張廣馳

摘要：針對(duì)安徽省鳳臺(tái)縣大型煤礦和電廠對(duì)地表水需求量的不斷增加，水資源浪費(fèi)的加劇，提出了水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)介紹了以流量計(jì)和嵌入式系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)采集終端的硬件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了GPRS傳輸協(xié)議利用GPRS APN專網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，最后監(jiān)測(cè)中心通過中心WEB軟件將數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器處理的信息以友好的界面顯示出來。實(shí)際證明，該系統(tǒng)具有可靠性高，傳輸速度快，費(fèi)用低等特點(diǎn)，能夠?qū)λY源進(jìn)行科學(xué)有效的管理。

關(guān)鍵詞：監(jiān)測(cè)終端； GPRS；中心WEB軟件

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）11-2543-05

Abstract： According to the water resource management requirements of Fengtai area， Anhui province，the waste of water resources intensifies， puts forward the design scheme of water resources monitoring system. The system introduced in the meter and the embedded system as the hardware structure of the data acquisition terminal， designed GPRS protocol to transfer the data network， the monitoring center through the WEB software center database server processes the information displayed through friendly interface. In practice， the system has high reliability， quick transmission speed， low cost， to carry out scientific and effective management of water resources.

Key words： monitoring terminal；GPRS； center WEB software

隨著鳳臺(tái)縣境內(nèi)煤炭企業(yè)和火力發(fā)電廠的不斷建設(shè)，地表水資源的需求量正在不斷增加，水資源管理不足的問題日益突出。如何盡可能的節(jié)約、利用水資源，提高水資源的信息化管理水平，已經(jīng)成為迫切解決的問題。針對(duì)這一實(shí)際，鳳臺(tái)縣水利局以現(xiàn)代水資源科學(xué)管理手段，大力推行計(jì)量取水工作，打造節(jié)水型社會(huì)，著力建設(shè)科學(xué)的水資源管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)為典型的工程應(yīng)用型遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在水資源遠(yuǎn)程計(jì)量監(jiān)測(cè)中，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)可安裝GPRS模塊作為遠(yuǎn)端通訊設(shè)備，數(shù)據(jù)采集模塊可以連接多臺(tái)流量計(jì)或單臺(tái)流量計(jì)，通過RS232/485串行口與GPRS模塊連接，然后利用GPRS網(wǎng)絡(luò)與在連接中心的主GPRS模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸通信，主GPRS模塊再通過串口將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到中心計(jì)算機(jī)。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1，可分為三大部分，監(jiān)測(cè)終端的數(shù)據(jù)采集，GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)以及監(jiān)測(cè)中心的軟件設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容如下：

1） 監(jiān)測(cè)終端的數(shù)據(jù)采集：監(jiān)測(cè)終端主要是利用超聲波傳感器對(duì)水資源流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，存儲(chǔ)，并響應(yīng)監(jiān)測(cè)中心的指令，通過設(shè)定的協(xié)議將數(shù)據(jù)打包發(fā)送。這要求對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)軟件、硬件都要進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2） GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)：作為監(jiān)測(cè)終端和軟件中心的通信的橋梁，它能實(shí)時(shí)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸提供支持。通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)關(guān)乎到系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性，可靠性，數(shù)據(jù)容量以及傳輸?shù)乃俣?。因此這就要求必須選擇并組建良好的通信網(wǎng)絡(luò)及通信協(xié)議。

3） 監(jiān)測(cè)中心：通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，分類，分析對(duì)信息進(jìn)行管理，為管理者提供決策參考。要求設(shè)計(jì)中心軟件，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，備份和處理實(shí)現(xiàn)一定的功能[1]。

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)終端的硬件設(shè)計(jì)主要有三部分組成：

1）傳感器 ：作為監(jiān)測(cè)設(shè)備的最前端，流量計(jì)是采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，它將采集的水量數(shù)據(jù)及時(shí)輸入到控制器中。系統(tǒng)采用超聲波流量傳感器，根據(jù)超聲波傳輸?shù)奈锢硖匦?，可以穿透一般的物體，利用傳輸時(shí)間差來計(jì)算采集量[2]。

