引 言

        供水系統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、監測和報警。傳統的水位檢測系統一般通過有線方式與監控中心取得聯系，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水位的顯示功能?，F有的GSM網絡在全國范圍內實現了聯網和漫游，具有網絡能力強的特點，用戶無需另外組網，在極大提高網絡覆蓋范圍的同時為客戶節省了昂貴的建網費用和維護費用。當采用GSM模塊時，就可以通過一種無線通信的方式以實現遠程終端監控和報警的功能。

1 水位的測試及顯示系統

        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。 

              

          水位測試系統與單片機的并行I／0口、電阻、電源及LED發光二極管共同組成水位檢測顯示系統，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的顯示，在現場給水池注水時，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 水位遠程檢測系統硬件組成

        水位遠程檢測系統實際是一個無線數據的收發系統。該系統主要是通過現有的移動通信網絡來實現無線數據的傳送。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。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 系統硬件接口連接

        整個水位遠程檢測系統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以實現電平轉換。單片機的并行I／O口通過網絡標號P1．1、P1．2和P1．3分別與水位測試系統中的電極按鍵K1、K2和K3的一端相連。當水位在不同狀態時，由于按鍵的作用使得對應的P1．1、Pl_2和P1．3電平的狀態也不一致。這樣就可以通過檢測P1口的狀態，并將其狀態以短消息的形式由GSM模塊發送出去，手機終端收到短信后就可以判斷水位的狀態。這樣就完成了水位的遠程檢測功能。

3 水位數據無線傳輸的軟件實現

        由于G100A型GSM數傳模塊采用的是三線制串口．即TX、RX和GND三條線，故它們之間的數據傳輸遵循串行數據的格式，其傳輸數據格式為：1個起始位、8個數據位和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的置零狀態通過串口傳送給GSM模塊，當GSM模塊收到遠程上位機發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據格式將水位信息發送出去。

        GSM數據發送和接收的過程沒有其他任何握手和數據流控制線，只需按照G100A型GSM數傳模塊所要求的數據傳送格式即可。

        GSM短信模塊G100A是用GSM模塊的短信息功能來傳輸數據的，所以在使用它傳輸數據時要用到電話號碼。數據包中用6個8位二進制字節表示電話號碼，每個字節中的高4位和低4位均用BCD碼表示l位十進制的電話號碼，這樣每個字節可表示兩位電話號碼，6個字節共可表示12位電話號碼。因為現行的電話號碼均為11位，而6字節能表示12位十進制的BcD數，所以在傳輸數據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BCD碼后變為01H 35H 01H 23H 76H 54H。

3．1數據包格式

        無論是數據還是命令都用下面的格式來表示： 

                                          



        不管是命令還是數據，都有一個包頭D7H，接著就是一個控制字節。本模塊規定：當控制字節大于147時，數據包為命令，否則就為數據。比如命令D7H FFH參數，D7H為包頭，FFH為控制字節，因FFH>147，故參數為命令字節。模塊就是靠數據包的第二個字節來識別發給它的信息是命令信息還是數據信息的。

3. 1.1 發送用戶數據的格式

        根據數據包格式，發送用戶數據格式如下： 
                        
 

        其中，UDL表示要發送的除包頭D7H以外總的數據長度，包括STA、UD和它本身的字節長度。STA和UDL的字節長度一般是固定的，為l+6=7字節。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表示要發送的有效數據，其總長度不大于140字節，因為短信息的數據長度不能超過140字節。

        假設要發送OOH、11H、22H、331H、44H和55H，共6個字節數據，接收方的電話號碼(目的地址)是13655436789，UDL=ODH(13個字節)，STA：01H 36H55H 43H 67H 89H，UD=OOH 1lH 22H 33H 44H 55H,發送格式如下： 
           
3.1.2 接收用戶數據的格式

        接收用戶數據格式如下： 

                              

        與發送用戶數據格式不同的是SOA，它是發送方的電話號碼，即源地址。

        假設收到上面發送來的OOH、11H、22H、33H、44H和55H,共6字節數據，發送方的電話號碼(源地址)是13920855795，UDL=0DH(13個字節)，SOA=OlH 39H20H 85H 57H 95H，UD=OOH 11H 22FI 33H 44H 55H,接收到的數據格式如下： 
                           
3．2 命令集

         GIOOA型GSM數傳模塊含有豐富的命令，通過對不同命令的操作來實現數據的正確收發過程，其命令集如表1所列。 
          
        當按照GIOOA型GSM數傳模塊所要求的數據格式及命令傳送數據時，就不需要使用復雜的G

4 結論

        本簡易水位測試系統實用方便，系統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，使得無線數據的傳送變得極為容易，用戶操作起來也非常方便。

        該系統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，只需要發送一個短信，就可以及時的了解水位狀況，而不需要親臨現場。