单片机在水位远程检测系统中的应用毕业论文.doc

西安邮电学院

毕 业 设 计（论 文）

题 目： 单片机在水位远程检测系统中的应用

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1. 标题┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
2. 摘要，关键词┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
3. 引言┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
4. 正文┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
1) 水位的检测及显示系统┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
2) 水位远程检测系统硬件组成┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈5
2．1 微控制器 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈6
2．2 GSM无线短信芯片┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈8
2. 3 系统硬件接口连接 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈9
3) 水位数据无线传输的软件实现┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈14
3．1 数据包格式 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈14
3．2 命令集 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈15
4) 系统应用拓展┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17
5．1 系统优点 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17
5．2 应用拓展 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈18
5) 结束语┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈20
5. 参考文献┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈20

单片机在水位远程检测系统中的应用

周强
南京信息工程大学通信工程专业，南京210044

摘  要：本文介绍一种利用单片机及GSM无线收发模块构成的水位显示及远程检测系统。在系统中，设计一种简易的水位检测方法以测得水位的状况，通过单片机显示系统在水位现场以LED的方式显示出来，并通过与之相连的GSM模块将水位信息以一种无线的方式发送给远程终端，起到检测的作用。另一方面，本文还介绍了此系统在现阶段的防洪，汛期水位检测中的运用。其覆盖范围广，成本低廉，实现方便的特点，完全可以替代现有广域水位检测以及警报系统，保证广大人民群众生命和财产的安全。
关键词：GSM GSl00 AT89C2051 串口通信 远程检测

如大家所知，供水系统中的水塔和高位水池等设备由于所处地势高，人员上下极为不便，有时水即将用完也不知道，造成需用水时却无水可用的情况。此外，在向池中注入水的过程中，由于不知道水位的情况，也就无法控制注水量的多少，这会严重影响正常的工作效率。为此，需要对水位进行自动显示、监测和报警。传统的水位检测系统一般通过有线方式与监控中心取得联系，这种方式不但维护起来困难，需要专门人员进行维护调控，而且在很大程度上限制了其在时空上的拓展性，而内部架设的无线网络成本又极高。采用GSM模块与单片机构成的系统则能利用现有GSM网络的覆盖范围以及单片机的通用性，能有效节约成本。通过单片机的并行I／0口可以很方便的实现实时水位的显示功能。现有的GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游，具有网络能力强的特点，用户无需另外组网，在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵的建网成本和维护费用。当采用GSM模块时，相比码分多址技术，目前基于时分多址技术的移动通信体制是最成熟、最完善、应用最广的一种系统。我国目前已经建成覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，可以通过其实现远程终端监控和报警的功能。下图为数传电台组网与GSM短信模块组网的比较。在数据量较大、网络覆盖范围小于15KM、要求系统响应时间的应用中使用数传模块组网 从经济性及实现的难易程度上看较有优势。在要求网络覆盖范围大于15KM以上、数据量很小的应用中使用GSM短信模块组网 从经济性及实现的难易程度上看较有优势。

数传电台组网
GSM短信模块组网
比较
组网形式
自建网络，一般采用一个中心站的大区制。一般受无线电管理及经费的限制，网络覆盖范围小于30公里，在使用一个中心站的情况下，作用半径内有通信死角。
使用GSM公众网，蜂窝制式。在城市及人口有一定密集的区域，GSM网络几乎能全面覆盖。网络覆盖区域很少有死角。
GSM模块网络覆盖范围大
组网费用
费用主要包括主台天线，馈线，天线支撑架。终端天线，馈线，天线支撑架。
无组网费用。
GSM模块无组网费用
组网难度
有一定难度。
使用公网。
GSM模块无需组网。
终端费用
5W电台相当于GSM模块价格。功率加大费用增加。
终端价格与网络范围无关，5W电台相当于GSM模块价格。
在网络范围大于10KM时，数传电台终端价格大于GSM模块价格。在1-2KM时数传电台终端价格小于GSM模块。
使用费用
每个分台每年应向当地无线电关系部门交纳频率占用费。费用与通信数据量无关。
每发送一次数据向GSM网络运营商交纳短信费。每次发送字节数不大于140字节。费用与通信数据量相关。
一般来说数传电台组网费用较低。
数据速率
一般使用1200bit/s，9600bit/s
受每次发送字节数不大于140字节及GSM网络管理的限制，实际速率不会超过1200bit/s。
数传电台速率较高。
系统响应时间
终端响应时间小于200MS
与GSM网络及发送的时间有关，不可控。一般为若干秒。
数传电台系统响应时间较快。