2）通信模塊：將數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街付ㄔO(shè)備上，它是連接監(jiān)測(cè)中心與監(jiān)測(cè)終端的橋梁，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸?shù)闹匾糠?。系統(tǒng)采用SIEMENS公司MC39i模塊，作為無線傳輸模塊。該模塊特點(diǎn)主要有：提供中心專線方式、GPRS專網(wǎng)方式以及短信等多種組網(wǎng)方式；模塊可設(shè)置成主站和監(jiān)測(cè)中心服務(wù)器PC機(jī)連接或設(shè)置成從站點(diǎn)和監(jiān)測(cè)終端設(shè)備通信；模塊支持兩種協(xié)議PAP和CHAP，能夠進(jìn)行短信，傳真等通信傳輸方式；導(dǎo)軌式安裝，有良好的擴(kuò)展性。監(jiān)測(cè)點(diǎn)可直接連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，使用上位機(jī)對(duì)協(xié)議處理，簡(jiǎn)單方便；工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，不受環(huán)境條件的限制，適用各種場(chǎng)合；能夠保持永久在線，掉線重連，自動(dòng)檢測(cè)等功能；能夠在線對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和功能維護(hù)，大大簡(jiǎn)化了設(shè)備維護(hù)步驟，降低了成本。通過MC39i模塊能夠?qū)崿F(xiàn)無線通信的傳輸[3]。

3）微控制器：系統(tǒng)的核心模塊，主要對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理，存儲(chǔ)并將數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心。STM32系列是實(shí)現(xiàn)高性能、多功能、低功耗而專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3嵌入式應(yīng)用內(nèi)核。它采用32位的RISC處理器，并行總線結(jié)構(gòu)，嵌套中斷向量控制單元，為用戶提供卓越的計(jì)算性能和先進(jìn)的中斷系統(tǒng)響應(yīng)。STM32F103xx為增強(qiáng)型系列，內(nèi)置ARM內(nèi)核包含所有的ARM工具和兼容軟件。STM32F103xx芯片的還包括通用串行總線（USB），獨(dú)立的看門狗，RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）和后備寄存器，嵌套的向量式中斷控制器（NVIC）等功能單元，能夠滿足系統(tǒng)的要求[4]。endprint

3 GPRS 網(wǎng)絡(luò)及傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)

GPRS作為遠(yuǎn)程無線傳輸方式，它的組網(wǎng)方式大致可分為兩種：接入INTERNET的公網(wǎng)傳輸方式和使用專網(wǎng)接入的傳輸方式。本系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，保證通信的實(shí)時(shí)性，安全性，穩(wěn)定性，且費(fèi)用不能太高，所以決定使用VPN專網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸接入方式。利用VPN專網(wǎng)劃分的指定用戶使用的范圍和SIM卡的獨(dú)特性，能夠有效的降低安全風(fēng)險(xiǎn)，避免黑客入侵。通過移動(dòng)公司提供的指定APN接入到無線網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)APN和SIM卡進(jìn)行綁定，唯有劃定的專門行業(yè)的卡號(hào)才能接入到專用VPN。一般的SIM卡手機(jī)號(hào)不能夠?qū)χ付ǖ腣PN進(jìn)行呼叫連接 。這樣就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全可靠的傳輸[5]。

系統(tǒng)的通信設(shè)備GPRS DTU能夠支持PPP、TCP/IP協(xié)議、UDP協(xié)議能夠提供透明，雙向的數(shù)據(jù)傳輸。在系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)中心與其連接的主GPRS模塊，以及主從GPRS模塊要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信需要定義一定的通信格式。數(shù)據(jù)接收方數(shù)據(jù)傳輸器的地址碼。源地址與目的地址相同時(shí)，認(rèn)為是本地操作；只有當(dāng)源地址與目的地址不相同時(shí)，才認(rèn)為是遠(yuǎn)程操作，操作對(duì)象是目的地址的內(nèi)容。

