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1、基于89C52单片机的GPRS雨量检测系统默认分类 2009-06-13 19:43:39 阅读339 评论4 字号：大中小订阅 摘要 IAbstract II1 绪 论. 11.1 课题研究的背景和意义. 11.2 国外发展现状. 21.3 国内发展现状. 31.4 课题研究的主要内容. 42 GPRS技术介绍. 52.1 GPRS概述. 52.2 GPRS传输数据的特点. 52.3 GPRS的网络结构. 62.4 GPRS的传输协议. 73 雨量检测系统组成. 83.1 雨量检测系统组成及原理. 83.2 JDZ05传感器. 93.3 通信模块. 103.4 AT89C52单片机. 124
2、系统硬件设计. 144.1 A/D转换电路. 144.2 时钟电路. 154.3 键盘接口电路. 154.4 串行通信电路. 174.5 电源电路. 185 系统软件设计. 195.1软件整体设计. 195.2系统软件抗干扰设计. 20结 论. 24参考文献. 25致谢. 26附录. 271 绪 论雨量数据自动采集系统是利用传感器、单片机技术和移动通信技术将雨量数据参数进行采集、存储、处理和传输的信息系统。利用雨量数据自动采集系统可以及时准确地掌握雨量信息并做出正确预报及决策，为水利调度和汛期洪水预报提供科学的依据。由于雨量数据自动采集系统的数据采集终端一般安装在野外，分布面广，因此通信方式的
3、选择对整个系统的可靠性起着关键作用。传统的雨量数据自动采集系统的通信方式主要有短波通信、超短波通信、卫星通信和有线拨号等。这些通信方式往往会受到通信质量、通信条件、通信范围、地理环境、建设成本及运行费用等因素的限制，不能很好地满足实际雨量数据传输的需要。而作为移动通信运营商提供的GPRS(General Packet Radio Service)业务有效地解决了雨量自动采集系统当中的通信这一关键问题。GPRS网络可实现全国及全球漫游，比传统系统，在网络覆盖上具有无法比拟的优势，加上GPRS本身具备的数据传送功能，使基于GPRS移动网络进行数据传输得到迅速的普及和应用。GPRS的出现改变了传统的
4、以话音为主的通信方式。作为短消息发送与接收的工具，该设备提供标准的数据接口，基于这种技术，已经开发出很多以GPRS网络作为无线传输网络的系统，雨量数据自动采集系统就是其中之一。雨量数据自动采集系统对各区雨量数据进行采集，将雨量数据按照短消息的规范封装，主要对 GPRS的概念以及GPRS通信提供的业务及特点作了描述。本章的最后提出了本研究课题所要解决的问题。1.1 课题研究的背景和意义我国每年的防汛任务都非常艰巨，在所有的气象灾害中，洪涝灾害发生的破坏性最大，影响范围广，尤其黄河中下游地区，对气象防灾减灾服务的要求更高。加强气象灾害的对策研究，提高对气候变化的监测、预测能力有助于减少国家和人民的
5、财产损失。 雨量信息是重要的水文监测参数，是气象信息的一个重要组成部分，它为防汛抗旱指挥提供重要的依据。它的实时性和可靠性是决策指挥的前提，雨量信息的及时采集可以为洪涝灾害、泥石流等有效的监测和预警，而作为一项基础性工作，建立该地区雨量档案系统，通过历史雨量信息的管理和分析，能够为区域气候的长期走势和大范围的气候变化做出科学预测，由于我国各地区降雨量级不平衡，加上地域辽阔，地形地貌复杂，区域经济发展不平衡等原因，导致雨量监测工作处在比较落后的状态，现有水利、气象部门业务上使用的气象监测网点无法满足防汛抗旱、人工增雨和防灾减灾的需要，在汛期，面对突发强对流天气和强降雨过程，政府和职能部门需要第一
