gprs的无线水文数据
摘 要随着水文系统不断进行技术改革，以及计算机技术和移动通信技术的迅猛发展，无线监控系统受到了广大工程师的青睐。这种对水文信息的远程监测的方式，不仅能提高水文数据处理效率，还能确保水资源管理和保护工作，加速水文监测技术建设的现代化进程。本文设计的基于GPRS的无线水文数据采集系统实现了监测中心对水文现场的远程监控功能。整个系统分为硬件系统和软件系统。硬件系统又包括数据采集模块和数据转发模块。在数据采集模块中，利用模数转换设备读取传感器输出的模拟量并将其转换为数字量，最后利用西门子200PLC读取底层设备数据并进行实时处理。在数据转发模块中，利用GPRS模块和移动通信网络，将数据无线发送到数据调度中心。软件系统主要利用组态软件接收GPRS模块发送的网络数据，通过花生壳软件实现电脑映射实现数据的传输，并实现数据存储、显示和处理等功能。本文设计和实现的无线水文数据采集系统操作简单，用户界面简洁明了，实用性强，实现了数据实时采集、可靠传输等功能，减少了长期值守在监测站的人员数目，降低了管理成本，提高了管理效率，经济效益显著。
目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 III
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 水文通信研究现状 1
1.2.1 计算机控制技术研究现状 1
1.2.2 水文数据通信研究现状 4
1.3 主要设计任务及章节安排 5
第2章 主要软硬件介绍 6
2.1 引言 6
2.2 主要软件平台介绍 6
2.2.1 组态软件介绍 6
2.2.2 组态王KingView 6.55 8
2.2.3 花生壳软件介绍 11
2.3 主要硬件设备介绍 12
2.3.1 GPRS DTU 12
2.3.2 SIEMENS 200 PLC 14
2.4 本章小结 14
第3章 硬件系统设计与实现 15
3.1 引言 15
3.2 硬件系统整体设计 15
3.3 硬件系统连接及开发 16
3.3.1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
数据转发模块连接与调试 16
3.4 本章小结 20
第4章 软件系统设计与开发 21
4.1 引言 21
4.2 无线水文数据采集系统界面设计 21
4.3 无线通讯模块配置 28
4.3.1 组态王虚拟设备的配置 28
4.4 MODBUS通信协议 33
4.4.1 PLC的MODBUS程序部分 33
4.4.2 MODBUS调试工具 34
4.5 本章小结 35
第5章 总结与展望 36
5.1 总结 36
5.2 展望 36
参考文献 37
致 谢 39
附录一 40
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
水文一般指自然界中水的变化、运动的各种现象。主要特征包括如下几点：径流量、含沙量、有无汛期、有无结冰期、水能资源是否丰富、流速、补给类型、水位等等，这一系列的参数会影响到河流水文的特征，如水位流量会随着季节而变化（主要由降水量来决定的，夏季降水丰富，水位上升，反之，冬季水位下降）。
建国以来，水文事业的建设随着经济和社会的发展而不断向前推进，取得了巨大成就，在全国各地建立了多处水文站，形成了布局多层次、结构合理的水文管理体系。研究水文资源，有助于摸清我国国家的水资源的分布情况，可以有效的实现水文资源的管理和保护工作，配合国家制定的各项措施，可以有效的进行水资源的利用。水文各方面的研究工作在水资源的保护和利用、农业用水、工程实施管理、城市用水、环境治理等多个方面发挥了不可或缺的作用。
本课题的大背景是水文系统不断进行技术的革新，水文测试技术和手段有了较大的进步，投入水文信息传输的经费正在不断增加，建立了多种层次的水文通信网络，这一系列方法使得水文通信各方面的条件得到了显著的改善和提高。但是有些采集水文数据的现场与数据调度中心相距甚远，且地处偏僻，人烟稀少，为了实现对水文采集现场的采集数据的监控功能，同时保证系统安全稳定地运行，本系统采用无线通信方式设计了水文数据采集系统。
1.2 水文通信研究现状
1.2.1 计算机控制技术研究现状
（1）计算机控制技术概述