1 水位的测试及显示系统

    一般的实际使用中，水位的测试通常有两种方法：超声波水位探测仪和干簧管式水位显示仪。这两种方法虽然可行但不切实际，应用起来成本过高，实现起来非常复杂，同时也不易维护。本文结合了现阶段通用的一些技术，设计了一种简单易用，并且成本低廉的水位检测系统。
该水位检测部分由绝缘支架、电极、导管和浮球几部分构成，如图1所示。浮子由1个直径15 cm的不锈钢球与1根长105 cm、外径15 mm的不锈钢管焊接而成。导管是一根外径20 mm、内径17 mm的PVC塑料管。支架由长80 cm的电工导轨制作而成。其余部分安装在1个长25 cm、宽20 cm、厚5 cm的塑料盒内。

   而水位检测显示系统则由水位测试系统、单片机的并行I／0口、电阻、电源以及LED发光二极管共同组成，如图2所示。

电极K1、K2和K3的另一端分别与单片机的并行I／C口P1．1、P1．2和P1．3相连，而对应的l／O口则通过电阻串联到LED上接电源的正极。当水位达到水满位置时，此时因为水的导电作用，电极开关K1、K2和K3都导通，相应Pl口接地置低，3个发光二极管都点亮；当水位达到正常水位时，K2和K3导通，而K1断开，相应P1．2和P1．3置低，2个二极管点亮;当水位达到缺水位置时，此时只有K3导通，对应只有LED3被点亮。所以根据二极管灯点亮的个数的显示，工作人员在现场给水池注水时，就能很清楚的知道现场水位的状况，这样就能够正确的注水，而不会出现文章开头出现的状况。
如图一：当水位到达K1 时，水池中的已经接近满的状态。此时，因水接触K1 ，K2 ，K3 ，使之导通，于是K1 ，K2 ，K3 电极所连接的LED1，LED2，LED3，都被点亮，从而可以很直观的报告水池中的水位已满。如图2。
但这仅仅局限于工作人员在场的情况下可知。我们今天所要解决的是远程的水位监控，所以接下来就要用到单片机，AT89C2051。

2 水位远程检测系统硬件组成

    不过上面制作的系统，只有工作人员在水位显示装置前才能得知水位情况，依然需要专门人员定时进行察看以及检测，遇到工作人员不在的特殊情况，或系统异常时，此系统便无法应对。所以下面，本文就要设计一个简单，可以远程检测并控制的水位远程检测系统。
水位远程检测系统实际是一个无线数据的收发系统。该系统主要是通过现有的移动通信网络来实现无线数据的传送，相比专用无线网络，此系统架设以及维护成本都比较低廉，实现起来也很方便。此系统主要由两部分组成，即微控制器芯片89C2051和GSM无线短信芯片G100A。

2．1 微控制器

    微控制器采用Atrnel公司推出的一种小型单片机89C2051，95年出现在中国市场。其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，可以很快被中国广大用户接受，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。
其内有2 KB的Flash程序存储器和128 B的片内RAM。89C2051共20引脚，其中P1口8脚（图1），可以作为一般的准双向端口，在引脚的驱动能力上，具有很强的下拉能力。89C2051有很宽的工作电源电压，可为2.7～6V,当工作在3V时，电流相当于6V工作时的1/4。89C2051工作于12Hz时，动态电流为5.5mA，空闲态为1mA,掉电态仅为20nA。这样小的功耗很适合于电池供电的小型控制系统。

我们这里使用的AT89C2051单片机，如上图。其内部电路图如下图：

当水池水位已满时，P1.1 ，P1.2 ，P1.3 ，都高电平。在AT89C2051中，P1口是一组8位双向I/O口，P1.2-P1.7提供内部上拉电阻，P1.0和P1.1内务上拉电阻，主要是考虑它们分别是内部精密比较器的同相输入端（AIN0）和反相输入端（AIN1），如果需要应在外部接上拉电阻。P1 口输出缓冲器和吸收20mA电流并可直接驱动LED。当P1 口引脚写入“1”时可作输入端，当引脚P1.2-P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而输出电流（L1L）。
P1 口还在FLASH闪速编程及程序校验时接受代码数据。
RST口为复位输入，RST引脚一旦变为两个极其周期以上的高电平，所有I/O口都将复位到“1”（高电平）状态，当振荡器正在工作时，持续两个极其周期以上的高电平便可完成复位，每个机器周期为12个振荡时钟周期。所以，此端口作用为工作过程中的复位。
4和5 是XTAL1引脚和XTAL2引脚。如图：

