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【摘 要】水文监测站遍布各地，而且很多还是在偏远地区，为获得当时当地的水面蒸发情况，工作人员不得不亲临现场。这给水文工作人员带来巨大的麻烦和不便。本文介绍了基于89C51单片机为主控MCU并带有GPRS无线通信功能的智能蒸发测量仪。它能够实时准确的测得当时当地的水面蒸发情况，水文工作人员在监控中心的电脑上就能获得水面蒸发数据了，大大减少了水文工作人员的工作量，给水文工作人员带来的极大地便利。
【关键词】智能蒸发测量仪；GPRS模块
前言
随着网络技术和通信技术的快速发展，尤其是无线通信技术的迅速发展，对远程通信和远程监控发挥着重大作用，极大的提高了远程信息的实时性和传播的快速性。
蒸发是水圈、大气圈和生物圈水分和能量交换的主要过程，是水循环过程中的重要环节，是江河、湖泊、水库等水体水量损失的主要部分。因此，蒸发量是水资源评价、农田节水排灌、气象预测的重要参考指标，获得实时准确的蒸发数据成为水文监测中心工作的重要内容。然而，很多水文监测站都是在野外，或是偏远地区，水文工作人员不可能长时间在监测站随时监测。为帮助了水文工作人员解决这一难题，能够随时和准确的获得当时当地的蒸发情况，本文主要介绍基于89C51单片机为主控MCU并带有GPRS无线通信功能的智能蒸发测量仪。
一、蒸发遥测系统总体设计
本系统主要由蒸发测量仪、GPRS网络、计算机监控系统中心等组成。蒸发测量仪测得数据，通过MCU对数据进行相应的协议封装后传送给无线GPRS模块，该模块将数据传送上GPRS公众网，通过Internet 传输方式将数据传送到远程计算机监控中心。下面是蒸发遥测系统框图1。
蒸发测量仪是采用89C51芯片作为主控MCU，内置大容量FLASH存储器，LCD显示，外设有接口连接无线GPRS模块，具有耗能少，在线历史数据查询，GPRS无线通信的功能。单片主控芯片MCU控制步进电机旋转通过滑块带动传感器上下移动寻找水面，传感器触水步进电机停止转动，记录、保存数据到存储器且在LCD上显示，并通过GPRS无线通信遥传至计算机 。
蒸发测量仪采用89C51芯片，P0口采用总线方式控制键盘、显示及时钟电路的数据传输、P1口主要用来做电机的输出控制线和上、下限开关输入线，片外数据存储器主要用来存放历史测量数据。通信采用工业用RS485接口外接GPRS模块的方式，即可以通过长线传输通信，又可以通过无线数据通信。蒸发测量仪结构图如图2。
2、GPRS模块
嵌入式GPRS无线通信模块主要由嵌入TCP/IP的单片机（MSC1210Y5）、GPRS模块、SIM卡座、外部接口和扩展数据存储器等部分组成。MSC1210主要用于控制GPRS模块的信息接收和发送，并通过标准RS232串口和外部控制器（比如数据采集端）进行数据通信，同时用软件实现中断，以完成数据转发。
本文的GPRS模块采用德国Siemens公司生产的MC35模块。MC35模块主要由射频天线，内部Flash、SRAM、GSM基带处理器、匹配电源和一个40脚的ZIF插座组成。GSM基带处理器是核心部件，其作用相当于一个协议处理器，用来处理外部系统通过串口发送AT指令，射频天线部分主要实现信号的调制和解调，以及外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换，匹配电源为处理器基射频部分提供所需的电源。MC35的外围电路如下图3所示：
3、单片机与GPRS模块的通信
单片机采用美国德州仪器公司最新推出的基于8051内核的MCS1210Y5，该芯片具有很强的数据处理能力，时钟频率为33MHz，指令运行速度实际上与运行在99MHz时钟频率下的标准8051内核相当，32KB Flash程序存储器，256B内部RAM和1024B片上SRAM，2KB启动ROM，支持串行和并行的在系统编程，双数据指针DPTR0和DPTR1可加快数据块的移动速度，其主要实现过程如下：