计算机控制技术是自动控制理论和计算机技术不断成熟的结果，是两者的有机结合，在生产实践中有着重大的革新意义。计算机控制技术可以理解为将计算机相关知识应用于不同的生产研究领域，以计算机为控制器的一门综合性学科，融合了计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、网络与通信技术、微电子技术、CRT显示技术、现场总线智能仪表、软件技术等基础学科[14]。下图1.1所示为计算机控制系统结构图。
图1.1 计算机控制系统结构图
（2）计算机控制技术发展阶段
计算机控制技术的发展经历了很多个阶段。
1）计算机控制系统的开创期（20世纪50年代）
1946年，美国宾夕法尼亚大学诞生的人类第一台电子计算机主要应用于军事领域的科学计算，工作方式与计算机离线控制相似。50年代初期化工领域出现了计算机自动控制与数据处理的方法，中后期出现了计算机开环控制系统和闭环控制系统。
2）直接数字控制阶段（20世纪60年代）
1962年，英国实现了直接数字控制系统。计算机控制进入普及阶段，集中式的计算控制系统占主导地位。
3）集中式计算机控制系统发展时期（19671975年）
微型计算机出现，离散式计算机控制系统得以发展。
4）以微处理器为核心的分层分布式控制系统（1975年以后）
集散控制系统（DSC）、可编程序控制器（PLC）、工业控制计算机（IPC）、数字信号处理器（DSP）等得以发展与应用。
随着工业技术的不断发展，计算机控制技术已经进入了一个新的时代，追求多机、自动化生产、控制和智能一体化相结合。计算机控制技术将由集中控制到离散控制，由封闭系统到工业现场总线，由现场控制到企业自动化方向不断发展[36]。
（3）计算机控制系统的应用要求
由于计算机控制系统在很多情况下都是用于复杂的工业控制中，现场环境大多比较恶劣，所以要考虑诸多因素的影响，因而有如下的几点要求：
具有较高的可靠性。计算机控制系统一般都是对连续的生产过程进行不间断的控制，在运行的时候是不能够随时停机进行检查的，只要发生故障就会对生产过程产生很大的影响，造成经济损失等等。因此要求计算机控制系统具有较高的可靠性。
环境适应能力较强。由于不同的工业现场的环境条件不同，比如有些场合具有较强的腐蚀性、具有较高的温度、具有较多的电磁干扰等可能导致系统不稳定的因素，所以要求控制系统对很多环境的变化能够适应。
实时性较好。计算机控制系统一般都是对生产过程进行实时控制，所以要求控制系统能够实时的检测到系统各项参数的变化，并针对相应的变化做出相应的调整或者做出相应的控制策略。
系统具有较好的可扩展性。一个系统在使用过程中，用户对它的需求不可能一直不变的，可能需要定期进行更新和升级，或者加入其它外设以适应不同的需求。
（4）计算机控制理论研究
目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 III
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 水文通信研究现状 1
1.2.1 计算机控制技术研究现状 1
1.2.2 水文数据通信研究现状 4
1.3 主要设计任务及章节安排 5
第2章 主要软硬件介绍 6
2.1 引言 6
2.2 主要软件平台介绍 6
2.2.1 组态软件介绍 6
2.2.2 组态王KingView 6.55 8
2.2.3 花生壳软件介绍 11
2.3 主要硬件设备介绍 12
2.3.1 GPRS DTU 12
2.3.2 SIEMENS 200 PLC 14
2.4 本章小结 14
第3章 硬件系统设计与实现 15
3.1 引言 15
3.2 硬件系统整体设计 15
3.3 硬件系统连接及开发 16
3.3.1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
数据转发模块连接与调试 16
3.4 本章小结 20
第4章 软件系统设计与开发 21
4.1 引言 21
4.2 无线水文数据采集系统界面设计 21
4.3 无线通讯模块配置 28
4.3.1 组态王虚拟设备的配置 28
4.4 MODBUS通信协议 33
4.4.1 PLC的MODBUS程序部分 33
4.4.2 MODBUS调试工具 34
4.5 本章小结 35
第5章 总结与展望 36
5.1 总结 36
5.2 展望 36
参考文献 37
致 谢 39
附录一 40
