华东交通大学电子测量大作业题 目 基于RTOS COS-II和GSM的野外水位监测系统 课 程 名 称 电子测量技术 院 部 名 称 信息工程学院 专 业 通信工程 班 级 10 通信二班 学 生 姓 名 龚建生 学 号 20100610080 指 导 教 师 黄德昌 目录目录2基于RTOS COS-II和GSM网络的野外水位监测系统3摘要3Summary3绪论4总体方案设计41 水位传感器52 传输网络73 监控中心74 集中器7系统的工作方式71 主动式72 被动式83 混合式8系统硬件电路的设计81 采集终端的设计92 集中器的设计103 单片机电路11系统软件的设计211 系统流程212 COS II移植233 程序设计39总结与展望39谢辞40参考文献40基于RTOS COS-II和GSM网络的野外水位监测系统摘要水位监测是水温采集的重要组成部分，在防汛减灾、水利建设、工业生产等领域发挥着重要的作用。水位监测系统是一种水情信息的实时检测、处理的系统，它应用监测、数据处理、通信和计算机技术，对江河、水库、地下水、矿井等水位的监测，因此通常设计成无人值守的方式，从而减少人工观测强度，并提高水情的实时性。由于野外水位的特殊环境，这就要求系统必须足够稳定。如果采用传统的单片机的设计方法，让程序逐个顺序执行，这无疑增加了系统的不稳定性。所以，在本个检测系统中，我们加入了COS II操作系统，这大大提高了系统的稳定性。COS II是一个基于优先级的可抢占式的硬实时内核。它属于一个完整的、可移植、可固化、可裁减的抢占式的多任务内核。COS II具有免费、简单、可靠性高、实时性好等优点，其开放性使得开发人员可以自行裁减和添加所需的功能，在许多应用领域发挥着独 特的作用。本系统数据传输网络采用了GPRS数据传输方式。关键词：uC/OS-II、C51、GSM网络、水位监测SummaryWater level monitoring is the important part of temperature acquisition, It play an important role in flood control and disaster reduction, water conservancy construction, industrial production, etc.Water level monitoring system is a system of Hydrologic data real-time detection and processing,It use the Monitoring, data processing, communication and computer technology for the monitoring of the rivers, reservoirs, groundwater, mine water, etc.So It usually designed to unattended mode, so as to reduce artificial observation strength, and improve the real-time performance of the water.Because of the special environment of field water, which requires the system must be stable enough.If we use the traditional design method of single chip microcomputer, let one program order execution, that undoubtedly increased the instability of system.So, in this a detection system, we joined the COS II operating system, which greatly improves the systems stability. COS II is a based on priority can-take type hard core.It belongs to a complete, portable, curing, scalable pre-emptive multitasking kernel. COS II has an advantages of free, simple, high reliability, good real-time, etc., and its openness enables developers may make the cuts and adding the function, It plays a in many application fieldsx special role alone.The system data transmission network using a mode. Of the GPRS data transmission.绪论本论文主要介绍使用基于80C51、GSM模块和COS II操作系统的野外水位监测系统的设计，首先介绍了水位检测系统的组成部分和工作方式；然后介绍了系统的硬件电路设计，主要是单片机和GSM模块的接口电路以及外围电路的设计；最后介绍了系统的软件设计，包括COS II操作系统的移植、主程序、初始化子程序、短信息字程序及数据处理子程序等。