其中XTAL1引脚为振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2为振荡器反相放大器的输入端。图3中时钟振荡器为内部振荡电路,采用的是石英晶体振荡器组成时钟振荡器。C2，C3=30pf+-10pF。
VCC输入端接+5V电压，GND接地。

2．2 GSM无线短信芯片

    GSM无线短信模块G100A是由北京捷麦公司推出的，该模块采用全SMT组装，工艺先进、可靠性高，工作电压范围为5～15 v。工业级产品设计，工作温度范围宽，可适合野外工作。全封闭铝合金外壳，抗干扰能力强。其内置的德国西门子公司GSM模块Tc35使得模块操作简单，无须学习复杂的GSM模块AT指令集。G100A的串口具有TTL、RS232和RS485半双工三种形式，标准配置为RS232。

G100A框图

2．3 系统硬件接口连接

    整个水位远程检测系统由上位机和下位机构成，其中上位机主要是指移动终端即手机，而下位机是由GSM无线收发模块及与其相连的单片机构成，其电路连接原理图如图3所示。

下位机安装在水池附近，而微控制器C2051与G100A之间是通过三线制串口（RS232）相连的，即TX、RX和GND三条线，图3中以网络标号相连。由于各自的工作电压不太一样，在这里采用电平转换芯片MAX3232以实现电平转换，它是Maxim 公司专门为与低压微控制器芯片接口推出的，外围电路简单，工作可靠，用于把单片机串口的TTL电平转换成RS232电平。
TTL电路是晶体管-晶体管逻辑电路的英文缩写（Transistor Transistor Logic ），是数字集成电路的一大门类。它采用双极型工艺制造，具有高速度低功耗和品种多等特点。 从六十年代开发成功第一代产品以来现有以下几代产品。

第一代TTL包括SN54/74系列，（其中54系列工作温度为-55℃～+125℃，74系列工作温度为0℃～+75℃) ，低功耗系列简称lttl，高速系列简称HTTL。 
第二代TTL包括肖特基箝位系列（STTL)和低功耗肖特基系列（LSTTL）。 
第三代为采用等平面工艺制造的先进的STTL(ASTTL)和先进的低功耗STTL（ALSTTL）。由于LSTTL和ALSTTL的电路延时功耗积较小，STTL和ASTTL速度很快，因此获得了广泛的应用。
下面为各类TTL门电路的基本性能： 

电路类型TTL数字集成电路约有400多个品种，大致可以分为以下几类： 
门电路 
译码器/驱动器 
触发器 
计数器 
移位寄存器 
单稳、双稳电路和多谐振荡器 
加法器、乘法器 
奇偶校验器
码制转换器 
线驱动器/线接收器 
多路开关 
存储器  

特性曲线电压传输特性：

TTL与非门电压传输特性         LSTTL与非门电压传输特性

瞬态特性 由于寄生电容和晶体管载流子的存储效应的存在，输入和输出波形如右图。存在四个时间常数td,tf,ts和tr。
延迟时间td 
下降时间tf
存储时间ts 
上升时间tr 

基本单元“与非门”常用电路形式 

　　　四管单元                  五管单元                六管单元 

主要封装形式，双列直插；扁平封装。
计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程 传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。 在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同 的设备可以方便地连接起来进行通讯。 RS -232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、 调 制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标 准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间 串行二进制数据交 换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信 号的电平加以规定。 
（1）接口的信号内容 实际上RS-232-C的25条引线中有许多是很少使用的，在计算机与终端通讯中一般只使用3-9条引线。RS-232-C最常用的9条引线的信号内容见附表1所示 
（2）接口的电气特性 在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻 辑“1”，-5— -15V；逻辑“0” +5— +15V 。噪声容限为2V。即 要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高到-3V的信号 作为逻辑“1”

