北斗短报文通信在水位监测中的应用

摘 要：本文提出了一种以单片机STM32F103ZET6作为水位监测终端的核心控制芯片，采用投入式压力水位传感器，以北斗短报文功能为通信方式的水位监测系统设计方案，分别给出了硬件设计和软件设计。通过软件测试，系统顺利完成了数据的发送。

关键词：水位监测；北斗短报文；STM32F103ZET6

我国疆土辽阔，需要水文监测的地点多且地域跨度大，目前有很多在野外环境恶劣的水位监测点，不适合搭建有线通讯网络，一些地方甚至連电信无线信号也没有覆盖。针对这些问题，设计了一款利用北斗短报文通信的水位监测系统，该系统具有远距离传输并且不受环境限制的优点。

1 系统整体设计

北斗导航系统是中国自行研制的全球卫星导航。北斗导航系统主要包括定位、导航、授时服务，并具有短报文通信能力。在水位监测系统中，分为智能水位监测终端、北斗卫星和中心控制站3部分。将水文数据转换成北斗短报文数据，再通过北斗短报文板卡FB3141发送到中心控制站，中心站将北斗短报文数据转换成水文数据，并对数据进行整理。图1为系统通信原理图。

智能水文数据采集终端如图2所示。系统采用STM32F103ZET6单片机作为遥测终端控制单元，采用北斗通信模块FB3141以北斗短报文为通信方式。液位传感器采用投入式压力水位传感器HH-T20J，温度传感器采用数字温度传感器DS18B20；另还有电源电路、存储单元、键盘、液晶显示器等外设。

2 智能水文采集终端硬件设计

2.1 控制单元与传感器介绍

STM32系列单片机是意式半导体集团开发的32位低功耗、低成本、高性能的单片机。STM32F103ZET6配置强大，具有512K FLASH、64K SRAM、3个SPI、3个12位ADC、5个串口、112个通用IO口；

静压式液位变送器HH-T20J产生与水位成正比的高度线性电压信号，再经过处理后即可输出与输入电压成线性对应的标准信号；温度传感器DS18B20的温度测量范围为-55℃～+ 125℃，最高分辨率为12位，测量精度为±0.5℃，采用单总线技术，抗干扰能力强，供电方式灵活。

2.2 电源电路设计

由于水文监测系统多在野外，因此采用太阳能供电与蓄电池供电相结合的方式，蓄电池选用12V电池组，12V电源电压经开关降压芯片LM2596-5降压至+5V，再经降压芯片ASM1117降压至3.3V供单片机及周围电路使用。

2.3 北斗通信模块

FB3141型北斗一代RDSS射频基带模块板卡为福大北斗公司自主推出的一体化模块，模块内部集成了RDSS射频收发芯片、攻防芯片、基带电路等。模块内置LNA，接收为S频点，实现对RDSS卫星信号进行滤波，低噪声放大，无需外置LNA，直接连接无源天线即可；该模块集成度高、功耗低，能够实现北斗一代的定位与短报文通信。模块的供电电压为+5V。FB3141板卡提供RS232接口，通过MAX3232转换芯片与STM32F103串口相连。

3 系统程序设计

3.1 系统的总设计

软件与硬件相配合，主要完成温度、水位的测量与显示；通过按键可以读取和显示当前的水文数据；通过北斗短报文通信板卡实现远程数据传输。软件设计采用模块化的设计方案，主要包括：主程序、北斗通信子程序、水位计算子程序、温度测量子程序、数据存储子程序、按键子程序和液晶显示子程序的设计。除了中断服务程序，其他子程序都是通过主程序调用的。

3.2 北斗短报文通讯模块设计

通过北斗卫星短报文板卡FB3141将检测终端的数据发送到中心站的北斗用户终端之前，须将水位数据转化成北斗短报文格式。短报文数据传输格式包括指令、报文头信息、电文内容、校验和四个部分，其中电文内容可用长度为120字节。

电文中的数字与字符均用ASCII码表示。在系统上电后首先检查IC卡是否插好。因为民用信息发送的频率通常为30-60s，若是发送失败，设置2分钟后重新发送，存入存储器。

4 结语

本文论述了基于北斗短报文的水文监测系统的硬件和软件设计，通过测试，实现了数据的发送与接受。通过利用北斗短报文通讯的功能，设计的水文监测终端能够不受距离、地域环境的限制，特别适合普通信号无法覆盖地区的远程数据传输；

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作者简介：

吕恒琪（1993-），女，汉族，吉林白山人，山东科技大学电气与自动化工程学院，硕士研究生在读，主要研究方向：自动检测与故障诊断。