本發(fā)明涉及一種基于gprs與單片機的森林防火水井遠程監(jiān)測傳輸裝置，屬于監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸是電力、環(huán)保、水情測報、大壩安全監(jiān)測、橋梁監(jiān)測等監(jiān)測系統(tǒng)重要組成部分，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸也提出了更高的要求，原有的數(shù)據(jù)傳輸已不能滿足分布式、數(shù)據(jù)處理分析和網(wǎng)絡(luò)共享及移動性要求。

目前，常用的無線數(shù)據(jù)傳輸方式主要分為兩類：超短波無線電臺和公用移動網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)存的超短波無線電臺監(jiān)測系統(tǒng)應用非常廣泛，但存在如下不足：1、通信距離有限；2、通信速率不高，抗干擾能力不足；3、測點和監(jiān)控中心都要配置電臺，成本較高。

而利用公用移動網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸是監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向，以中國移動的網(wǎng)絡(luò)為例，利用公用移動網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞接腥N：短消息sms、電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)csd模式、gprs模式。

其中，短消息sms應用非常廣泛，但存在如下不足：1、通信延遲較長，無線信道容易發(fā)生擁塞；2、一次傳輸?shù)男畔⒘坑邢?，小?60個字節(jié)，當數(shù)據(jù)包大于160個字節(jié)時，要進行分組傳輸；3、按短信息條數(shù)進行收費，花費較多；4、測點和監(jiān)控中心都要配置短消息數(shù)據(jù)傳輸模塊，成本較高。

電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)csd模式傳輸數(shù)據(jù)與電話通訊類似，現(xiàn)存的監(jiān)測系統(tǒng)中應用的不多，存在如下不足：1、費率是以使用時間的長短來計算，當測點和監(jiān)控中心不在同一城市時，按長途收費，花費較多；2、通信速率不高，一般為9600bps；3、測點和監(jiān)控中心都要配置手機模塊，成本較高。

gprs模式(generalpacketradioservice，通用分組無線業(yè)務(wù))是一種采用分組交換的高效率數(shù)據(jù)傳輸方式。每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又由多個用戶共享，資源被有效地利用，數(shù)據(jù)傳輸速率高達170kbps，使用gprs技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠在線且按流量計費，迅速降低了服務(wù)成本。其特點突出表現(xiàn)為：1、實時性強，由于gprs具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，可很好地滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求；2、測點布置靈活，gprs網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋絕大部分地區(qū)，基本不存在盲區(qū)，可實現(xiàn)大范圍的監(jiān)測；3、監(jiān)控中心可以靈活移動，只要能接人internet，就可以對測點進行監(jiān)控；4、一次傳輸?shù)男畔⒘靠蛇_1024個字節(jié)；5、通信速率高，可達40kbps；6、采用gprs公網(wǎng)平臺，無需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只需在測點安裝gprs數(shù)據(jù)傳輸模塊，建設(shè)成本低。

森林防火水井監(jiān)測系統(tǒng)地處森林山區(qū)、各防火水井測點分布比較分散，各個測點的地理位置相距較遠，數(shù)據(jù)的采集傳輸無需太頻繁(每天2次即可)，而且無法外部供電，急需一種能夠滿足森林監(jiān)測需求的監(jiān)測系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于gprs與單片機的森林防火水井遠程監(jiān)測傳輸裝置，利用移動公網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，可滿足森林防火水井監(jiān)測的需求，降低運行運行成本。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的一種基于gprs與單片機的森林防火水井遠程監(jiān)測傳輸裝置，包括傳感器組，電池組及電源管理電路，數(shù)據(jù)采集單元mcu，gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，以及監(jiān)控中心服務(wù)器；所述傳感器組用于檢測森林防火水井的實時狀態(tài)，并將檢測到的數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)采集單元mcu；數(shù)據(jù)采集單元mcu對接收到的數(shù)據(jù)進行處理分析后發(fā)送至gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并經(jīng)gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳送至監(jiān)控中心服務(wù)器；所述電池組及電源管理電路用于整個監(jiān)測裝置中各個模塊的供電；整個監(jiān)測裝置采用定時器電路進行定時喚醒控制，定時上傳檢測數(shù)據(jù)至監(jiān)控中心服務(wù)器以實現(xiàn)遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)的讀取。

所述數(shù)據(jù)采集單元mcu采用stc15f2k60s2系列單片機，gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用sim900a通信模塊。

所述傳感器組、數(shù)據(jù)采集單元mcu、gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)分別由電池組內(nèi)的傳感器電源、單片機電源、通信模塊電源供電，通過電源管理電路按系統(tǒng)控制要求，分時按序控制個電源的接通和關(guān)斷。

優(yōu)選地，單片機電源、傳感器電源、通信模塊電源的供電平時采取斷電方式，只有定時器定時時間到，需要采集處理和發(fā)送數(shù)據(jù)時，由定時器電路產(chǎn)生觸發(fā)喚醒脈沖，通過電源管理電路控制向單片機供電，單片機得電后，先進行系統(tǒng)初始化工作，控制向傳感器及通信模塊供電，數(shù)據(jù)采集處理和數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，自動關(guān)閉傳感器電源、通信模塊電源、單片機電源的供電，以取得最小的功耗。