4 監(jiān)測(cè)中心軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要分三大部分，中心WEB軟件，前置機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3：前置機(jī)處于各現(xiàn)場(chǎng)終端和監(jiān)測(cè)中心的之間，它能夠和終端及監(jiān)測(cè)中心建立連接，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，可以起到對(duì)數(shù)據(jù)向上傳輸向下發(fā)送的作用。它接受監(jiān)測(cè)終端向上發(fā)送的數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，同時(shí)，中心可以通過前置機(jī)向下發(fā)送請(qǐng)求指令。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、處理，然后就可以通過中心WEB軟件來對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)查詢。

4.1中心WEB軟件的設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)中心作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，其軟件功能的需求分析是進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的首要步驟。根據(jù)實(shí)際需要，監(jiān)測(cè)中心WEB軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能如圖4所示。

軟件的主要功能包括：數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，分析，處理等。其主要通過以下功能模塊來具體實(shí)現(xiàn)：

1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊：作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心模塊。它能夠遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)各個(gè)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備運(yùn)行狀況，判斷流量計(jì)，GPRS通信模塊是否處于正常的工作狀態(tài)。同時(shí)還可以通過主GPRS設(shè)備向下發(fā)送操作指令，實(shí)時(shí)接收各監(jiān)測(cè)點(diǎn)傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2）數(shù)據(jù)查詢模塊：用戶或管理人員可以利用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，通過關(guān)鍵詞如時(shí)間，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的名稱來查詢用水量或其他信息。

3）數(shù)據(jù)分析模塊：根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù)繪制相關(guān)的變化曲線圖或直方圖，通過對(duì)這些歷史數(shù)據(jù)的分析，為地下水的管理和決策提供幫助。

4）監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理模塊：主要是監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息的維護(hù)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相關(guān)信息進(jìn)行增加、刪除和修改。

5）水資費(fèi)的征收：用戶可以通過查詢用水量情況，快速及時(shí)的獲取用水的費(fèi)用，以便更好的控制和利用水資源。

6）報(bào)表打印模塊：對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中歷史保存的信心進(jìn)行分析，處理，匯總、統(tǒng)計(jì)，生成符合國(guó)家水量監(jiān)測(cè)規(guī)范要求的各種數(shù)據(jù)報(bào)表并進(jìn)行打印輸出，如年報(bào)表、月報(bào)表等。

監(jiān)測(cè)中心WEB軟件采用三層B/S架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。B/S即瀏覽器/服務(wù)器，這種結(jié)構(gòu)下，用戶可以使用WWW瀏覽器來訪問工作界面，此外主要事件通過服務(wù)器端來實(shí)現(xiàn)，只有很少的事務(wù)出現(xiàn)在前端，這樣就很大程度上簡(jiǎn)化了客戶端計(jì)算機(jī)的負(fù)載，降低了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本和工作量，同時(shí)能有效地對(duì)數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行保護(hù)，管理用戶訪問權(quán)限，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器也具有較高的安全性[6]。

4.2前置機(jī)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)之所以采用前置機(jī)，主要是因?yàn)樗诒ＷC數(shù)據(jù)正常傳輸?shù)那闆r下，能夠有效的減輕服務(wù)器的工作負(fù)擔(dān)，而且一定程度上可以避免了黑客或非法數(shù)據(jù)的入侵，保護(hù)監(jiān)測(cè)中心主機(jī)系統(tǒng)的安全。同時(shí)在與主站其它部分脫離聯(lián)系后（通訊部分還正常），維持系統(tǒng)運(yùn)行的設(shè)備。最后通信前置機(jī)還能夠?qū)Χ喾N協(xié)議進(jìn)行添加，數(shù)據(jù)傳輸功能更加靈活。5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1）主界面

