基于3GMODEM的水质远程监控系统的设计与

摘 要：饮用水安全现已成为制约社会发展的重要因素,加强水源地水质监控力度势在必行,然而目前偏远水源地的水质监控技术仍存在部署成本高、及时响应困难等问题.该文在分析现有水质自动监测系统通信传输技术的基础上,介绍了基于3G MODEM的水质远程监控系统的实现方案及短信通信控制方案,并结合同类实时监控系统的类似应用,提出本系统在偏远水源地水质远程监控的应用可能.

关 键 词 ：3G MODEM 水质监测 远程监控

中图分类号：P33 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0031-02

1.问题的提出

我国水资源总量大约为2.8万亿 m3,居世界第六位；但是人均占有量仅为2240 m3,在世界银行连续统计的153个国家中居第88位.我国的水资源现状不仅人均占有量低,还存在地区分布不平衡、水体污染日益加重、城市缺水情况凸显等问题.尤其是近年来很多地方区域经济的发展和过度开发的加剧,加重了局部水资源的负荷,也加剧了水源地的污染.水污染问题已经成为我国经济社会发展的最重要制约因素之一,已经引起国家和地方政府的高度重视[1-2].因此,各地在治理水污染的同时,逐渐加强了对水源地水质的监测力度.

传统的水质监测工作以人工现场采样、实验室仪器分析为主.随着当今政府和企业对水环境管理要求的提高,水质在线自动监测成为相关的热点.通用的水质在线自动监测系统一般是通过各类水质监测仪/数据采集仪进行现场数据采集,然后将数据通过网络传输到监控中心怎么写作器,由监控中心对各类数据进行分析对比,得出水污染的综合指标和趋势.

水质自动监测系统可快速而准确地获得水质监测数据.自动监测系统的应用,有助于水利及环保部门建立大范围的监测网络收集监测数据,以确定目标区域的污染状况和发展趋势.随着监测技术和仪器仪表工业的发展,水质监测工作更开始向自动化、智能化和网络化为主的监测方向发展[3-6].

但是目前的水质自动监测系统往往在监控中心和现场监测设备之间建立稳定的通信网络,而这对于很多偏远的小型水源地的监测来说却是难以实现,铺设较长的网络线路包括各种网络中继设备或者直接采用无线通信方式,在实际应用中往往因地理环境的因素限制是不现实的或者代价过高的.因此,该文提出了一种基于工业级3G MODEM的水质远程监控系统.该系统主要以一种替代的方案解决了通用的水质自动监测系统的通信传输问题.

2.系统实现

针对上述的背景描述及需求分析,结合具体实践,该文认为水质自动监测系统在偏远地区应用,可采取如下方案：

（1）偏远地区水源地的污染一般是一个长期的过程,受到突发式污染的概率比较小,因此对于水质监测的实时性要求并不高.在这样的情况下,可以在数据采集部分增加大容量的存储器,实时存储采样检测后的数据,并在固定时间内由专门工作人员现场拷贝提取,再导入到监控中心数据库；

（2）在现场检测部分增加控制模块,设置各类指标的阈值范围.当控制模块检测到数据采集仪采集到的数据不在相应指标的阈值范围内时,将该信息以事先设定好的格式和内容转换成短信的方式通过3G MODEM进行远程传输；

（3）设定固定的间隔时间,控制模将各种水质检测仪/数据采集仪间隔时间点的设备状态信息,以事先设定好的格式和内容转换成短信的方式通过3G MODEM进行远程传输；

（4）远程监控中心的3G MODEM接收到短信后发送到控制模块,按照约定的格式解析成相应的信息,例如：污染指标情况、水质检测仪/数据采集仪设备状态情况等；

（5）远程监控中心将传统的控制命令（控制信号/数据）通过控制模块转换成短信的形式,并通过3G MODEM进行远程传输,水质检测仪/数据采集仪通过3G MODEM收到短信后,发送到控制模块,按照程序约定的格式解析成设备的控制信号,实现设备的远程控制开机、关机、重启等.其中,现场检测部分控制模块的处理流程图如图1所示.

基于上述方案,本文提出了基于3G MODEM的水质在线监测系统,其系统结构如图2所示.由图2可见,整个系统包括控制中心和现场检测两个部分,两端通过3G无线网络进行简单的短信通信.其中控制中心主要包含各类数据分析和管理模块,实现对水源地现场的设备和水质状况进行分析,并能够接受突发情况产生告警信息；现场检测部分大多与传统的水质自动监测系统一样,通过水源地检测点取样,经过各种检测设备检测后将数据通过控制模块存储到存储设备中,并将水质指标的异常情况和设备的异常情况,通过短信发送到控制中心.