優(yōu)選地，所述傳感器組包括溫度傳感器和液位傳感器。

進一步，還包括通信機箱，所述電池組及電源管理電路、數(shù)據(jù)采集單元mcu和gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)安裝在通信機箱內(nèi)，傳感器組布設(shè)在通信機箱外。

進一步，所述通信機箱上設(shè)有防盜報警裝置，防盜報警裝置與數(shù)據(jù)采集單元mcu連接，當通信機箱被打開時，防盜報警裝置自動報警，并將報警信號發(fā)送給數(shù)據(jù)采集單元mcu，再經(jīng)gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)上傳至數(shù)據(jù)中心。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用移動公網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，穩(wěn)定可靠，靈活性好，設(shè)計和運行成本低，能夠較好地滿足監(jiān)測系統(tǒng)的需求。同時，采用極低功耗設(shè)計，采用常規(guī)電池供電，電池有效工作周期超過一年，省去了頻繁充電更換電池的麻煩。其適用范圍寬，可廣泛應用于電力、環(huán)保、水情測報、大壩安全監(jiān)測、橋梁監(jiān)測等領(lǐng)域。此外，采用防盜及時警告及報警數(shù)據(jù)及時傳輸設(shè)計，便于設(shè)備的防盜管理工作的開展。而且，設(shè)備機箱可采用戶外防水整體鋁鑄通信專用機箱設(shè)計，完全滿足戶外環(huán)境安裝、使用要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理示意圖；

圖2為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明的電路圖；

圖4為本發(fā)明stc15f2k60s2系列單片機的控制電路圖；

圖5為本發(fā)明sim900a通信模塊接口電路；

圖6為本發(fā)明時鐘電源部分電路圖；

圖7為本發(fā)明單片機電源示意圖；

圖8為本發(fā)明傳感器電源示意圖；

圖9為本發(fā)明定時電路示意圖；

圖10為本發(fā)明通信模塊電源示意圖；

圖11為本發(fā)明sim卡電路示意圖；

圖12為本發(fā)明數(shù)據(jù)傳輸流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，一種基于gprs與單片機的森林防火水井遠程監(jiān)測傳輸裝置，包括傳感器組，電池組及電源管理電路，數(shù)據(jù)采集單元mcu，gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，以及監(jiān)控中心服務(wù)器；所述傳感器組用于檢測森林防火水井的實時狀態(tài)，并將檢測到的數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)采集單元mcu；數(shù)據(jù)采集單元mcu對接收到的數(shù)據(jù)進行處理分析后發(fā)送至gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并經(jīng)gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳送至監(jiān)控中心服務(wù)器；所述電池組及電源管理電路用于整個監(jiān)測裝置中各個模塊的供電；整個監(jiān)測裝置采用定時器電路進行定時喚醒控制，定時上傳檢測數(shù)據(jù)至監(jiān)控中心服務(wù)器以實現(xiàn)遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)的讀取。

如圖2和圖3所示，所述數(shù)據(jù)采集單元mcu采用stc15f2k60s2系列單片機，gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用sim900a通信模塊。選用目前市場上常用的8051內(nèi)核單片機stc15f2k60s2系列單片機，該stc15f2k60s2系列單片機具有雙串口/uart、低功耗設(shè)計、支持掉電喚醒、大容量存儲器、硬件看門狗(wdt)、先進的指令集結(jié)構(gòu)、高速、寬電壓、isp/iap編程，高速adc等功能特點，特別適合本裝置。而sim900a是新一代無線通信gsm/gprs模塊，可以快速安全可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)(shortmessageservice)和傳真。模塊的工作電壓為3.2～4.8v，工作的頻段為egsm900mhz和dcs1800mhz。所在頻段最大功耗分別為2w(900mhz)和1w(1800mhz)。sim900a采用省電技術(shù)設(shè)計，所以在sleep模式下最低耗流只有1.0ma。常用工作模式有sleep、idle、talk等模式。由于尺寸只有24mm×24mm×3mm，所以sim900a幾乎可以滿足所有用戶應用中對空間尺寸的要求，例如m2m，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等。sim900a為smt封裝，基于ste的單芯片方案，采用arm926ej-s架構(gòu)，可實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。鍵盤和spi顯示接口可以使用戶靈活地設(shè)計定制應用。主串口和調(diào)試串口可以幫助用戶輕松地進行開發(fā)應用。一路音頻接口，包含一個麥克風輸入和一個揚聲器輸出?？删幊痰耐ㄓ幂斎胼敵鼋涌?gpio)。sim900a內(nèi)嵌tcp/ip協(xié)議，擴展的tcp/ipat命令讓用戶能夠容易的使用tcp/ip協(xié)議，而且在數(shù)據(jù)傳輸方面應用廣泛。其中，所述stc15f2k60s2系列單片機的控制電路圖如圖4所示，sim900a通信模塊接口電路如圖5所示。同時，單片機通過串口通信，通過向sim900a寫入不同的at指令能完成多種功能，如網(wǎng)絡(luò)注冊、登錄、連接、讀取sim卡上電話號碼、發(fā)送接收消息、數(shù)據(jù)刪除消息等。

