基于GPRS的自来水流量监测终端的设计

系统总体构成

　　自来水流量远程监测系统的结构如图1 所示。系统由若干监测终端、无线数据传输网络和监控中心三部分组成。其中，监测终端安装于各供水分区的监测点，及时将监测到的流量数据通过GPRS网络传输到设在自来水公司的监控中心，由中心对各分区的数据进行分析，从而实现对各分区供水的科学管理。这里所说的供水分区不是一般的给水系统分区（并联分区或串联分区），而是在供水管网上安装流量计将整个供水系统划分成若干个供水区域，每个区域作为一个监测点，对管理区域内流进的自来水总量和实际销售的水量进行量化管理，以此来了解和掌握各区域内的需水量、供销差、漏失量、未收费水量等情况。

图1  系统结构图

　　其中，监测终端应实现下列功能：

　　（1）现场采集流量信息，包括瞬时流量、正向总量、反向总量、流量百分比、差值总量、流速等信息。

　　（2）具有远程通信功能。定时将采集的流量信息通过GPRS网络，上传至监控中心。

　　（3）监测终端可以按监控中心的指令完成校时。

　　（4）停电复电时间记录。监测流量计的供电，一旦停电立即记录下停电时间，并报告监控中心，随即进入睡眠模式；恢复供电时，记录来电时间，也上传到中心。

　　（5）历史数据记录。具有一定的非易失性数据存储区，可在本地保存断电/复电时间以及历史数据。

　　（6）软件在线升级。监测终端预留升级接口，可在不改变硬件设计的情况下根据用户的需要对软件进行升级，满足不同用户的需求。

　　监测终端的硬件设计

　　监测终端由单片机、 GPRS DTU(包括SIM卡、天线等)、供电电路、实时时钟、Flash存储器以及数据采集设备组成，如图2所示。其中，虚线框中是需要用硬件实现的部分。

图 2 监测终端的硬件组成

　　1 PIC16F877A单片机

　　鉴于监测终端设置在无人看管、环境较恶劣的地方，要求抗干扰能力强、性能可靠，采用了Microchip公司的PIC单片机中的PIC16F877A。

　　PIC16F877A单片机内部有 8K*14的Flash程序存储器和368B的RAM数据存储器；采用哈佛结构，数据线和指令线分离，取数据和取指令可以同时进行，执行效率高、速度快。

　　2 GPRS DTU

　　无线通信模块采用成都众山科技有限公司的ZSD2110 GPRS DTU。ZSD2110是一款使用GPRS进行无线数据传输的终端设备，支持PPP、TCP、UDP、ICMP等众多复杂网络协议，支持透明数据传输和用户自由控制传输模式，同时支持点对点、点对多点、设备间、设备与中心间等各种不同的通信模式。

　　3 串行通信接口

　　从图2中可看出，单片机采集数据以及跟DTU之间的通信都是通过串行接口，而PIC16F877A只有一个USART接口。这里采用分时复用的原则，通过一片4位总线开关芯片FST3125在流量计与DTU之间切换，平时与流量计接通，采集数据，上传时间到时，断开与流量计的连接，接通DTU，上传数据（必要时完成校时）。