（1）通过AT指令初始化GPRS无线模块，使之附着在GPRS网络上，以获得网络运营商动态分配的GPRS终端IP地址，并与目的终端建立连接。
（2）通过串口0扩展MAX232标准串口和外部控制器（例如数据采集端）连接，外部控制器端接出标准串口，按照约好的协议可很容易利用本设计的控制器进行通信。
（3）复用P1.2和P1.3，也就是串口1分别和GPRS模块的TXD0和RXD0连接，P1口的其他6个端口分别接到GPRS模块对应的剩余RS232通信口。通过软件置位完成对MC35的初始化和控制GPRS模块的收发数据。
4、数据处理与传送
数据包在主机和GPRS服务器群中传输使用的是基于IP的分组，即所有的数据报文都要基于IP包，但明文传送IP包不可取。故一般使用PPP协议进行传输，模块向网关发送PPP报文都会传送到Internet网中相应的地址。而从Internet传送过来的应答帧也同样会根据IP地址传送到GPRS模块，从而实现采集数据和Internet网络通过GPRS模块的透明传输。
GPRS模块登陆上GSM网络后，自动连接到数据中心，向数据中心报告其IP地址，并保持和维护数据链路的连接，GPRS监测链路的连接情况，一旦发生异常，GPRS模块自动重新建立链路，数据中心和GPRS模块之间就可以通过IP地址通过UDP/IP协议进行双向通信，实现透明的可靠数据传输。
二、结束语
本文通过改进和研发的基于GPRS通信方式的低功耗远程水面蒸发测量系统，将其应用于水文自动测报系统、气象预报系统和节水排灌系统中，能准确地实现中心站对水位的蒸发数据的远程采集和传输。同时为其它水文测量仪器的改进和自动遥测系统的构建提供技术支持，极大提高水情遥测的运行效率，为流域防洪安全、水资源保障、生态环境保护、水资源管理运行调度等提供理论和技术支持，有一定的经济效益、社会效益。
参考文献：
[1]《单片机基础》 北京航空航天大学出版社 李广弟主编.
[2]《电子设计》 高等教育出版社 蔡明生主编.
[3]《MCS-51单片机实用子程序集》 席先觉主编.
项目来源：
2013年江西省教育厅大学生科研训练资助项目。
【关键词】智能蒸发测量仪；GPRS模块
前言
随着网络技术和通信技术的快速发展，尤其是无线通信技术的迅速发展，对远程通信和远程监控发挥着重大作用，极大的提高了远程信息的实时性和传播的快速性。
蒸发是水圈、大气圈和生物圈水分和能量交换的主要过程，是水循环过程中的重要环节，是江河、湖泊、水库等水体水量损失的主要部分。因此，蒸发量是水资源评价、农田节水排灌、气象预测的重要参考指标，获得实时准确的蒸发数据成为水文监测中心工作的重要内容。然而，很多水文监测站都是在野外，或是偏远地区，水文工作人员不可能长时间在监测站随时监测。为帮助了水文工作人员解决这一难题，能够随时和准确的获得当时当地的蒸发情况，本文主要介绍基于89C51单片机为主控MCU并带有GPRS无线通信功能的智能蒸发测量仪。
一、蒸发遥测系统总体设计
本系统主要由蒸发测量仪、GPRS网络、计算机监控系统中心等组成。蒸发测量仪测得数据，通过MCU对数据进行相应的协议封装后传送给无线GPRS模块，该模块将数据传送上GPRS公众网，通过Internet 传输方式将数据传送到远程计算机监控中心。下面是蒸发遥测系统框图1。
蒸发测量仪是采用89C51芯片作为主控MCU，内置大容量FLASH存储器，LCD显示，外设有接口连接无线GPRS模块，具有耗能少，在线历史数据查询，GPRS无线通信的功能。单片主控芯片MCU控制步进电机旋转通过滑块带动传感器上下移动寻找水面，传感器触水步进电机停止转动，记录、保存数据到存储器且在LCD上显示，并通过GPRS无线通信遥传至计算机 。