在登錄成功后，進(jìn)入水資源遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理界面主界面如圖5所示，包括了功能菜單、快捷工具欄和控制面板。主要功能多用戶監(jiān)控、單用戶監(jiān)控、水資源論證、取水許可、水資源費(fèi)征收、水資源費(fèi)打印、多用戶取水量查詢、單用戶取水量查詢、取水許可證查詢、繳費(fèi)查詢、用戶設(shè)置、征收費(fèi)用設(shè)置、數(shù)據(jù)備份還原、告警設(shè)置、退出。下面將重點(diǎn)介紹關(guān)鍵功能。

2）多用戶的取水監(jiān)測(cè)

6 結(jié)束語

系統(tǒng)根據(jù)“監(jiān)測(cè)終端—通信網(wǎng)絡(luò)—監(jiān)測(cè)中心”模式的設(shè)計(jì)的方案，已投入使用，大大提高工作效率和信息化管理水平，達(dá)到了預(yù)期的要求，同時(shí)系統(tǒng)也可以為工業(yè)監(jiān)測(cè)或監(jiān)控領(lǐng)域提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱琨.基于 GPRS 的雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2008.

[2] 段允.高精度低功耗超聲流量計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)[D].寧波：寧波大學(xué)， 2011.

[3] 陳杰.基于 MC39i 的智能儀器遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研發(fā)[D]. 淄博：山東理工大學(xué)，2011.

[4] 陳宮，王三勝，張慶榮，等.基于 STM32F103VCT6 的微位移控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012， 35（3）： 144-146.

[5] 何慶泥，周懷北.GPRS 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用[J].通訊和計(jì)算機(jī) 2005（7）.

[6] 胡勝利，萬晉軍.基于 GPRS 的地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].水利水電技術(shù)，2011，42（1）： 89-91.endprint

3 GPRS 網(wǎng)絡(luò)及傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)

GPRS作為遠(yuǎn)程無線傳輸方式，它的組網(wǎng)方式大致可分為兩種：接入INTERNET的公網(wǎng)傳輸方式和使用專網(wǎng)接入的傳輸方式。本系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，保證通信的實(shí)時(shí)性，安全性，穩(wěn)定性，且費(fèi)用不能太高，所以決定使用VPN專網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸接入方式。利用VPN專網(wǎng)劃分的指定用戶使用的范圍和SIM卡的獨(dú)特性，能夠有效的降低安全風(fēng)險(xiǎn)，避免黑客入侵。通過移動(dòng)公司提供的指定APN接入到無線網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)APN和SIM卡進(jìn)行綁定，唯有劃定的專門行業(yè)的卡號(hào)才能接入到專用VPN。一般的SIM卡手機(jī)號(hào)不能夠?qū)χ付ǖ腣PN進(jìn)行呼叫連接 。這樣就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全可靠的傳輸[5]。

系統(tǒng)的通信設(shè)備GPRS DTU能夠支持PPP、TCP/IP協(xié)議、UDP協(xié)議能夠提供透明，雙向的數(shù)據(jù)傳輸。在系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)中心與其連接的主GPRS模塊，以及主從GPRS模塊要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信需要定義一定的通信格式。數(shù)據(jù)接收方數(shù)據(jù)傳輸器的地址碼。源地址與目的地址相同時(shí)，認(rèn)為是本地操作；只有當(dāng)源地址與目的地址不相同時(shí)，才認(rèn)為是遠(yuǎn)程操作，操作對(duì)象是目的地址的內(nèi)容。

4 監(jiān)測(cè)中心軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要分三大部分，中心WEB軟件，前置機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3：前置機(jī)處于各現(xiàn)場(chǎng)終端和監(jiān)測(cè)中心的之間，它能夠和終端及監(jiān)測(cè)中心建立連接，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，可以起到對(duì)數(shù)據(jù)向上傳輸向下發(fā)送的作用。它接受監(jiān)測(cè)終端向上發(fā)送的數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，同時(shí)，中心可以通過前置機(jī)向下發(fā)送請(qǐng)求指令。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、處理，然后就可以通過中心WEB軟件來對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)查詢。

4.1中心WEB軟件的設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)中心作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，其軟件功能的需求分析是進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的首要步驟。根據(jù)實(shí)際需要，監(jiān)測(cè)中心WEB軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能如圖4所示。