附表1

（3） 接口的物理结构 RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-25的25芯插头座,通常插头在DCE端,插座在DTE端. 一些设备与PC机 连接的RS-232-C接口,因为不使用对方的传送控制信号,只需三条接口线,即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。所以采用DB-9的9芯插头 座，传输线采用屏蔽双绞线。 
（4）传输电缆长度 由RS-232C标准规定在码元畸变小于4%的情况下，传输电缆长度应为50英尺，其实这个4%的码元畸变是很保守的，在 实际应用中，约有99%的用户是按码元畸变10-20%的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺，美国DEC公司曾规定允许码元畸变为 10%而得出附表2 的实验结果。其中1号电缆为屏蔽电缆，型号为DECP.NO.9107723 内有三对双绞线，每对由22# AWG 组成，其外覆 以屏蔽网。2号电缆为不带屏蔽的电缆。型号为DECP.NO.9105856-04是22#AWG的四芯电缆。 附表2为DEC 公司的实验结果。

附表2

单片机的并行I／O口，通过网络标号P1．1、P1．2和P1．3分别与水位测试系统中的电极按键K1、K2和K3的一端相连。当水位处在不同状态时，由于按键K的作用使得对应的P1．1、Pl．2和P1．3电平的状态也不一致。这样就可以通过检测P1口的状态，将其状态以短消息的形式由GSM短信模块发送出去，手机终端收到短信后就可以判断水位的状态。这样就完成了水位的远程检测功能。
实际使用过程中，通过P1端口的电平状态，如P1.1，P1.2，P1.3，都是高点平，AT89C2051通过三线制串口，RS232与G100A，GSM无线网络模块相连，即TX，RX，GND。由于工作电压不同，需要用到MAX3232实现电平转换。
转换后的电压适用于G100A无线模块。RS-232-C接口采用的是串行通讯方式。串行接口使用线路少，成本低，特别适用于远程传输。其中TXD为 DTE（数据终端设备）→DCE（数据通信设备），发送串行数据；RXD为 DTE（数据终端设备）←DCE（数据通信设备），接受串行数据。该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。 但一些设备与PC机 连接的RS-232-C接口,因为不使用对方的传送控制信号,只需三条接口线,即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。
按照图3所示，把线路接好后，当水位满，P1.1，P1.2，P1.3全部高点平，（TXD）P3.1输出串行数据，（RXD）P3.0接受串行数据。接上MAX3232芯片，（TXD）P3.1接上T2IN，（RXD）P3.0接上R2OUT。通过MAX3232的电压转换。MAX3232中的T2OUT接上G100A的RXD1，向GSM模块输入串行信号。R2IN接上G100A的TXD1，接受GSM模块传回的串行信号。

3 水位数据无线传输的软件实现

    由于G100A型GSM数传模块采用的是三线制串口．即TX、RX和GND三条线，故它们之间的数据传输遵循串行数据的格式，其传输数据格式为：1个起始位、8个数据位和1个停止位，且无校验(即5l系列单片机串行通信的方式1)。串口速率为固定的9600 bps。单片机将采集到的水位信息即P1．1、P1．2和P1．3的置零状态通过串口传送给GSM模块，当GSM模块收到远程上位机发送过来的请求得到水位信息后，它就相应的按照某种固定的数据格式将水位信息发送到终端上。
    GSM数据发送和接收的过程中没有其他任何握手和数据流控制线，只需按照G100A型GSM数传模块所要求的数据传送格式即可。
    GSM短信模块G100A是用GSM模块的短信息功能来传输数据的，所以在使用它传输数据时要用到电话号码。数据包中用6个8位二进制字节表示电话号码，每个字节中的高4位和低4位均用BCD码表示l位十进制的电话号码，这样每个字节可表示两位电话号码，所以6个字节总共可表示12位电话号码。因为现行的电话号码均为11位，而6字节能表示12位十进制的BCD数，所以在传输数据表示电话号码时要在电话号码的前面补0以凑足12位。假设电话号码是13584002462，转换成6字节BCD码后变为01H 35H 84H 00H 24H 62H。

3．1 数据包格式

无论是数据还是命令都用下面的格式来表示：
D7H
控制字节
信息
不管是命令还是数据，都有一个包头D7H，接着就是一个控制字节。本模块规定：当控制字节大于147时，数据包为命令，否则就为数据。比如命令D7H FFH参数，D7H为包头，FFH为控制字节，因FFH>147，故参数为命令字节。模块就是靠数据包的第二个字节来识别发给它的信息是命令信息还是数据信息的。
如下图所示。