6、手的雨量数据信息，提前对危险情况做出准确的判断和决策；建立一套经济适用、符合我国国情的雨量采集传输系统势在必行。 信息采集的自动化已成为数据测量的一种普遍而有效的方式，这不但降低了数据采集的成本，而且保证数据的准确性，更为后期的数据处理带来方便。同时由于现代的信息采集的基本环节主要是以测量为主的信息采集、以通信为主的信息传输和以计算机技术为主的信息分析处理，所以信息采集与通信及计算机技术的结合，形成了相互配合、共同提高的态势。虽然微处理器的应用已改变了它们的面貌，但传统信息采集大多至今仍使用孤立或局部控制的仪器或测试系统，来取得单一的测量数据。而三种技术的结合，能使信息获取、传输和处理成为信息
7、采集闭合环路中不可分割的组成部分。随着计算机网络技术、数据库技术、现代通信技术，尤其是无线通信技术的高速发展，信息采集系统与计算机网和通信网的结合成为趋势。在雨量采集过程中，为了保证获取雨量数据的实时、准确和连续有效，就必须在雨量测量和传输的过程中，准确及时地将雨量信息传送到数据服务中心，并根据所获得的信息资料随时进行处理。 在雨量监测网络中，使用新型的雨量测量传感器并结合单片机系统，通过连接先进的GPRS无线通信模块构成自动雨量监测站。它实现了基于GPRS无线通信技术和Internet的远程雨量采集、无线数据传输和控制、数据的上传和下载等功能。用户通过IE浏览器或符合规范的应用程序也可实时浏
8、览到各个雨量观测点采集到的实时雨量信息。总之，自动化雨量采集的网络化释放了整个系统的潜力，改变了雨量采集技术的以往面貌，减少了复杂枯燥的人力劳动，打破在同一地点进行采集、分析和显示的传统模式，极大降低了系统的建设和维护费用；依靠Internet网络技术和现代无线通信技术，我们已能够和将能够有效地控制远程测量仪器设备，在任何地方进行雨量采集、任何地方进行雨量数据分析、任何地方进行雨量显示。1.2 国外发展现状自动气象站是由电子设备或计算机控制的自动进行气象观测和资料收集传输的气象站，通常有以下两种形式：有线遥测自动气象站，仪器的感应部分与接收处理部分相隔几十米到几公里，其间用有线通信电路传输。由
9、气象传感器、接口电路、微机系统、通讯接口等组成。无线遥测气象站，又称无人气象站。它包括测量系统、程序控制和编码发射系统、电源三部分组成。将仅以气象要素中的雨量信息作为采集的对象的多个自动雨量站，利用GPRS通信方式连接到数据服务中心处理系统，就构成了整个雨量监测网络。对于雨量监测网络中的主要部分-自动雨量站的开发和研制，国外行业始终处于较为领先的地位(其产品多为可扩展的多要素自动气象站，本文中主要讨论的是单要素自动雨量站)。首先，气象信息(含雨量信息)不但可以从本地读取或保存在大容量数据存储卡中，而且可采用有线或无线两种方式进行远程传送。有线数据传直接通过电话线路或互联网来实现；无线方式有以下
10、几种：无线电波、移动通信网络(GSM，GPRS等)、通信卫星。因此，无线传输节省了自动站信息传送线路的建设和维护费用，使自动站有更强的地域适应空间；同时客户可以通过网络或无线可移动设备获得实时的气象信息。另外，气象信息(含雨量信息)的应用范围更广，主要包括：气象和气候研究、环境监测保护、农业生产、水文、机场、道路交通、航海、科考，以及体育运动等方面。1.3 国内发展现状 在国内，长期以来气象部门使用的雨量资料都是通过人工测量或自动测量，再通过有线网络或人工发报传送至气象中心。一天内雨量资料只在规定的时次或正点发报，资料的使用局限于特定的职能部门或政府部门，并且很不方便从上世纪九十年代我国开始建