軟件的主要功能包括：數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，分析，處理等。其主要通過以下功能模塊來具體實(shí)現(xiàn)：

1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊：作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心模塊。它能夠遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)各個(gè)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備運(yùn)行狀況，判斷流量計(jì)，GPRS通信模塊是否處于正常的工作狀態(tài)。同時(shí)還可以通過主GPRS設(shè)備向下發(fā)送操作指令，實(shí)時(shí)接收各監(jiān)測(cè)點(diǎn)傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2）數(shù)據(jù)查詢模塊：用戶或管理人員可以利用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，通過關(guān)鍵詞如時(shí)間，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的名稱來查詢用水量或其他信息。

3）數(shù)據(jù)分析模塊：根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù)繪制相關(guān)的變化曲線圖或直方圖，通過對(duì)這些歷史數(shù)據(jù)的分析，為地下水的管理和決策提供幫助。

4）監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理模塊：主要是監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息的維護(hù)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相關(guān)信息進(jìn)行增加、刪除和修改。

5）水資費(fèi)的征收：用戶可以通過查詢用水量情況，快速及時(shí)的獲取用水的費(fèi)用，以便更好的控制和利用水資源。

6）報(bào)表打印模塊：對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中歷史保存的信心進(jìn)行分析，處理，匯總、統(tǒng)計(jì)，生成符合國(guó)家水量監(jiān)測(cè)規(guī)范要求的各種數(shù)據(jù)報(bào)表并進(jìn)行打印輸出，如年報(bào)表、月報(bào)表等。

監(jiān)測(cè)中心WEB軟件采用三層B/S架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。B/S即瀏覽器/服務(wù)器，這種結(jié)構(gòu)下，用戶可以使用WWW瀏覽器來訪問工作界面，此外主要事件通過服務(wù)器端來實(shí)現(xiàn)，只有很少的事務(wù)出現(xiàn)在前端，這樣就很大程度上簡(jiǎn)化了客戶端計(jì)算機(jī)的負(fù)載，降低了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本和工作量，同時(shí)能有效地對(duì)數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行保護(hù)，管理用戶訪問權(quán)限，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器也具有較高的安全性[6]。

4.2前置機(jī)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)之所以采用前置機(jī)，主要是因?yàn)樗诒ＷC數(shù)據(jù)正常傳輸?shù)那闆r下，能夠有效的減輕服務(wù)器的工作負(fù)擔(dān)，而且一定程度上可以避免了黑客或非法數(shù)據(jù)的入侵，保護(hù)監(jiān)測(cè)中心主機(jī)系統(tǒng)的安全。同時(shí)在與主站其它部分脫離聯(lián)系后（通訊部分還正常），維持系統(tǒng)運(yùn)行的設(shè)備。最后通信前置機(jī)還能夠?qū)Χ喾N協(xié)議進(jìn)行添加，數(shù)據(jù)傳輸功能更加靈活。5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1）主界面

在登錄成功后，進(jìn)入水資源遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理界面主界面如圖5所示，包括了功能菜單、快捷工具欄和控制面板。主要功能多用戶監(jiān)控、單用戶監(jiān)控、水資源論證、取水許可、水資源費(fèi)征收、水資源費(fèi)打印、多用戶取水量查詢、單用戶取水量查詢、取水許可證查詢、繳費(fèi)查詢、用戶設(shè)置、征收費(fèi)用設(shè)置、數(shù)據(jù)備份還原、告警設(shè)置、退出。下面將重點(diǎn)介紹關(guān)鍵功能。

2）多用戶的取水監(jiān)測(cè)

6 結(jié)束語

系統(tǒng)根據(jù)“監(jiān)測(cè)終端—通信網(wǎng)絡(luò)—監(jiān)測(cè)中心”模式的設(shè)計(jì)的方案，已投入使用，大大提高工作效率和信息化管理水平，達(dá)到了預(yù)期的要求，同時(shí)系統(tǒng)也可以為工業(yè)監(jiān)測(cè)或監(jiān)控領(lǐng)域提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱琨.基于 GPRS 的雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2008.

