基于GPRS的水库水位监测系统的研究

基于GPRS的水库水位监测系统的研究

温志华

福建华电万安能源有限公司福建龙岩364000

摘要：水库水情监测是抗旱防汛工作前期的一项基础性工作，其如同抗旱防汛工作的参谋与耳目，监测结果的质量及准确度均会对得到水情信息的精准性及实时性产生巨大的影响，进而影响抗旱防汛工作决策的正确性。随着科学技术的不断发展，水情监测技术也变得越来越先进，大量先进的技术被广泛用于监测水情，我国的水情监测系统也逐渐趋于网络化与智能化。本文对基于GPRS的水库水位监测系统进行了探讨，可供参考。

关键词：GPRS；水库水位监测系统；设计

0.引言

我国拥有最大的水库总库容与最多的水库保有量，而且我国的水库隐患非常严重，水库保护人口也非常多，水库度汛安全任务也最为繁重。近些年，随着全球气候的不断恶化，国内的极端天气也变得越来越频繁，如超强台风、突发山洪以及特大暴雨等，影响范围和强度也越来越大，严重影响着水库，尤其是存在隐患的水库的安全性。因此，开发一种能够有效监测水库水位变化的监测系统就显得尤为重要。

1.方案认证

1.1水位测量

方案一：超声波水位测量

超声波液位计属于一种数字物位仪表，其是由微处理器控制的。在测量水位期间，从传感器传递出脉冲超声波，在物化表面反射作用下，声波会被同一个传感器接收，转变为电信号，再通过声波接收与发射之间的时间来判断传感器与被测物体之间的间距。因为此种测量方式属于非接触性的，可对任何介质进行测量，其常常被用于测量固体物料的高度及各种液体。然而，如果压力出现大幅度波动，则有可能对其测量准确度造成影响，所以，其不适合测量波浪幅度较大的水位。

方案二：自主研发的水位传感器测量

此种测量方法的原理为：通过BS57HB56-03步进电机带动触点随水位上下波动，由水位与触点构成一个电流回路，当触点离开水面时，回路便会断开，接着触点在驱动电机的作用下会下降，当触点与水面接触时，回路便会接通，可通过计算步进角度来判断触点移动的距离。

1.2数据传输

方案一：ZigBee无线数据传输

ZigBee是根据IEEE802.15.4标准来制定的低功耗局域网协议。依照国际标准，ZigBee技术属于一种无线通信技术，其具有功耗小、距离短、数据速率低、简单、自组织等优点，其可实现远程控制与自动控制，可嵌入多种设备[1]。

方案二：GPRS无线数据传输

无线数据传输就是借助无线传输模块来远程传输工业现场设备传递出的各种物理量，再利用单片机将传感器采集到的数据经RS232传递至GPRS无线模块实现传输，接着再将接收到的数据传递至服务器终端，用户再通过对服务器进行访问来处理、获取数据。

1.3用户监控平台

方案一：采用Labview开发环境

Labview是由美国国家仪器公司研制的一种程序开发环境，其与BASIC、C开发环境存在着诸多相似之处，然而，其与其他计算机语言也存在着一些明显的差别，主要表现为：Labview采用的是图形化编辑语言G编写程序，其程序属于框图模式；而其他计算机语言均选用的是以文本为基础的语言产生代码[2]。采用Labview开发环境来对用户界面进行设计，不仅便于操作，而且可以大大提升界面的美观性。

因此，本次研究选用的是自主研发的水位检测传感器，再借助GRPS无线数据传输终端来传输数据，采用Labview开发环境来对用户监控平台进行设计，以达到最优监控效果。

2.系统整体设计

本次研究所设计的水位检测装置的核心控制器选用的是单片机，通过连接远程数据传输终端（WDT）与ARM，再利用GSM/GPRS与AT将检测到的数据传输至无线网关，再利用Internet网络将数据传输至无线网关（WSG），经过无线网关处理后，再将数据传输至数据服务中心（DSC）。如此一来，上位机便可以接收到检测到的水位信息，并对其进行处理与存储，进而做到实时监测水位信息。

3.系统硬件设计

3.1处理器

HT66FU50系列单片机属于一款Flash单片机，其是由A/D型8位高性能精简指令集组成的，此单片机的Flash存储器可以实现多次编程，便于操作[3]。此单片机的存储器中还存在着一个EEPROM存储器与一个RAM数据存储器，EEPROM存储器主要用于对某些非易失性数据进行校准与保存。

HT66FU50系列单片机中存在着UART模块，UART模块不仅可以连接PC与外部设备之间的数据，而且可以保证单片机之间数据通信网络的正常运行，保证电池供电设备与便携式供电设备之间的正常通信等。

3.2水位检测

由于水位传感器必须长时间浸泡在水中，普通材料制成的传感器极易发生腐蚀氧化与结垢问题，干扰水位检测，故本次研究采用BS57HB56-03步进电机作为水位传感器，BS57HB56-03步进电机带动触点随水位上下波动，通过计算步进角度来对触点移动的距离进行判断，Q2HB44MA驱动器由HT66FU50单片机进行控制，这样可以提升水位检测的准确度。

3.3GPRS模块

GPRS模块主要用于保证监测中心计算机与GRPS网络、Internet网络之间的数据交换，保证与HT66FU50系列单片机之间的数据传递。当前市场上存在着许多类型的GPRS模块，且其功能及特征均大同小异，考虑到使用的便捷性及性价比，本次研究选用的是SIMCOM公司生产的SIM100GSM/GPRS双频模块，此模块内置TCP/IP协议，HT66FU50系列单片机可以直接通过串口向此模块发送AT命令构建TCP/IP连接，再将数据传递至监测中心计算机，而且其可以实现文本模式与PDU模式短信息的传递。

4.实验数据与分析

本人利用以上设计的基于GPRS的水库水位监测系统对万安溪水电站的水位进行了实验室模拟监测，并将模拟监测结果与实际监测结果进行了对比分析。结果见下表1。

表1实验室模拟数据与实际监测数据对比

实际工程使用中水库水位的改变非常缓慢，可适当地延长数据传输的时间间隔，然而，在进行实验室模拟时可适当地缩减数据传输的时间间隔。

5.结语

综上所述，基于GPRS的水库水位自动监测系统可以做到远程传递、精准检测水库水位，然而，系统仍存在着某些缺陷，如步进电机会发出较大的噪音，在未来的研究中，基于GPRS的水库水位监测系统仍是一个值得我们不断探索与研究的课题。

参考文献：

[1]王雅君，冯冬梅.基于GPRS的水库水位监测系统[J].价值工程,2016(29)

[2]周冬芹.基于GPRS的三峡库区水位监控系统设计[J].科教文汇,2013(22)

[3]崔庆，解晓蕾.基于GPRS的超声波水位监测系统设计[J].山东水利,2016(5)