字节位置
第一字节
第二字节
第三字节-第八字节
第九字节以后
字段名称
字头
控制码
地址
数据
发送数据时
D7H
发送数据<140
目的电话号码
短信内容
接受数据时
D7H
接受数据<140
来源电话号码
短信内容
用于命令时
D7H
命令码>140

发送用户数据的格式

    根据数据包格式，发送用户数据格式如下：
D7
控制字节=UDL
STA
UD
其中，UDL表示要发送的除包头D7H以外总的数据长度，包括STA、UD和它本身的字节长度。STA和UDL的字节长度一般是固定的，为l+6=7字节。STA为接收方的电话号码，即目的地址，号码需要进行格式转换。UD表示要发送的有效数据，其总长度不大于140字节，因为短信息的数据长度不能超过140字节。
    假设要发送OOH、11H、22H、331H、44H和55H，共6个字节数据，接收方的电话号码(目的地址)是13584002462，UDL=ODH(13个字节)，STA：01H 35H 84H 00H 24H 62H，UD=OOH 1lH 22H 33H 44H 55H,发送格式如下：
D7H
0DH
01H
35H
84H
00H
24H
62H
00H
11H
22H
33H
44H
55H

接收用户数据的格式

    接收用户数据格式如下：
D7
控制字节=UDL
SOA
UD
与发送用户数据格式不同的是SOA，它是发送方的电话号码，即源地址。
    假设收到上面发送来的OOH、11H、22H、33H、44H和55H,共6字节数据，发送方的电话号码(源地址)是13920855795，UDL=0DH(13个字节)，SOA=O1H 39H 20H 85H 57H 95H，UD=OOH 11H 22FI 33H 44H 55H,接收到的数据格式如下：
D7H
0DH
01H
39H
20H
85H
57H
95H
00H
11H
22H
33H
44H
55H

3．2 命令集

    GIOOA型GSM数传模块含有丰富的命令，通过对不同命令的操作来实现数据的正确收发过程，其命令集如表1所列。

格式
方向
功能
D7H FDH
模块-上位机
模块已工作。上电初始化完成后即返回此代码
D7H FEH
上位机-模块
询问模块是否工作。初始化完成后任何时候用此命令询问模块，只要模块工作正常，会立即返回D7H FDH，否则不返回任何命令码
D7H FAH
模块-上位机
数据已经发送成功。由于网络原因原因，发送相同的数据所需要的时间也是不相同，所以发送数据时，要等到数据发送的回应代码（D7H FAH或D7H FCH）后再发送下一次数据
D7H FCH
模块-上位机
数据发送失败，需要重新发送
D7H ECH
上位机-模块
询问模块的软件版本
D7H ECH
模块-上位机
回答软件版本。后跟八个字节的版本信息（ASCII码）
D7H FBH
模块-上位机
模块忙
D7H FFH
模块-上位机
数据实际长度与长度字节不符。如果数据实际长度小于长度字节所给的数据长度，则模块会用此次数据的最后一个字节来弥补长度，继续发送数据。如果数据的实际长度大于长度字节所给的数据长度，模块会将多出的字节丢掉，并返回表示模块忙的命令码（D7H FBH）
D7H FBH
上位机-模块
系统复用

实际使用过程忠，首先上电后模块内的ＭＣＵ单片机对GSM信道单元进行初始化。初始化后的GSM信道单元向ＧＳＭ网络进行登记并保持网络连接。
　 　发送短信时：上位机将要发送的短信通过串口接口按G100短信格式送接口电平转换电路。接口电平转换电路将上位机不同电平的信号转换成TTL电平的串口 信号送模块内的单片机MCU，单片机MCU将要发送的短信转换成AT命令的格式送GSM信道单元,GSM信道单元将短信发给GSM网络。
　　接收短信时:GSM信道单元将接收到的短信以AT命令的格式送给ＭＣＵ单片机,ＭＣＵ单片机将短信以G100短信格式 通过接口电平转换电路送给上位机。
水位满时，其格式无论是数据还是命令都是D7H；传到我手机上，因我的手机号码为13584002462，即目的地址，号码需要进行格式转换为12位十进制的BCD数，转换后的数据为01H 35H 84H 00H 24H 62H。
当水位满，P1.1，P1.2，P1.3全部输入高电平1 。则单片机输出RS-232串行格式信号，由MAX3232转换为TTL电平串口信号，送到G100A无线模块中的单片机MCU中，单片机MCU将要发送的短信转换成AT命令的格式送GSM信道单元,转换后的BCD数为OOH 1lH 22H 33H 44H 55H。GSM信道单元将短信发给GSM网络。手机上收到信息后，就以可以得知水位已满的信息。

