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1、Proceedings of the 25th Chinese Control Conference 7-11 August, 2006, Harbin, Heilongjiang 基于AD基于AD AM5510 和GSM的水位远程测控系统研究 AM5510 和GSM的水位远程测控系统研究 王树东,冯磊,潘峥嵘 兰州理工大学 电气工程与信息学院， 兰州 730050 Email:feng3635610 摘 要摘 要:介绍了一种基于 ADAM5510 和 GSM 实现水渠水位远程自动测控的系统。 具体给出了系统结构、 工作原理， 着重论述了利用 GSM 实现远程通信的方法。目前，该技术已实际应用
2、，成功的实现了水位信息的自动采集、存 储、远程通信及实时查询，并能根据水位实现闸门的自动控制。 关键词关键词：ADAM5510；GSM；水位；模糊控制 Study on Water Level Automatic Measurement and long-distance Control System Based on ADAM5510 and GSM Wang Shudong, Feng Lei，Pan Zhengrong College of Electric and Information Engineering, Lanzhou University of Technology ,La
3、nzhou 730050 Email:feng3635610 Abstract： This paper brings forward a project that to realize long-distance control of water level information by the water level automatic measurement and transmission system based on ADAM5510 and GSM network. Construction and work principle are shown in the paper, an
4、d concrete method of realizing the telecommunication by GSM is discussed in detail. At present, this technology has been applied to the penstock level supervision and measurement system. and the automatic collection、storage、telecommunication and real time demand of penstock level information have be
5、en realized successfully. The valve can also be controlled automatically according to the water information. Key word: ADAM55510；GSM；Water Level；Fuzzy Control 1 引言引言(Introduction) 现 1代高新技术发展，特别是信息技术、数字化 技术的发展，使得对农业水资源的监控管理成为可 能，展示了一个新的方向，促进农业水资源的管理 由单目标、静态管理，向多目标、多层次的动态方 向发展，促进了传统灌溉管理模式向生态环境、自 动化管理模
6、式发展，这种系统的建设将使农业水资 源的管理发生重大变革。由于灌溉水渠的水情测量 具有测点多而分散的特点，而传统的水渠水情测报 系统是采用人工检测的方法获取水情数据，整个测 量过程繁琐费时、而且易受人为因素影响。为实 现现代农业的自动化，我们开发了基于PC架构的可 编程序控制器ADAM551O为控制核心的水渠水情自动 测报系统。该系统在实现水渠水情数据的自动采集 IEEE Catalog Number: 06EX1310 基金项目： 甘肃省自然科学基金项目资助 （编号： S021 - A25-018-G） 存储及现场显示的同时， 还可通过GSM网络的短消息 业务将水情信息发送到监测中心，从而实
7、现水渠水 情的远程管理控制。 2 ADAM551O 和 GSM 简介(ADAM551O 和 GSM 简介(Introduction of ADAM5510 and GSM) PCBased PLC 的 ADAM5510 具有 IPC 和 PLC 的 双重特性，是开放式架构、封闭式系统，并可脱机 运行。ADAM5510 的设计紧凑，是一款智能化现场 信息采集单元，特别适合于采样及控制点分散，与 主机距离较远的数据采集及控制场合。系统配置灵 活简单，输入输出模块全部为隔离保护方式，内部 具有看门狗电路，大大的提高了系统的可靠性，应 用系统开发周期短。研华 ADAM-5510 嵌入式控制 采用开放的
8、 PC 架构， 不仅容易编写控制逻辑， 而且 容易与 PC 系统连接。ADAM-5510 内置 80188CPU 和 ROM-DOS 操作系统。 提供 512KB FLASH ROM、 512KB SRAM 用于用户程序下装、系统操作和数据 1710 存储。 ADAM-5510 具有两个串行口用于与其他设备 通讯，另有一个程序口用于下载和调试程序。短消 息业务 SMS 是 GSM 系统提供给用户的一种数字业 务，也是其核心业务。每个短消息的信息量为 160 个 ASCII 字符。每条消息的传送都是通过短消息业 务中心(SMSC)，它是 GSM 网络和其他固定或移动 网络之间进行数据通信的控制单
