.1中国煤化工上位机管理软件的设计。.CHCN MH G舌系统初始化、定时3.1 单片机代码器初如化、串口切炯比以及SIM300C各功能的初始单片机代码实现了在硬件基础上对水质参数数据化，然后设置对模拟量定时采样。当定时中断到来，停2009年第6期葛爱欣，等:基于GPRS的污水在线监测系统●87●止A/D转换，读取数据并倒向数据缓冲区。当串口1适用于远距离监测，不受地理条件的限制，有着广阔.监测到发送标志，则从缓冲区里取出数据，移交的应用前景4。SIM300C对数据进行TCP/IP打包并发送。在与管理|开始机建立连接时，若连接3次都没有成功，则给系统内部预设的管理员发送短消息，告之检查系统。系统主.程序初始化程序的流程图见图5[3]。3.2上位机管理软件 的设计打开中断管理软件运行在具有固定IP地址的计算机上,采上等待用Visual Basic 6.0提供的Winsock控件，实现对基.二于GPRS的污水在线监测终端和抄表终端连接的监串口1发送标志?听，上传的污水水质参数数据的接收、显示和存储，以及控制命令的发送[1]。清除发送标志下|定时器中断到来与管理机建立连接?停止A/D转换3次失败?NY3次?发送数据读取数据发送短信发送成功?启动A/D转换设置标志围5系 统主程序流程围圄4模拟量采集模块流程图参考文献:4结束语[1] 周杏鹏,仇国富,王寿荣,等.现代检测技术[M].北京:高本文设计的污水在线监测系统是利用单片机组成等教育出版社,2004.的数据监控系统，通过GPRS无线通信方式以短消息.[2]秦龙. MSP430单片机应用系统开发典型实例[M].北京:的形式完成对污水水质参数的传输，即在传统的高频中国电力出版社,2005.机数据采集系统中增加支持短消息、数据通信等业务3] 苗文山,李铁鹰,王用.基于GPRS技术的远程电能表抄表系统的设计[J].机械工程与自动化,2008(4):120-122.的GPRS模块，并为其分配一个独立的SIM卡。监控.[4] 求是科技.仵造,齐燕杰,等. Visual Basic 串口通信工程终端可以是PC机，也可以是移动电话或移动终端。开发实例导航[M].北京:人民邮电出版社,2003.GPRS模块利于系统集成，成本较低，运行稳定可靠，On-line Monitoring System of Sewage Based on GPRSGE Ai-xin, JIA Min-zhi, WU Xiu-hong(College of Information Engineering，Taiyuan University of Technology. Taiyuan 030024，China)Abstract: In light of the shortcomings of the existing sewage monitoring systems, this paper has designed and realized an on-linesewage monitoring system based on GPRS. The on-line monitoring system. including Ti's MSP430 MCU system, GPRS moduleSim300C, power module and external interface, can acquire plenty of water qualitv narameters. PC interface is designed by VisualBasic 6. 0.中国煤化工Key words: GPRS; on-line monitoring of sewage; SIM300CTYHCNMHG