摘  要：介紹一種利用單片機及GsM無線收發(fā)模塊構成的水位顯示及遠程檢測系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，設計一種簡易的水位檢測方法以測得水位的狀況，通過單片機顯示系統(tǒng)在水位現(xiàn)場以LED的方式顯示出來，并通過與之相連的GSM模塊將水位信息以一種無線的方式發(fā)送給遠程終端，起到檢測的作用。
關鍵詞：GSM GSl00 串口通信 遠程檢測 S9C2051

引 言
    供水系統(tǒng)中的水塔和高位水池等設備由于所處地勢高，上下極為不便，有時水即將用完也不知道，造成需用水時卻無水可用的情況。此外，在向池中注入水的過程中，由于不知道水位的情況，也就無法控制注水量的多少，這會嚴重影響正常的工作效率。為此需要對水位進行自動顯示、監(jiān)測和報警。傳統(tǒng)的水位檢測系統(tǒng)一般通過有線方式與監(jiān)控中心取得聯(lián)系，這種方式不但維護起來困難，而且在很大程度上限制了其在時空上的拓展性。采用GSM模塊與單片機構成的系統(tǒng)則能夠解決以上的問題。通過單片機的并行I／0口可以很方便的實現(xiàn)水位的顯示功能。現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡在全國范圍內實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡能力強的特點，用戶無需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡覆蓋范圍的同時為客戶節(jié)省了昂貴的建網(wǎng)費用和維護費用。當采用GSM模塊時，就可以通過一種無線通信的方式以實現(xiàn)遠程終端監(jiān)控和報警的功能。

1 水位的測試及顯示系統(tǒng)
    水位的測試通常有兩種方法；超聲波水位探測儀和干簧管式水位顯示儀。這兩種方法雖然可行但不切實際，本文設計了一種簡易的水位檢測方法。該水位檢測部分由絕緣支架、電極、導管和浮球幾部分構成，如圖1所示。浮子由1個直徑15 cm的不銹鋼球與1根長105 cm、外徑15 mm的不銹鋼管焊接而成。導管是一根外徑20 mm、內徑17 mm的PVC塑料管。支架由長80 cm的電工導軌制作而成。其余部分安裝在1個長25 cm、寬20 cm、厚5 cm的塑料盒內。

    水位測試系統(tǒng)與單片機的并行I／0口、電阻、電源及LED發(fā)光二極管共同組成水位檢測顯示系統(tǒng)，如圖2所示。

    電極K1、K2和K3的另一端分別與單片機的并行I／C口P1．1、P1．2和P1．3相連，而對應的l／O口則通過電阻串LED接電源的正極。當水位達到水滿位置時，此時通過水的導電，電極開關K1、K2和K3都導通，相應Pl口接地置低，3個發(fā)光二極管都點亮；當水位達到正常水位時，K2和K3導通，而K1斷開，相應P1．2和P1．3置低，2個二極管點亮;當水位達到缺水位置時，此時只有K3導通，對應只有IJFD3被點亮。通過二極管燈點亮個數(shù)的顯示，在現(xiàn)場給水池注水時，就能很清楚的知道水位的狀況，這樣就能夠正確的注水了。

2 水位遠程檢測系統(tǒng)硬件組成
    水位遠程檢測系統(tǒng)實際是一個無線數(shù)據(jù)的收發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是通過現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡來實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的傳送。它主要由兩部分組成，即微控制器芯片89C2051和GSM無線短信芯片G100A。

2．1 微控制器
    微控制器采用Atrnel公司推出的一種小型單片機89C2051，其片內含有2 KB的Flash程序存儲器和128 B的片內RAM。89C2051共20引腳，其中P1口8腳，可以作為一般的準雙向端口，在引腳的驅動能力上，具有很強的下拉能力，工作電壓為2．7～6 V。當工作電壓在3 V時，電流相當于6 V工作時的1／4,空閑時為1 mA，掉電時僅為20 nA。這樣小的功耗很適合于電池供電的小型控制系統(tǒng)。主要特點為采用Flash存儲器技術，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)與試驗比較容易。

2．2 GSM無線短信芯片
    GSM無線短信模塊G100A是由北京捷麥公司推出的，該模塊采用全SMT組裝，工藝先進、可靠性高，工作電壓范圍為5～15 v。其內置的德國西門子公司GSM模塊Tc35使得模塊操作簡單，無須學習復雜的GSM模塊AT指令集。G100A的串口具有TTL、RS232和RS485半雙工三種形式，標準配置為RS232。

2.3 系統(tǒng)硬件接口連接
    整個水位遠程檢測系統(tǒng)由上位機和下位機構成，其中上位機主要是指移動終端即手機，而下位機是由GSM無線收發(fā)模塊及與其相連的單片機構成，其電路連接原理圖如圖3所示。

    下位機安裝在水池附近，而微控制器C2051與G100A之間是通過串口RS232相連的，即TX、RX和GND三條線，圖3中以網(wǎng)絡標號相連。由于各自的工作電壓不太一樣，在這里采用電平轉換芯片MAX3232以實現(xiàn)電平轉換。單片機的并行I／O口通過網(wǎng)絡標號P1．1、P1．2和P1．3分別與水位測試系統(tǒng)中的電極按鍵K1、K2和K3的一端相連。當水位在不同狀態(tài)時，由于按鍵的作用使得對應的P1．1、Pl_2和P1．3電平的狀態(tài)也不一致。這樣就可以通過檢測P1口的狀態(tài)，并將其狀態(tài)以短消息的形式由GSM模塊發(fā)送出去，手機終端收到短信后就可以判斷水位的狀態(tài)。這樣就完成了水位的遠程檢測功能。