9、元。 ADAM5510和GSM模块之间采用AT指令实现 互相之间的通信，AT 指令的格式符合 GSM7.07 规 范。 ADAM5510 发出的 AT 指令用来建立通信链路， AT 指令集的指令格式都以 AT 开头。举例： AT+CMG （发出一条短消息命令） ； AT+CMG （删除 SIM 卡内存的短消息） ； AT+CMGF （选择短消息信息格式：0-PDU;1- 文本） ； AT+CMGR （读短消息） ； AT+CMGS （发送短消息） 。 3 系统的硬件结构设计系统的硬件结构设计(The Structural Design of the System Hardware) 本系统分为
10、设在现场的现地控制单元和设在控 制中心的集控层。在现场的现地控制单元(LCU)中, 研华 ADAM5510 是整个控制器的核心。 通过编程来实 现数据采集、计算、传输、逻辑控制等功能。研华 ADAM5510 与 GSM 调制解调器(Modem)之间使用 RS485/RS232 转换的适配器连接,通过 GSM Modem， LCU 可以在 GSM 网络平台上收发短消息,从而向集控 层 发 送 数 据 或 接 收 来 自 集 控 层 的 命 令 。 另 外,ADAM5510 通过其输入模块(DI、 AI)来采集现场的 电源监视、限位开关、闸门开度、水情等信息；经 过计算后,结合集控层的命令来控制闸
11、门等设备的 启闭,并将结果发送到集控层， 即使因通信故障等原 因无法与监测中心联系，也可独立完成水情的测量 与存储工作。 其次,作为集控层,可以由手机和监控中心配合 GSM Modem 组成。集控层与现地控制单元之间通过 GSM 短消息进行通讯。在手机里可以预存一些命令, 在需要时发送给 LCU,从而了解现场情况。而配置了 计算机和 GSM Modem 的监控站中心,通过软件编程, 来收发短消息,从而实现对 LCU 的监控。同时,可以 将数据存入数据库,形成历史数据库,便于统计查 询。系统结构如图 1 所示。 4 通信设计（通信设计（Design of Communication） 4.1 数
12、据通信机制的设计4.1 数据通信机制的设计(Design of the Data Communication) 通信方式采用定时发送和查询两种方式。 定时发送方式：用户可以根据自己的需要方便 地设定定时发送的时间“如设定具体是几点几分几 秒发送。当所设定的发送时间到时，系统会自动将 此时的最新水情信息以短消息的方式向监测中心发 出。 查询方式：在任意时刻，用户都可以通过向某一 被测站点发送短消息来获取当前最新的水情信息。 当用户向某一被测站点发送短消息后，该站点的监 测终端首先会进行身份验证，通过身份验证后会回 复当前最新的水情信息；若未通过身份验证，则不 会发送水情信息。这样设计可以屏蔽掉部
13、分无用的 短消息。 下位机向手机或上位机发送的数据信息，包括 机位号、 数据采集时间、 各测点数据、 故障指示。 发 送数据包格式： AD*$/$/$:$ #B#C#D#E#F#G#H#！ ？； 其中：代表空格；AD*代表各测点（即机 号）名称；$/$/$:$代表日期时间； (年/月/日 时：分) A#B#C#D#E#F#G#H# 代表各测点水情；(单位 mm) 举例： 2005 年 8 月 20 日 10 点 26 分测得某总干渠上 游水情 1100mm,东干渠水情 1000mm,西干渠水情 900mm,无故障，发送数据格式如下：AD0000 2005/08/2010:26 A1100B10
14、00C0900D0000E0000F0000G0000H0000 000 1711 4.2远 程 通 信 的 实 现远 程 通 信 的 实 现 (Realization of the Long-distance Communication) 作为监控中心的上位机和下位机的通信通过编 程实现，直接在 PC 机上用 C 语言来实现，然后写入 ADAM5510 的 SRAM 中。 上位机系统中包括 GSM 短信模 块和接口控制模块， GSM 短信模块与监控点子机中的 GSM 短信模块完全相同，接口控制模块通过 RS232 接口实现与计算机通信功能。 监控中心计算机控制整个系统短信的接收和发 送,自动
15、把各监控点上传数据存入水情数据库中,在 监控点设备发生故障时发出短信报警,提醒工作人 员进行处理,也可同时向负责人发送报警信息,以便 其及时组织人力进行抢修。监控中心可随时对任一 监控点的子机发送命令,获取监控点设备运行信息。 这里通过数据通信程序流程图（图 2） ，来说明 上位机和下位机的通信过程。 5 闸门水位的自动控制闸门水位的自动控制(Automatic Control of the Water Level) 系统可以自动根据送到监控中心的水位信息， 对闸门实施控制。我们采用模糊控制技术对闸门水 位进行控制。模糊控制器为 PID 型模糊控制器，采 用增量式 PID 算法。 () ()(
16、) 11 11 2 2 d iiiiiii i piiiidiii tt uk eeeeee tt keek ekeee 2 2 =+ =+ 式中=k 比例系数； p k i kkt t= i 为积分系数； dd kktt=为微分系数。再作如下变换： ()() 12 2 pidipdidi ukkkekkek e =+式 中;2; pidpdd AkkkBkk Ck=+=+= PID的程序框图如图3所示 图 3 PID 的程序框图 闸门水位控制的仿真结果如图 4， 期望水位为 44cm。 图 4 闸门水位控制仿真 6 结论结论(Conclusion) 该系统已成功应用于甘肃省张掖市农业灌溉水 渠监测,站点多达上百个且分布分散,应用该技术后 已成功的实现了水情信息的自动采集、存储、远程 通信及实时查询, 并实现对闸