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
水文一般指自然界中水的变化、运动的各种现象。主要特征包括如下几点：径流量、含沙量、有无汛期、有无结冰期、水能资源是否丰富、流速、补给类型、水位等等，这一系列的参数会影响到河流水文的特征，如水位流量会随着季节而变化（主要由降水量来决定的，夏季降水丰富，水位上升，反之，冬季水位下降）。
建国以来，水文事业的建设随着经济和社会的发展而不断向前推进，取得了巨大成就，在全国各地建立了多处水文站，形成了布局多层次、结构合理的水文管理体系。研究水文资源，有助于摸清我国国家的水资源的分布情况，可以有效的实现水文资源的管理和保护工作，配合国家制定的各项措施，可以有效的进行水资源的利用。水文各方面的研究工作在水资源的保护和利用、农业用水、工程实施管理、城市用水、环境治理等多个方面发挥了不可或缺的作用。
本课题的大背景是水文系统不断进行技术的革新，水文测试技术和手段有了较大的进步，投入水文信息传输的经费正在不断增加，建立了多种层次的水文通信网络，这一系列方法使得水文通信各方面的条件得到了显著的改善和提高。但是有些采集水文数据的现场与数据调度中心相距甚远，且地处偏僻，人烟稀少，为了实现对水文采集现场的采集数据的监控功能，同时保证系统安全稳定地运行，本系统采用无线通信方式设计了水文数据采集系统。
1.2 水文通信研究现状
1.2.1 计算机控制技术研究现状
（1）计算机控制技术概述
计算机控制技术是自动控制理论和计算机技术不断成熟的结果，是两者的有机结合，在生产实践中有着重大的革新意义。计算机控制技术可以理解为将计算机相关知识应用于不同的生产研究领域，以计算机为控制器的一门综合性学科，融合了计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、网络与通信技术、微电子技术、CRT显示技术、现场总线智能仪表、软件技术等基础学科[14]。下图1.1所示为计算机控制系统结构图。
图1.1 计算机控制系统结构图
（2）计算机控制技术发展阶段
计算机控制技术的发展经历了很多个阶段。
1）计算机控制系统的开创期（20世纪50年代）
1946年，美国宾夕法尼亚大学诞生的人类第一台电子计算机主要应用于军事领域的科学计算，工作方式与计算机离线控制相似。50年代初期化工领域出现了计算机自动控制与数据处理的方法，中后期出现了计算机开环控制系统和闭环控制系统。
2）直接数字控制阶段（20世纪60年代）
1962年，英国实现了直接数字控制系统。计算机控制进入普及阶段，集中式的计算控制系统占主导地位。
3）集中式计算机控制系统发展时期（19671975年）
微型计算机出现，离散式计算机控制系统得以发展。
4）以微处理器为核心的分层分布式控制系统（1975年以后）
集散控制系统（DSC）、可编程序控制器（PLC）、工业控制计算机（IPC）、数字信号处理器（DSP）等得以发展与应用。
随着工业技术的不断发展，计算机控制技术已经进入了一个新的时代，追求多机、自动化生产、控制和智能一体化相结合。计算机控制技术将由集中控制到离散控制，由封闭系统到工业现场总线，由现场控制到企业自动化方向不断发展[36]。
（3）计算机控制系统的应用要求
由于计算机控制系统在很多情况下都是用于复杂的工业控制中，现场环境大多比较恶劣，所以要考虑诸多因素的影响，因而有如下的几点要求：
具有较高的可靠性。计算机控制系统一般都是对连续的生产过程进行不间断的控制，在运行的时候是不能够随时停机进行检查的，只要发生故障就会对生产过程产生很大的影响，造成经济损失等等。因此要求计算机控制系统具有较高的可靠性。
环境适应能力较强。由于不同的工业现场的环境条件不同，比如有些场合具有较强的腐蚀性、具有较高的温度、具有较多的电磁干扰等可能导致系统不稳定的因素，所以要求控制系统对很多环境的变化能够适应。
实时性较好。计算机控制系统一般都是对生产过程进行实时控制，所以要求控制系统能够实时的检测到系统各项参数的变化，并针对相应的变化做出相应的调整或者做出相应的控制策略。
系统具有较好的可扩展性。一个系统在使用过程中，用户对它的需求不可能一直不变的，可能需要定期进行更新和升级，或者加入其它外设以适应不同的需求。
（4）计算机控制理论研究
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