蒸发测量仪采用89C51芯片，P0口采用总线方式控制键盘、显示及时钟电路的数据传输、P1口主要用来做电机的输出控制线和上、下限开关输入线，片外数据存储器主要用来存放历史测量数据。通信采用工业用RS485接口外接GPRS模块的方式，即可以通过长线传输通信，又可以通过无线数据通信。蒸发测量仪结构图如图2。
2、GPRS模块
嵌入式GPRS无线通信模块主要由嵌入TCP/IP的单片机（MSC1210Y5）、GPRS模块、SIM卡座、外部接口和扩展数据存储器等部分组成。MSC1210主要用于控制GPRS模块的信息接收和发送，并通过标准RS232串口和外部控制器（比如数据采集端）进行数据通信，同时用软件实现中断，以完成数据转发。
本文的GPRS模块采用德国Siemens公司生产的MC35模块。MC35模块主要由射频天线，内部Flash、SRAM、GSM基带处理器、匹配电源和一个40脚的ZIF插座组成。GSM基带处理器是核心部件，其作用相当于一个协议处理器，用来处理外部系统通过串口发送AT指令，射频天线部分主要实现信号的调制和解调，以及外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换，匹配电源为处理器基射频部分提供所需的电源。MC35的外围电路如下图3所示：
3、单片机与GPRS模块的通信
单片机采用美国德州仪器公司最新推出的基于8051内核的MCS1210Y5，该芯片具有很强的数据处理能力，时钟频率为33MHz，指令运行速度实际上与运行在99MHz时钟频率下的标准8051内核相当，32KB Flash程序存储器，256B内部RAM和1024B片上SRAM，2KB启动ROM，支持串行和并行的在系统编程，双数据指针DPTR0和DPTR1可加快数据块的移动速度，其主要实现过程如下：
（1）通过AT指令初始化GPRS无线模块，使之附着在GPRS网络上，以获得网络运营商动态分配的GPRS终端IP地址，并与目的终端建立连接。
（2）通过串口0扩展MAX232标准串口和外部控制器（例如数据采集端）连接，外部控制器端接出标准串口，按照约好的协议可很容易利用本设计的控制器进行通信。
（3）复用P1.2和P1.3，也就是串口1分别和GPRS模块的TXD0和RXD0连接，P1口的其他6个端口分别接到GPRS模块对应的剩余RS232通信口。通过软件置位完成对MC35的初始化和控制GPRS模块的收发数据。
4、数据处理与传送
数据包在主机和GPRS服务器群中传输使用的是基于IP的分组，即所有的数据报文都要基于IP包，但明文传送IP包不可取。故一般使用PPP协议进行传输，模块向网关发送PPP报文都会传送到Internet网中相应的地址。而从Internet传送过来的应答帧也同样会根据IP地址传送到GPRS模块，从而实现采集数据和Internet网络通过GPRS模块的透明传输。
GPRS模块登陆上GSM网络后，自动连接到数据中心，向数据中心报告其IP地址，并保持和维护数据链路的连接，GPRS监测链路的连接情况，一旦发生异常，GPRS模块自动重新建立链路，数据中心和GPRS模块之间就可以通过IP地址通过UDP/IP协议进行双向通信，实现透明的可靠数据传输。
二、结束语
本文通过改进和研发的基于GPRS通信方式的低功耗远程水面蒸发测量系统，将其应用于水文自动测报系统、气象预报系统和节水排灌系统中，能准确地实现中心站对水位的蒸发数据的远程采集和传输。同时为其它水文测量仪器的改进和自动遥测系统的构建提供技术支持，极大提高水情遥测的运行效率，为流域防洪安全、水资源保障、生态环境保护、水资源管理运行调度等提供理论和技术支持，有一定的经济效益、社会效益。
参考文献：
[1]《单片机基础》 北京航空航天大学出版社 李广弟主编.
[2]《电子设计》 高等教育出版社 蔡明生主编.
[3]《MCS-51单片机实用子程序集》 席先觉主编.
项目来源：
2013年江西省教育厅大学生科研训练资助项目。