[2] 段允.高精度低功耗超聲流量計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)[D].寧波：寧波大學(xué)， 2011.

[3] 陳杰.基于 MC39i 的智能儀器遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研發(fā)[D]. 淄博：山東理工大學(xué)，2011.

[4] 陳宮，王三勝，張慶榮，等.基于 STM32F103VCT6 的微位移控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012， 35（3）： 144-146.

[5] 何慶泥，周懷北.GPRS 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用[J].通訊和計(jì)算機(jī) 2005（7）.

[6] 胡勝利，萬晉軍.基于 GPRS 的地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].水利水電技術(shù)，2011，42（1）： 89-91.endprint

3 GPRS 網(wǎng)絡(luò)及傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)

GPRS作為遠(yuǎn)程無線傳輸方式，它的組網(wǎng)方式大致可分為兩種：接入INTERNET的公網(wǎng)傳輸方式和使用專網(wǎng)接入的傳輸方式。本系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅ＷC通信的實(shí)時(shí)性，安全性，穩(wěn)定性，且費(fèi)用不能太高，所以決定使用VPN專網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸接入方式。利用VPN專網(wǎng)劃分的指定用戶使用的范圍和SIM卡的獨(dú)特性，能夠有效的降低安全風(fēng)險(xiǎn)，避免黑客入侵。通過移動(dòng)公司提供的指定APN接入到無線網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)APN和SIM卡進(jìn)行綁定，唯有劃定的專門行業(yè)的卡號(hào)才能接入到專用VPN。一般的SIM卡手機(jī)號(hào)不能夠?qū)χ付ǖ腣PN進(jìn)行呼叫連接 。這樣就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全可靠的傳輸[5]。

系統(tǒng)的通信設(shè)備GPRS DTU能夠支持PPP、TCP/IP協(xié)議、UDP協(xié)議能夠提供透明，雙向的數(shù)據(jù)傳輸。在系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)中心與其連接的主GPRS模塊，以及主從GPRS模塊要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信需要定義一定的通信格式。數(shù)據(jù)接收方數(shù)據(jù)傳輸器的地址碼。源地址與目的地址相同時(shí)，認(rèn)為是本地操作；只有當(dāng)源地址與目的地址不相同時(shí)，才認(rèn)為是遠(yuǎn)程操作，操作對(duì)象是目的地址的內(nèi)容。

4 監(jiān)測(cè)中心軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要分三大部分，中心WEB軟件，前置機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3：前置機(jī)處于各現(xiàn)場(chǎng)終端和監(jiān)測(cè)中心的之間，它能夠和終端及監(jiān)測(cè)中心建立連接，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，可以起到對(duì)數(shù)據(jù)向上傳輸向下發(fā)送的作用。它接受監(jiān)測(cè)終端向上發(fā)送的數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，同時(shí)，中心可以通過前置機(jī)向下發(fā)送請(qǐng)求指令。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、處理，然后就可以通過中心WEB軟件來對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)查詢。

4.1中心WEB軟件的設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)中心作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，其軟件功能的需求分析是進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的首要步驟。根據(jù)實(shí)際需要，監(jiān)測(cè)中心WEB軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能如圖4所示。

軟件的主要功能包括：數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，分析，處理等。其主要通過以下功能模塊來具體實(shí)現(xiàn)：

1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊：作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心模塊。它能夠遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)各個(gè)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備運(yùn)行狀況，判斷流量計(jì)，GPRS通信模塊是否處于正常的工作狀態(tài)。同時(shí)還可以通過主GPRS設(shè)備向下發(fā)送操作指令，實(shí)時(shí)接收各監(jiān)測(cè)點(diǎn)傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2）數(shù)據(jù)查詢模塊：用戶或管理人員可以利用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，通過關(guān)鍵詞如時(shí)間，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的名稱來查詢用水量或其他信息。