3 水位數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)能浖崿F(xiàn)
    由于G100A型GSM數(shù)傳模塊采用的是三線制串口．即TX、RX和GND三條線，故它們之間的數(shù)據(jù)傳輸遵循串行數(shù)據(jù)的格式，其傳輸數(shù)據(jù)格式為：1個起始位、8個數(shù)據(jù)位和1個停止位，且無校驗(即5l系列單片機串行通信的方式1)。串口速率為固定的9600 bps。單片機將采集到的水位信息即P1．1、P1．2和P1．3的置零狀態(tài)通過串口傳送給GSM模塊，當GSM模塊收到遠程上位機發(fā)送過來的請求得到水位信息后，它就相應的按照某種固定的數(shù)據(jù)格式將水位信息發(fā)送出去。

    GSM數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的過程沒有其他任何握手和數(shù)據(jù)流控制線，只需按照G100A型GSM數(shù)傳模塊所要求的數(shù)據(jù)傳送格式即可。

    GSM短信模塊G100A是用GSM模塊的短信息功能來傳輸數(shù)據(jù)的，所以在使用它傳輸數(shù)據(jù)時要用到電話號碼。數(shù)據(jù)包中用6個8位二進制字節(jié)表示電話號碼，每個字節(jié)中的高4位和低4位均用BCD碼表示l位十進制的電話號碼，這樣每個字節(jié)可表示兩位電話號碼，6個字節(jié)共可表示12位電話號碼。因為現(xiàn)行的電話號碼均為11位，而6字節(jié)能表示12位十進制的BcD數(shù)，所以在傳輸數(shù)據(jù)表示電話號碼時要在電話號碼的前面補0以湊足12位。假設電話號碼是13501237654，轉換成6字節(jié)BCD碼后變?yōu)?1H 35H 01H 23H 76H 54H。

3．1數(shù)據(jù)包格式
    無論是數(shù)據(jù)還是命令都用下面的格式來表示：

    不管是命令還是數(shù)據(jù)，都有一個包頭D7H，接著就是一個控制字節(jié)。本模塊規(guī)定：當控制字節(jié)大于147時，數(shù)據(jù)包為命令，否則就為數(shù)據(jù)。比如命令D7H FFH參數(shù)，D7H為包頭，F(xiàn)FH為控制字節(jié)，因FFH>147，故參數(shù)為命令字節(jié)。模塊就是靠數(shù)據(jù)包的第二個字節(jié)來識別發(fā)給它的信息是命令信息還是數(shù)據(jù)信息的。

3. 1.1 發(fā)送用戶數(shù)據(jù)的格式
    根據(jù)數(shù)據(jù)包格式，發(fā)送用戶數(shù)據(jù)格式如下：

    其中，UDL表示要發(fā)送的除包頭D7H以外總的數(shù)據(jù)長度，包括STA、UD和它本身的字節(jié)長度。STA和UDL的字節(jié)長度一般是固定的，為l+6=7字節(jié)。STA為接收方的電話號碼，即目的地址，號碼需要進行格式轉換。UD表示要發(fā)送的有效數(shù)據(jù)，其總長度不大于140字節(jié)，因為短信息的數(shù)據(jù)長度不能超過140字節(jié)。

    假設要發(fā)送OOH、11H、22H、331H、44H和55H，共6個字節(jié)數(shù)據(jù)，接收方的電話號碼(目的地址)是13655436789，UDL=ODH(13個字節(jié))，STA：01H 36H55H 43H 67H 89H，UD=OOH 1lH 22H 33H 44H 55H,發(fā)送格式如下：

3.1.2 接收用戶數(shù)據(jù)的格式
    接收用戶數(shù)據(jù)格式如下：

    與發(fā)送用戶數(shù)據(jù)格式不同的是SOA，它是發(fā)送方的電話號碼，即源地址。

    假設收到上面發(fā)送來的OOH、11H、22H、33H、44H和55H,共6字節(jié)數(shù)據(jù)，發(fā)送方的電話號碼(源地址)是13920855795，UDL=0DH(13個字節(jié))，SOA=OlH 39H20H 85H 57H 95H，UD=OOH 11H 22FI 33H 44H 55H,接收到的數(shù)據(jù)格式如下：

3．2 命令集
    GIOOA型GSM數(shù)傳模塊含有豐富的命令，通過對不同命令的操作來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確收發(fā)過程，其命令集如表1所列。

    當按照GIOOA型GSM數(shù)傳模塊所要求的數(shù)據(jù)格式及命令傳送數(shù)據(jù)時，就不需要使用復雜的G

4 結論
    本簡易水位測試系統(tǒng)實用方便，系統(tǒng)通過水位的變化來控制與單片機I／0口相連的LED變化，這種顯示效果可以很好的控制水位。在遠程檢測系統(tǒng)中，通過采用單片機的串口可以實時的將水位信息傳送給(GSM模塊。在無請求時，其水位信息暫存在單片機中，且不斷的更新水位信息。當用戶需要時，會根據(jù)用戶的需要自動的通過串口將最新的水位信息送給GSM模塊。由于GSM短信模塊采用G100A，使得無線數(shù)據(jù)的傳送變得極為容易，用戶操作起來也非常方便。

    該系統(tǒng)的種種特點完全可以擴展到其他的領域使用，如長江水位的防汛工作。如果用戶想要了解長江的水位情況，只需要發(fā)送一個短信，就可以及時的了解水位狀況，而不需要親臨現(xiàn)場。