本系统采用的工业级3G MODEM是一款基于CDMA2000 1X EV-DO的短信平台,内嵌工业级3G无线模块,具有RS232标准接口,能够直接与用户设备连接,实现短消息收发功能.

3.短信通信控制

本系统的核心在于控制中心和现场检测设备之间,在控制模块的管理下通过3G MODEM进行交互,以短信的方式实现控制中心和现场检测设备之间的必要通信.短信的传输过程是由3G MODEM设备接入3G无线网络自动实现的功能,而本系统主要是要解决控制模块对3G MODEM的控制过程,也就是说由控制模块来控制短信的收发,这是由控制模块调用标准AT命令来实现的.

短信通信控制主要完成短信的发送和接收,以及消息的组装、编码和解析.下面主要以短信发送为例来介绍控制模块如何驱动3G MODEM完成短信发送的功能.发送短信一般要经过启动端口、建立串口连接、短息编码、发送“发送短信”命令和关闭端口等动作.启动端口一般通过SerialPort类来实现,关键代码如下.

portld等于CommPortldentifier.getPortIdentifier（“1”）； //设置串口名称为1 serialPort等于（SerialPort）portld.open（PortOwner,2134）；//打开Com1口

serialPort.setSerialPortParams（9600,SerialPort.DATABITS_8, SerialPort.STOPBITS_1,SerialPort.PARITY_NONE）；//设置串口读写参数

然后通过outStream.write （“AT＼r”.get_Bytes（））；来测试串口连接是否成功.如果返回“OK”表示连接成功否则不成功.

短信编码主要是将短信内容3G MODEM支持的文本格式,一般为Unicode编码格式.

短信发送的核心代码如下：

outStream.write（“AT+ZMSGL等于 6,4＼r”.getBytes（））；//指定中文Unieode编码方式

outStream.write（（“AT+CMGS等于＼”13*********＼”,”+b.1ength+”＼r”）.getBytes（））；//输入目的和信息长度

outStream.write（b,0,b.1ength）；//写入信息

outBtream.write（“0x00,Oxla”.getBytes（））；//发送结束

在完成一次短信发送后要用serialPort.close（）；语句关闭该端口,以结束串口通信.

4.远程监控系统的类似应用

目前,基于3G MODEM的水质远程监控系统还处于应用设计阶段,尚未有成熟案例,但实时监控系统在宁波市水利系统已有实际应用.

2012年,宁波市委托开发完成宁波市取水口水量实时监测软件系统.同年底,宁波全市195家取水量大的重点企业均安装该软件.截止2014年1月,该系统已运行一年多,运行情况良好.

已有重点企业取水口水量实时监测软件系统综合采用J2EE和Android技术进行开发,是移动互联网在水量监测方面的典型应用.该软件系统和后台的交互模式与本文不同,但其系统应用方向与本文相似,首先两者同为水利系统,都是通过3G移动通信,但是该软件系统主要是采用移动应用的方式与远程怎么写作器交互,而本文系统是通过3G短信的方式控制远程设备.

基于3G MODEM的远程监控系统增加工业级3G MODEM和相应的控制管理模块,使其较单纯的移动应用系统的远程控制和及时响应更出色,同时因为管理方便、成本较低,适用于偏远地区的远程监控.

目前国内饮用水水源地多位于偏远山区,而现今公众对饮用水水质要求日益提高,建立一套即时的水源地水质远程监控系统十分必要.3G MODEM系统现已广泛应用于物联网产业链中的M2M行业,如智能电网、智能交通、金融、环境保护、遥感勘测、气象、农业、林业、煤矿、石化、供应链自动化、工业自动化、公共安全、数字化医疗等领域.鉴于J2EE数据技术实时监控系统在宁波城区企业取水水量实时监控中已有应用,该文基于3G MODEM的远程监控系统在水源地水质监控中也将有试点可能.

5.结语

基于3G MODEM的水质远程监控系统的核心在于控制中心和现场检测设备之间,在控制模块的管理下通过3G MODEM进行交互,以短信的方式实现控制中心和现场检测设备之间的必要通信.系统在现有水质在线分析系统的基础上,增加工业级3G MODEM和相应的控制管理模块,使得远程控制和及时响应成为可能,同时因管理方便、成本较低,能够极大提高水质在线分析系统的应用范围.

目前,国内饮用水水源地多位于偏远山区,水质远程监控难度大、成本高,相信基于3G MODEM的水质远程监控系统在进行试点优化后,在解决偏远水源地水质远程监控方面有较好的应用前景.