本设计是一个通用的设计实例，也可以将其应用于远程抄表、远程控制等应用场合。总体方案设计水位检测系统一般由采集终端、集中器、传输网络以及监控中心组成。其中，采集终端负责事实、准确地采集水位信息，是实现测量及控制的首要环节；集中器是水位检测系统的重要组成部分，负责将采集终端发送过来的数据进行存储、处理并通过有线或者无线将数据网络将数据传输到监控中心，或者接收中心的命令，完成相应的动作；监控中心是整个系统的核心控制单元，负责将各个采集终端发送的数据进行存储、处理并生成各种图表及数据库，另外，可以根据需要向采集终端发送命令，以实现对各个监测点的控制。水位检测系统的主要组成如下图。此外，由于系统的数据采集设备在野外工作，环境相对恶劣，因此，在选择传感器、设计集中器时需要充分考虑不利因素的影响，从而保证数据采集和传输的可靠性。1 水位传感器水位传感气是水位监测系统的最前端，其测量的准确性和可靠性直接关系到整个系统的性能。用于自动化检测的水位传感器等。这些传感器可以直接接到数据终端上，自动检测水位参数。浮体式水位传感器的特点是必须有浮体浮于水面。它采集水位信号的原理是：浮体浮于水面随着水升降，同时浮体随水位移的信号，通过浮体以一定的方式传递出去，实现水位采集。浮体式水位感应器的优点是稳定、可靠、成熟、运用最广泛。缺点主要有两个：一是冬季结冰是不适合使用，二是无法在流动的水中测量水位，如果需要测量水井中的水位，则需要清除淤积。压阻式水位传感器是一种利用水的压力与睡得深度成正比的性质采集水位信号的传感器。其水位取样的基本原理是基于单晶体硅材料的压阻效应。单晶体硅在受到水压之后，其电阻会发生变化，且改变量与水的压力成正比。为了实现单晶硅的压阻效应，在应用中一般是在圆形硅膜片上扩散出四个P行电阻，构成惠斯登电桥的四个臂。电桥的输出与电阻变化量成正比，也就是与水的压力深度成正比，从而实现对谁信号的采集。压阻式水位传感器灵敏度比较高，动态响应好，精度高，易于微型化和集成化，至目前非电量电测技术中非常重要的检测手段。这类传感器的主要缺点是，在大应变状态中有明显的非线性，输出信号弱，抗干扰能力差。超声波水位传感器是根据水能发射超声波的特性研制的。超声波水位传感器采集水位信号的原理是，传感器内部的发射源向水表面发射超声波，水反射部分回波，这种反射波被超声波接收器探测，并转化成电信号。超声波的运动时间和运动距离（传感器与水表面的距离）成正比。根据超声波运动的时间，便可得知传感器与水面的距离，经信号处理，就可将此转换成水位。超声波水位传感器是一种适用于各种过程控制系统的智能型一体化非接触式水位测试仪，可以测量腐蚀性液体，精度比较高，受温度影响比较小。导电式水位传感器采集水位信号的基本原理，是利用水的导电性将水位转化成电容的变化；另一种是利用水位变化与电极接触，来实现水位信号到电信号的转变。根据水位信号转化成电信号的不同方式，导电式水位传感器可分成两种类型：电容型和电接触型。这类传感器的特点是精度与结构有关，不需要建造水位井，可分段安装。野外环境影响稳定工作，适用浅水位检测，需要定时检查接触点。通过比较，本系统选用压力型传感器。这里选择压力、液位传感器JYB-KO-LAG（北京昆仑海岸传感器中心），它是一种硅压力传感器，利用专门线性放大芯片进行放大及线性化处理。其外形小巧，精度较高。采用集成设计，便于现场安装和使用。JYB-KO-LAG传感器技术参数如下：液压量程：0-100M压力量程：0-35MPa环境温度：-10-60供电电压：12-32VDC输出信号：4-20mA/0-5V负载特性：电流输出型：小于等于600欧，电压输出型小于等于3千欧绝缘电阻：大于100兆欧准确度：A级 0.25%FS,B级 0.1%FS非线性：0.2%FS迟滞性与可重复性：0.1%FS长期稳定性：0.1%FS/年热力零点飘移：0.03%FS/响应时间：30ms最大工作压力：2倍量程2 传输网络一般来说，野外水位检测系统所处地形复杂，监控点分散，距离监测中心比较远，有线网络（如利用公用交换电话网络PTSN）铺设困难，而且维护费用昂贵。在现有的无线通信方式中，建立无线基站耗资巨大，建设周期长，维护苦难，并且使用必须申请频道；射频无线通信技术传输距离短（小于50m），不适合远距离传输；GSM短消息方式使用移动网络，可避免重复建设，减少成本，在低频、率。小容量等应用场合是一个不错的选择，但是响应偏慢，不能做到实时传输，而且在野外、山区等信号较弱地区，传输成功率也不容乐观；GPRS传输方式，多个用户可以共享同一无信道，传输速率较高，保证实时在线，特别适合于一些流量小，传输频率高，需要实时响应的通讯系统。综上所述，本系统的传输网络采用GPRS数据传输方式。3 监控中心监控中心负责接受并处理监控终端上传来的数据，包括系统接收处理，数据的存储、实时显示、实时报表、报警、曲线图、打印、数据库等几部分；同时实现对监控点所有重要设备的运行参数进行实时监控，以及状态和故障的预测欲报，同时以图形、文字、发光的方式报警。安全员可以随时通过数据查询调出数据参数，并打印出来。本论文主要针对基于GSM的野外监控系统（以集中器为中心）的设计，监控中心的设计这里不再介绍。4 集中器集中器是整个野外检测系统（下位机）的核心，是联系采集终端和监控中心的桥梁，负责将采集终端送来的数据通过GPRS网络将数据传输到监控中心，或将接收到的监控中心的命令产送给采集终端。因此，