4 系统应用拓展

4．1 系统优点

该系统的种种特点完全可以扩展到其他的领域使用，如长江水位的防汛工作。如果用户想要了解长江的水位情况，只需要发送一个短信，就可以及时的了解水位状况，而不需要亲临现场。相比其他远程水位检测系统，采用GSM短信模块组网的检测系统拥有以下优点。

节约成本

　　目前应用的水情自动测报系统一般都需要组建专门的通信网络，覆盖范围大的可能还要加多级中继，建设成本和建设周期相当大。而如果应用短消息业务来传输水情数据，只需要一个GSM的终端模块就可以了，数据的传输和传输质量全由GSM网络运营商来保证，可以节约建设成本和建设周期。
短消息业务传输水情数据，由于电信部门的网络相对水情系统是透明的，所以水情系统的网络结构就变得简单，这样就便于自动测报网络投入使用后的维护和维修工作，节约维护和维修成本以及网络的运营成本。
　　通信费用低廉。虽然利用短消息业务来实现水情自动测报系统的数据传输需要通信费用的缺点，但相对来说，它的通信费用是相当低廉的。综合考虑整个工程的投入，那么用短消息业务实现数据传输的方式将能从工程的建设、维护、维修等各个方面节约下很多成本。

提高系统的稳定性、灵活性、可靠性

　　对于水情自动测报系统中的自动化通信设备来说，由于其所处的地理环境，防雷一直是一个十分头痛的问题，即使增加了许多防雷设备和器件，这些设备还是经常遭雷击。使用GSM通信网络及短消息业务实现水情自动化测报省去了一些常用的通信设备，所以防雷问题也就不会那么突出。
　　由于传输短消息的GSM通信网络覆盖全国，这可以使得水情自动测报的范围也很大，遥测站的数目可任意扩充。对于一些覆盖地域比较广的水情自动测报系统来说，用短消息业务来传输水情数据就有更大的优势。
采用短消息传输后，通信信道的信噪比、误码率等通信的性能指标都可以由GSM网络的性能指标和通信协议得到保证，可以免去很多数据传输过程中的数据校验、检错、纠错工作，数据通信的可靠性可以得到提高。

4．2 应用拓展

除了应用于固定遥测站的水文信息传输外，短消息业务作为移动通信网络的通信业务之一，更能应用于迅测等流动水文遥测站的水文信息传输，而这一切的实现不需要增加任何通信设备。

目前几种通信方式的比较

我国目前水情自动测报系统的通信方式主要有短波通信、卫星通信和超短波通信。
短波通信的传播距离较远，受地形限制较少，但受电离层的影响，通信质量差和信道稳定性差，而且受气候的影响大，在实际应用中很少采用。
卫星通信的传输质量好，传输距离不受限制，覆盖面积大，受地形、气候的影响小，组网灵活，但卫星终端设备成本较高。另外，虽然系统采取按时收费，还依然有较高的使用成本，实际应用也不是很广泛。
超短波通信的信号传输比较稳定，质量较好，又具有一定的绕射能力，是我国目前水情自动测报系统中应用最多、技术上也较成熟的通信方式，但传播距离较近，且受地形限制，在山地通信时需设置中继站。

GSM通信与GSM短消息业务

GSM（Global Systemfor Mobile Communication）系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟、最完善、应用最广的一种系统。我国目前已经建成覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，提供多种业务，主要包括：话音业务、短信业务、数据业务。比较这三种业务可知，短消息业务（SMS）更适合于水情数据的传输。虽然短消息业务一次最多只能传输140个字符信息，但用于水情数据的传输已经完全可以满足要求。
GSM短消息业务分为2种：点对点短消息和短消息小区广播业务。目前短消息小区广播业务还没有完全开放。点对点短消息业务能够使GSM网络的用户可以接收或发送有限长度（不超过140个字节）的数字或文字信息，短消息的收发不影响通话。
GSM的短消息业务利用信令信道传输，是GSM通信网络特有的，它不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发送给最终的信宿。并且，如果传送失败，被叫方没有回答确切消息，网络会保留所传消息，当发现被叫方能被叫通时消息能被重发，以确保被叫方准确接收。
不仅在水情自动测报系统中，在其它任何领域的网络通信中，采用简洁、高效、合理的通信方式一直是追逐的焦点。而利用现有的已建成的公共通信网络来快速、可靠的组建各种网络应用也是各个领域通信方式发展的方向，水情自动测报系统也不例外。这样可以省去组建专用网络的巨大投入，只需要接入网络的终端模块就可以了。
随着GSM通讯协议的专用模块的推出，使得GSM的各项业务的应用范围已不仅仅应用于手机通信领域，也应用于其它领域的通信需求，而这些模块都有易于开发的通讯接口和协议，这为短消息业务应用于水情测报系统的开发工作创造了很好的条件。对于水情自动测报系统来说，GSM系统通信是最值得利用的。