3）數(shù)據(jù)分析模塊：根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù)繪制相關(guān)的變化曲線圖或直方圖，通過對(duì)這些歷史數(shù)據(jù)的分析，為地下水的管理和決策提供幫助。

4）監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理模塊：主要是監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息的維護(hù)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相關(guān)信息進(jìn)行增加、刪除和修改。

5）水資費(fèi)的征收：用戶可以通過查詢用水量情況，快速及時(shí)的獲取用水的費(fèi)用，以便更好的控制和利用水資源。

6）報(bào)表打印模塊：對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中歷史保存的信心進(jìn)行分析，處理，匯總、統(tǒng)計(jì)，生成符合國(guó)家水量監(jiān)測(cè)規(guī)范要求的各種數(shù)據(jù)報(bào)表并進(jìn)行打印輸出，如年報(bào)表、月報(bào)表等。

監(jiān)測(cè)中心WEB軟件采用三層B/S架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。B/S即瀏覽器/服務(wù)器，這種結(jié)構(gòu)下，用戶可以使用WWW瀏覽器來訪問工作界面，此外主要事件通過服務(wù)器端來實(shí)現(xiàn)，只有很少的事務(wù)出現(xiàn)在前端，這樣就很大程度上簡(jiǎn)化了客戶端計(jì)算機(jī)的負(fù)載，降低了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本和工作量，同時(shí)能有效地對(duì)數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行保護(hù)，管理用戶訪問權(quán)限，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器也具有較高的安全性[6]。

4.2前置機(jī)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)之所以采用前置機(jī)，主要是因?yàn)樗诒ＷC數(shù)據(jù)正常傳輸?shù)那闆r下，能夠有效的減輕服務(wù)器的工作負(fù)擔(dān)，而且一定程度上可以避免了黑客或非法數(shù)據(jù)的入侵，保護(hù)監(jiān)測(cè)中心主機(jī)系統(tǒng)的安全。同時(shí)在與主站其它部分脫離聯(lián)系后（通訊部分還正常），維持系統(tǒng)運(yùn)行的設(shè)備。最后通信前置機(jī)還能夠?qū)Χ喾N協(xié)議進(jìn)行添加，數(shù)據(jù)傳輸功能更加靈活。5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1）主界面

在登錄成功后，進(jìn)入水資源遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理界面主界面如圖5所示，包括了功能菜單、快捷工具欄和控制面板。主要功能多用戶監(jiān)控、單用戶監(jiān)控、水資源論證、取水許可、水資源費(fèi)征收、水資源費(fèi)打印、多用戶取水量查詢、單用戶取水量查詢、取水許可證查詢、繳費(fèi)查詢、用戶設(shè)置、征收費(fèi)用設(shè)置、數(shù)據(jù)備份還原、告警設(shè)置、退出。下面將重點(diǎn)介紹關(guān)鍵功能。

2）多用戶的取水監(jiān)測(cè)

6 結(jié)束語

系統(tǒng)根據(jù)“監(jiān)測(cè)終端—通信網(wǎng)絡(luò)—監(jiān)測(cè)中心”模式的設(shè)計(jì)的方案，已投入使用，大大提高工作效率和信息化管理水平，達(dá)到了預(yù)期的要求，同時(shí)系統(tǒng)也可以為工業(yè)監(jiān)測(cè)或監(jiān)控領(lǐng)域提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱琨.基于 GPRS 的雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2008.

[2] 段允.高精度低功耗超聲流量計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)[D].寧波：寧波大學(xué)， 2011.

[3] 陳杰.基于 MC39i 的智能儀器遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研發(fā)[D]. 淄博：山東理工大學(xué)，2011.

[4] 陳宮，王三勝，張慶榮，等.基于 STM32F103VCT6 的微位移控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012， 35（3）： 144-146.

[5] 何慶泥，周懷北.GPRS 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用[J].通訊和計(jì)算機(jī) 2005（7）.

[6] 胡勝利，萬晉軍.基于 GPRS 的地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].水利水電技術(shù)，2011，42（1）： 89-91.endprint