11、设气象监测网络开始，直到2001年，我国的自动气象监测网络的数据传输主要是通过有线网络实现。随着移动通信技术的发展和GPRS数据传输技术的成熟，气象监测网络的智能化、无线化和网络化成为必然。2002年5月17日，中国移动的GPRS网络在全国正式投入商用。这意味着，现阶段世界范围内最先进、应用最成熟的移动通信技术-GPRS在中国实现大规模应用。2003年国内开始研发基于GPRS的无线自动雨量站。 鉴于国内当时的状况，从2003年初，我国率先在翻斗式雨量计的基础上，开发出具有无线数据传输功能的自动雨量站。该雨量站具有GPRS通信单元的接口，布置在各个观测点的自动雨量站与移动公司的GPRS网络相结合
12、，构成了中尺度GPRS无线雨量监测网。通过无线网络能够实时将雨量资料发送至省气象数据服务中心。在数据服务中心，有一专用具有固定IP地址的服务器与Internet连接；运行在服务器上的数据接收程序通过监听该IP地址的某一端口，获取来自各GPRS雨量计站点发送来的雨量数据，并将数据自动存入数据库；最后以网页的形式为公众或其它职能部门提供雨量信息服务。1.4 课题研究的主要内容（1）搜集有关资料，阅读有关雨量数据方面的文章，了解雨量数据自动采集系统的设计。（2）了解GPRS原理，利用GPRS进行无线数据传输。（3）详细介绍数据采集硬件电路设计及工作原理。（4）了解各个模块的工作原理，完成各部分的调试
13、工作。（5）设计好整个电路，进行系统的调试工作。（6）撰写论文，为答辩做好准备。 2 GPRS技术介绍2.1 GPRS概述 GPRS是General Packet Radio Service的缩写，即通用分组无线业务，属GSM phase 2+标准业务体系。所谓分组交换是对电路交换特点相比而言。它是以分组交换技术为基础，每个用户可同时占用多个无线信道，而同一无线信道又可以由多个用户共享。分组的概念是通常我们将欲发送的整块数据称为一个报文，在发送报文之前，先将较长的报文划分一个个更少的等长数据段，在每一个数据段前面，加上首部后就构成了一个分组，首部包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息，分组交
14、换网只有从分组的首部才能获知应将此分组发送何处。在传送分组的过程中，通过存储转发的分组交换，实质上是采用了数据通信的过程中断该分配传输带宽的策略，这对传送突发式的计算机数据非常合适，使得通信线路的利用率大大提高了。 GPRS网络是在公用移动通信网GSM网络之上，新增两个节点SGSN(服务GPRS支持节点)和GGSN(网关GPRS支持节点)而形成的移动分组数据网络，为GSM网络用户提供高速的分组数据业务，面向用户提供移动分组的IP或者X.25的连接，它采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA结构，GPRS网络分为两部分：无线接入和核心网络。无线接入部分
15、在移动台和基站子系统(BSS)之间传送数据；核心网络在BSS和标准数据通信网络边缘路由器之间中继传递数据。2.2 GPRS传输数据的特点首先是分组交换，分组交换的基本过程是把数据流先分成若干个小的数据包，通过不同的路由转发、传送到目的端，然后再组装成完整的数据流。分组数据的传输基本上不具有实时性，通常延时也不固定，最大的优点是可以使不同的数据“分享”传输信道。另一方面，分组交换可以在高层实现灵活的差错控制和流量控制，以减少其他网络层不必要的开销，还可以在网络部分环节上增加控制，提高安全性。第二个特点是频谱利用率高，在GSM无线系统中，无线信道资源非常宝贵。如采用电路交换，通信需建立端到端的连接，在通信过程中，要独占信道，每条GSM信道只能提供9.6Kbps或14.4Kbps的传输速率，如果多个信道组合在一起（最多8个时隙），虽可提供更高的速率，但只能被一个用户独占，在成本效率上显然缺乏可行性。而采用分组交换的GPRS可以灵活地使用无线资源，每一个用户可以同时占用多个无线信道，而所有的信道又可以由多个用户共
