北斗短報文通信在水位監(jiān)測中的應用

摘 要：本文提出了一種以單片機STM32F103ZET6作為水位監(jiān)測終端的核心控制芯片，采用投入式壓力水位傳感器，以北斗短報文功能為通信方式的水位監(jiān)測系統(tǒng)設計方案，分別給出了硬件設計和軟件設計。通過軟件測試，系統(tǒng)順利完成了數(shù)據(jù)的發(fā)送。

關鍵詞：水位監(jiān)測；北斗短報文；STM32F103ZET6

我國疆土遼闊，需要水文監(jiān)測的地點多且地域跨度大，目前有很多在野外環(huán)境惡劣的水位監(jiān)測點，不適合搭建有線通訊網(wǎng)絡，一些地方甚至連電信無線信號也沒有覆蓋。針對這些問題，設計了一款利用北斗短報文通信的水位監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有遠距離傳輸并且不受環(huán)境限制的優(yōu)點。

1 系統(tǒng)整體設計

北斗導航系統(tǒng)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航。北斗導航系統(tǒng)主要包括定位、導航、授時服務，并具有短報文通信能力。在水位監(jiān)測系統(tǒng)中，分為智能水位監(jiān)測終端、北斗衛(wèi)星和中心控制站3部分。將水文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成北斗短報文數(shù)據(jù)，再通過北斗短報文板卡FB3141發(fā)送到中心控制站，中心站將北斗短報文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成水文數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行整理。圖1為系統(tǒng)通信原理圖。

智能水文數(shù)據(jù)采集終端如圖2所示。系統(tǒng)采用STM32F103ZET6單片機作為遙測終端控制單元，采用北斗通信模塊FB3141以北斗短報文為通信方式。液位傳感器采用投入式壓力水位傳感器HH-T20J，溫度傳感器采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20；另還有電源電路、存儲單元、鍵盤、液晶顯示器等外設。

2 智能水文采集終端硬件設計

2.1 控制單元與傳感器介紹

STM32系列單片機是意式半導體集團開發(fā)的32位低功耗、低成本、高性能的單片機。STM32F103ZET6配置強大，具有512K FLASH、64K SRAM、3個SPI、3個12位ADC、5個串口、112個通用IO口；

靜壓式液位變送器HH-T20J產(chǎn)生與水位成正比的高度線性電壓信號，再經(jīng)過處理后即可輸出與輸入電壓成線性對應的標準信號；溫度傳感器DS18B20的溫度測量范圍為-55℃～+ 125℃，最高分辨率為12位，測量精度為±0.5℃，采用單總線技術，抗干擾能力強，供電方式靈活。

2.2 電源電路設計

由于水文監(jiān)測系統(tǒng)多在野外，因此采用太陽能供電與蓄電池供電相結合的方式，蓄電池選用12V電池組，12V電源電壓經(jīng)開關降壓芯片LM2596-5降壓至+5V，再經(jīng)降壓芯片ASM1117降壓至3.3V供單片機及周圍電路使用。

2.3 北斗通信模塊

FB3141型北斗一代RDSS射頻基帶模塊板卡為福大北斗公司自主推出的一體化模塊，模塊內(nèi)部集成了RDSS射頻收發(fā)芯片、攻防芯片、基帶電路等。模塊內(nèi)置LNA，接收為S頻點，實現(xiàn)對RDSS衛(wèi)星信號進行濾波，低噪聲放大，無需外置LNA，直接連接無源天線即可；該模塊集成度高、功耗低，能夠?qū)崿F(xiàn)北斗一代的定位與短報文通信。模塊的供電電壓為+5V。FB3141板卡提供RS232接口，通過MAX3232轉(zhuǎn)換芯片與STM32F103串口相連。

3 系統(tǒng)程序設計

3.1 系統(tǒng)的總設計

軟件與硬件相配合，主要完成溫度、水位的測量與顯示；通過按鍵可以讀取和顯示當前的水文數(shù)據(jù)；通過北斗短報文通信板卡實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸。軟件設計采用模塊化的設計方案，主要包括：主程序、北斗通信子程序、水位計算子程序、溫度測量子程序、數(shù)據(jù)存儲子程序、按鍵子程序和液晶顯示子程序的設計。除了中斷服務程序，其他子程序都是通過主程序調(diào)用的。

3.2 北斗短報文通訊模塊設計

通過北斗衛(wèi)星短報文板卡FB3141將檢測終端的數(shù)據(jù)發(fā)送到中心站的北斗用戶終端之前，須將水位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成北斗短報文格式。短報文數(shù)據(jù)傳輸格式包括指令、報文頭信息、電文內(nèi)容、校驗和四個部分，其中電文內(nèi)容可用長度為120字節(jié)。

電文中的數(shù)字與字符均用ASCII碼表示。在系統(tǒng)上電后首先檢查IC卡是否插好。因為民用信息發(fā)送的頻率通常為30-60s，若是發(fā)送失敗，設置2分鐘后重新發(fā)送，存入存儲器。

4 結語

本文論述了基于北斗短報文的水文監(jiān)測系統(tǒng)的硬件和軟件設計，通過測試，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的發(fā)送與接受。通過利用北斗短報文通訊的功能，設計的水文監(jiān)測終端能夠不受距離、地域環(huán)境的限制，特別適合普通信號無法覆蓋地區(qū)的遠程數(shù)據(jù)傳輸；

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作者簡介：

呂恒琪（1993-），女，漢族，吉林白山人，山東科技大學電氣與自動化工程學院，碩士研究生在讀，主要研究方向：自動檢測與故障診斷。