Abstract：Based on GSM wireless network, a method of the channel flowing measurement system in irrigation regime was presented, using water level sensor, singlechip, siemens TC35 Module and solar battery. In order to realize automation and information of irrigation basin channel flowing measurement and management in low cost, the gathered data will be transmitted to control center through GSM network by Short Message Service, and some services such as macrocontrol, statistic flowing, charge fee, printing realizes too.
Keywords：GSM short message service; the measurement of channel flowing；irrigation regime
摘 要：基于GSM无线通讯网络技术，提出了一种采用液位传感器、单片机、西门子TC35芯片以及单晶硅太阳能电池等元件构成的灌区明渠流量测量系统方案。采集的数据（包括时间）通过GSM公众网络以SMS的方式上传至控制中心，再由控制中心实现用水计量、水量宏观调配、水费征集和报表打印功能，进而以较低的成本实现灌区测流管理的自动化和信息化。
关键词：GSM短信息；灌区；明渠测流
1、引言
随着灌区管理体制的深化，对渠道流量进行准确计量， 按量收费是必由之路。 由于灌区地域广、渠系复杂、测点众多、分布稀散、通讯不便使得我国大多数灌区目前仍采用人工测量的方法。这种方法费工费时，测量精度低。近几年来，采用电话、光缆、超短波、无线扩频技术、卫星通讯等手段进行明渠的自动化测流有所发展，但采用该测流方法投资昂贵、设备利用率低而无法大面积推广，所以目前仅有少数大型灌区采用这种测流 方法。
明渠测流自动化由于受通讯、电力、地理环境等因素的影响，尤其是通讯问题已成为实现整个灌区自动化测流的瓶颈。本文利用GSM(Global System Mobile Communication)公网，采用SMS(Short Message Service)服务，实现明渠众多流量测点上的数据采集与传输。
本系统由数据采集仪、GSM通讯公众网络和数据控制中心组成，如图1所示，本文只对采集仪部分加以详细介绍。 数据采集仪安装在渠系测流设施上，可实现对流量的瞬时采集，由于流量对实时特性要求不很严格，可把多次采集数据打包一次传输，数据包通过GSM网络以SMS的方式传送到控制中心，由控制中心实行水费结算、报表打印、通讯服务等，同时也可以对灌区进行宏观调控，以最大可能提高灌区运行的经济效益。
测流仪（RTU）部分由CPU（ATC89C2051）、水位传感器、A/D转换芯片（ADS7824）、GSM模块（西门子TC35）、实时时钟（DS1302）、存储芯片（AT24C256）、看门狗监控芯片（MAX8 13L）、16键键盘、5位LED显示以及太阳能供电系统构成, 其结构如图2所示。
TC35［1］是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块，可以快速安全可靠地实现系统数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成（见图3）。作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音信道编码。通过ZIF连接器及50Ω天线连接器，可分别连接单片机、SIM卡卡座和天线。
3.2数据存储器EEPRAM
由于流量采集不需要严格的实时传输，单位时间的数据量少，这就很有必要把多次采集的数据（包括时间）组合打包一次传输，加之有时GSM网络阻塞，可能会导致数据传输失败，因此采用掉电记忆存储器把数据暂时存储起来很有必要，这样不但节约运行成本而且提高系统的可靠性。本系统采用ATMEL公司的AT24C256芯片，其容量为32K，以页的方式存储，采用串行的方式与CPU进行动态数据交换。
3.3实时时钟
对短时间计时可采用单片机CPU完成，但如果要记录长时间采用单片机CPU会使整个系统效率降低，而且一旦单片机复位必须重新设定时间，很难满足无人职守的要求，本系统采用DALLAS公司专用计时芯片DS1302，可实时输出秒、分、时、日、月和年，可最多记100年，采用正常供电源和电池供电热备，保证计时永不中断，以串行方式向CPU提供实时时间。
3.4A/D转换器
A/D芯片对整个系统的精度起着关键作用， 由于流量大小变化速度一般不会太大，因而选择芯片时无需考虑转换速度，为了提高测流精度需采用高分辨率芯片。本系统采用ADS7824芯片，为4路12位，单电源供电，具有并行串行输出接口，以串行的方式与CPU进行数据交换。
4.1程序流程
本系统要求能够实现流量采集、分析、存储、通讯传输等功能，其流程图见图4。
系统中采用定时采集。由于渠道水深一般变化不大，所以每1分钟采集一次就能够满足要求，每10 min记录一条10次采集量的平均值。如果水位变化较大，则需由系统自动识别并记录。采集数据容量（包括时间）累计超过140字节时，启动GSM模块，为了使数据包的容量小于140字节，把除去最后一个数据外的其它数据发给串口，并由GSM模块发送到控制中心，接收到发送数据成功后，进入下一周期的循环。
4.2总线接口设计
Delay()；
SDA＝1；
4.3串口初始化程序设计
单片机晶振频率为11.0592 MHz,根据GSM模块的要求，波特率设置为9 600 bps,主要设置程序(以C51为例)如下：
4.4短消息格式及其AT命令
TC35 GSM模块支持ETSI(European Telecommunications Standards Institute) 提出的GSM 07.05标准。定义每个短消息的信息量限制140个8位组（7比特编码）140个英文字节或70个中文字符。如果超过此长度，则要分多次发送，也就是说每个短信息数据包大小容量为140*8位。本系统中前端数据不是实时上传，这就需要在记录流量大小的同时也记录时间，为了最大可能的节约空间，数据包中首个数据包括详细时间（年、月、日、时、分），其他采用与首个数据时差法计时，单位为分，详见图6所示。