基于GSM的水情自动测报系统

水情遥测自动测报系统由多个遥测站和一个中心站组成。水情遥测系统中分部在各处的遥测站通过GSM网络与中心站进行短消息传输，把遥测站测的水位、雨量等数据传输到中心站，再由中心站进行相关的处理。

（１）遥测站

遥测站的组成框图如图1所示，主要由传感器（雨量计、水位计）、遥测数传仪、电源组成。由数传仪控制采集雨量、水位等水文信息，通过GSM模块向中心站发送包含这些水文信息的短消息。

（２） 中心站
中心站组成框图如图2所示，由工业控制计算机控制GSM模块接收各处遥测站的水文数据，再由中心站的其他设备或软件进行处理。在数据服务器上采用Windows NT为服务器操作系统，以SQL Server为数据库管理系统。在工业控制计算机的软件设计采用Visual Basic和Visual C＋＋混合编程的方法。全中文的操作界面使得操作直观、方便、灵活。

遥测站与中心站之间是通过GSM通信系统来传输数据。由于GSM系统集中了现代信源编码技术、信道编码、交织、均衡技术、数字调制技术、话音编码技术以及慢调频技术，同时在系统中引入了大量计算机控制和管理，因而保证了数据传输的正确性、安全性和可靠性。

５　结束语

本简易水位测试系统实用方便，系统通过水位的变化来控制与单片机I／0口相连的LED变化，这种显示效果可以很好的控制水位。在远程检测系统中，通过采用单片机的串口可以实时的将水位信息传送给(GSM模块。在无请求时，其水位信息暂存在单片机中，且不断的更新水位信息。当用户需要时，会根据用户的需要自动的通过串口将最新的水位信息送给GSM模块。由于GSM短信模块采用G100A，使得无线数据的传送变得极为容易，用户操作起来也非常方便。并且在其拓展应用方面，以GSM通信系统的短消息传输遥测站与中心站之间的水文测量数据，无论在系统的稳定性、灵活性、可靠性，还是在网络运行成本上都比现有的水情自动测报系统的通信系统具有很大的优势，因而具有很广泛的应用价值。除此以外，在汛期期间，中心站还可以以手机短信形式向行政首长发布重点水库、重要水文站每日8时水情与重大天气形势信息，为有关各级防汛决策和指导抗洪抢险提供可靠的依据。遇重大天气形势变化，手机短信发至沿各县、乡级政府主要负责人，采取一些措施，做好防洪的准备，可以避免灾情所造成的损失。

参考文献：
李文仲 段朝玉 《短距离无线数据通信入门与实战》 北京航天航空大学出版社 200612
吴时霖 等译 《数据通信与网络》 机械工业出版社，2001
舒华英 胡一闻，等 《移动互联网技术及其应用》 人民邮电出版社，2001
姚永熙 《水文仪器与水利水文自动化》 河海大学出版社，2000
曾义芳 《DSP基础知识及系列芯片》 北京航天航空大学出版社 200611
黄智伟 《单片无线数据通信IC原理与应用》 北京航天航空大学出版社 200411

AT89C2051 and GSM communications network in the level of long-range detection system
Abstract: This paper presents a wireless transceiver module GSM MCU and the long-range detection system and water show. In the system, the water level in the design of a simple detection method to the situation of the water level measured, SCM through the LED display system to be shown at the site level, and the water level information will be passed attendant to the GSM wireless transmission to the remote terminal, playing the role of testing. The other hand, the paper also introduced this system at this stage of flood control, flood season water level detection is used. Its extensive coverage, low cost and convenience features, we can replace the existing wid