所述傳感器組、數(shù)據(jù)采集單元mcu、gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)分別由電池組內(nèi)的傳感器電源、單片機電源、通信模塊電源供電，定時器電源、傳感器電源、單片機電源、通信模塊電源均采用單獨供電方式，通過電源管理電路按系統(tǒng)控制要求，分時按序控制個電源的接通和關(guān)斷，以獲得最小的功耗，極大地延長電池的使用壽命。

為了取得最小的功耗，延長電源的使用壽命，可采用定時器定時喚醒控制方式，單片機電源、傳感器電源、通信模塊電源的供電平時采取斷電方式，只有定時器定時時間到(或者防盜開關(guān)被打開時，防盜電路產(chǎn)生觸發(fā)喚醒脈沖)，需要采集處理和發(fā)送數(shù)據(jù)時，由定時器電路產(chǎn)生觸發(fā)喚醒脈沖，通過電源管理電路控制向單片機供電，單片機得電后，先進行系統(tǒng)初始化工作，控制向傳感器及通信模塊供電，數(shù)據(jù)采集處理和數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，自動關(guān)閉傳感器電源、通信模塊電源、單片機電源的供電，以取得最小的功耗。上述電源均為常規(guī)電池。

其中，時鐘電源部分電路圖如圖6所示；單片機電源如圖7所示；傳感器電源如圖8所示；定時電路可選用ti推出的tpl5000低功耗專用集成電路電路，其電路圖如圖9所示。通信模塊電源如圖10所示，sim900a采用vbat為3.4～4.5v的單電源供電。在一些情況下，信號傳輸?shù)拟Оl(fā)會導致電壓跌落，這時電流損耗的峰值會達到2a。因此，電源必須能提供足夠2a的電流。給sim900a供電，采用tps5430實現(xiàn)由5～4v的降壓處理。此外，sim900a的6腳sim卡電路如圖11所示，sim卡的接口電平由模塊內(nèi)部的電壓穩(wěn)壓器提供，正常電壓值為2.8v或者1.8v。復位后，所有引腳輸出低電平。

優(yōu)選地，所述傳感器組包括溫度傳感器和液位傳感器，用于實時檢測所處環(huán)境溫度和消防水井液位信息，并將檢測值傳送給數(shù)據(jù)采集單元mcu。

進一步，還包括通信機箱，所述電池組及電源管理電路、數(shù)據(jù)采集單元mcu和gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)安裝在通信機箱內(nèi)，傳感器組布設(shè)在通信機箱外。通信機箱可采用戶外防水整體鋁鑄設(shè)計。

進一步，所述通信機箱上設(shè)有防盜報警裝置，防盜報警裝置與數(shù)據(jù)采集單元mcu連接，當通信機箱被打開時，防盜報警裝置自動報警，并將報警信號發(fā)送給數(shù)據(jù)采集單元mcu，再經(jīng)gprs數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)上傳至數(shù)據(jù)中心。

使用前，可先將裝置安裝在待安裝處，接好液位傳感器，安裝好電池，設(shè)置好定時時間，按下電源按鍵，關(guān)閉好通信箱蓋，系統(tǒng)即可正常定時發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)。整個裝置的數(shù)據(jù)傳輸過程如圖12所示。當箱蓋被打開，系統(tǒng)會即刻自動報警并將報警信號通過通信模塊上傳到數(shù)據(jù)中心，以便及時處理。

本系統(tǒng)調(diào)試完成，在調(diào)試過程中運行穩(wěn)定，經(jīng)過低功耗優(yōu)化設(shè)計，可以確保本設(shè)備長期低功耗運行，靜態(tài)工作電流低至100微安。設(shè)計成本和使用成本低，它可以廣泛應用于電力、環(huán)保、水情測報、大壩安全監(jiān)測、橋梁監(jiān)測等領(lǐng)域，在即將到來的物聯(lián)網(wǎng)時代，無線通信系統(tǒng)的應用將起到關(guān)鍵性作用。

綜上所述，本發(fā)明利用移動公網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，穩(wěn)定可靠，靈活性好，設(shè)計和運行成本低，能夠較好地滿足監(jiān)測系統(tǒng)的需求。同時，采用極低功耗設(shè)計，采用常規(guī)電池供電，電池有效工作周期超過一年，省去了頻繁充電更換電池的麻煩。其適用范圍寬，可廣泛應用于電力、環(huán)保、水情測報、大壩安全監(jiān)測、橋梁監(jiān)測等領(lǐng)域。此外，采用防盜及時警告及報警數(shù)據(jù)及時傳輸設(shè)計，便于設(shè)備的防盜管理工作的開展。而且，設(shè)備機箱可采用戶外防水整體鋁鑄通信專用機箱設(shè)計，完全滿足戶外環(huán)境安裝、使用要求。

上面所述僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進行限定。在不脫離本發(fā)明設(shè)計構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進，均應落入到本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明請求保護的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。