本发明涉及水质监测系统技术领域，尤其涉及一种GSM水质监测系统。
背景技术：
水质监测是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程。监测范围十分广泛，包括未被污染和已受污染的天然水(江、河、湖、海和地下水)及各种各样的工业排水等。主要监测项目可分为两大类：一类是反映水质状况的综合指标，如温度、色度、浊度、PH值、电导率、悬浮物、溶解氧、化学需氧量和生物需氧量等；另一类是一些有毒物质，如酚、氰、砷、铅、铬、镉、汞和有机农药等。为客观的评价江河和海洋水质的状况，除上述监测项目外，有时需进行流速和流量的测定。
据史料不完全统计，在中国解放以前的2155年间，曾发生过较大的水灾1092次，平均每两年就有一次大规模的洪水发生。建国以后，又先后发生过1951年淮河大水、1954年长江大水、1958年珠江大水、1995年辽河及第二松花江大水和1998年长江、嫩江、松花江全流域的大洪水，洪水自古以来就成了中华民族的心腹大患。
江河湖泊的水质采集是水文测报工作的重要内容，是洪水预报和防汛抗洪指挥决策的依据，也是百姓生命和财产安全的保证。建国以来，水文预报工作从无到有，由点到面得到了迅速的发展和提高。近年来虽然国家加大了水质测报网的建设，但对中小型水闸的覆盖面还不到10％，特别是偏远的地方，小型水闸的水质采集还以人工读数、电话上报为主。研究探讨一套方式简单、成本低廉的方案，能够直接读取远程水质，具有着很重要的现实意义。
GSM(Global System For Mobile Communications全球移动通信系统)，俗称手机，是由欧洲主要电信运营商和制造商组成的标准化委员会设计出来的，它在蜂窝系统的基础上发展而成，属于第二代数字移动通信系统。经过多年的发展，GSM移动通信日趋完善，目前是发展最为成熟的移动通信系统。目前可以为用户提供短信息、呼叫转移、移动秘书、手机炒股、IP电话等几十甚至上百种业务。
GSM通信网络的特点是技术最为成熟及先进、通信方式多、手机接续速度快、通信质量好、安全保密性能强、抗干扰能力强、网络覆盖面特别广、可以实现国际自动漫游等诸多优点，全世界目前已有近百个国家和地区建立了GSM数字移动电话通信网络。
GSM提供的短信息的通信方式当然也具有很高可靠性的优点，而且此项业务的收费加手机的费用同其他通信网络比较起来，包括超短波通信网络，很低廉。随着移动通信的快速发展，其费用还会越来越低。
现有水质监测中，通常需要工作人员进行实地采集样本后进行分析，不仅浪费人力资源，而且还可能由于水流变化导致样本与实际水质存在误差，为此我们提出了一种GSM水质监测系统。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种GSM水质监测系统。
本发明提出的一种GSM水质监测系统，包括监测控制系统和数据采集系统，所述监测控制系统包括单片机控制系统、GSM模块、太阳能控制模块和计算机模块，所述太阳能控制模块包括太阳能板、智能太阳能控制器和蓄电池，所述数据采集系统包括水位传感器模块、流速传感器模块、溶解氧传感器模块，所述单片机控制系统连接有计算机模块、水位传感器模块、流速传感器模块、溶解氧传感器模块、智能太阳能控制器和GSM模块，所述智能太阳能控制器连接有太阳能板和蓄电池，所述太阳能控制模块为监测控制系统提供电能，所述单片机控制系统通过GSM模块和数据采集系统无线连接，所述单片机控制系统控制水位传感器模块、流速传感器模块、溶解氧传感器模块对水质进行监测分析，并将采集的数据通过GSM模块上传至单片机控制系统。
优选地，所述单片机控制系统为STC12C5A60S2单片机控制系统。
优选地，所述单片机控制系统包括远程终端，所述远程终端为手机或电脑。
优选地，所述GSM水质监测系统可以通过监测控制系统和数据采集系统实现监测水质数据接收、处理，实时接收远程站的水质信息，自动存贮，并可以实现水质数据库管理，包含原始、历史数据的检索、查询，还可以自动生成日报表、月报表年报表，同时具有状态报警，根据设定的报警水质值，自动声光报警。
优选地，所述单片机控制系统内设有单片机和微处理器，其工作原理为：用户通过远程终端将信息发送到GSM模块，GSM模块将所接收的数据进行解包校验并将完整的命令通过RS232接口下传到微处理器，微处理器对收到的信息进行过滤，检查是否是已设号码的用户所发的符合命令格式的有效信息，单片机会检测收到的命令码里面的地址是否和本机的地址一致，地址一致后再根据命令码采集水质数据命令，微处理器读取水质传感器数值，将采集到的水质数据送入GSM模块，GSM模块将数据以短信息方式传输给远程终端，单片机再次回到等待命令的状态。
优选地，所述蓄电池为铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池或锂电池，用来储存电能。
本发明中，将GSM网络作为水质数据采集的通信媒介，采用基于GSM通信网络的数据采集系统与基于自建超短波通信网络的监测控制系统，可以解决在任何地区进行水质数据采集的任务，采用GSM实现远程水质采集，这种采集方式与常规的GPRS方式有很大的区别，它具有组网更简单、投资更少、可靠性更高、界面更为直观的优势，特别适合于边远地区的小型水闸、水库的水质信息采集，该系统具有可靠性、准确性、实用性、先进性、开放性、安全性和易维护性的特点。
附图说明
图1为本发明提出的一种GSM水质监测系统的框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
参照图1，本发明提出的一种GSM水质监测系统，包括监测控制系统和数据采集系统，所述监测控制系统包括单片机控制系统、GSM模块、太阳能控制模块和计算机模块，所述太阳能控制模块包括太阳能板、智能太阳能控制器和蓄电池，所述数据采集系统包括水位传感器模块、流速传感器模块、溶解氧传感器模块，所述单片机控制系统连接有计算机模块、水位传感器模块、流速传感器模块、溶解氧传感器模块、智能太阳能控制器和GSM模块，所述智能太阳能控制器连接有太阳能板和蓄电池，所述太阳能控制模块为监测控制系统提供电能，所述单片机控制系统通过GSM模块和数据采集系统无线连接，所述单片机控制系统控制水位传感器模块、流速传感器模块、溶解氧传感器模块对水质进行监测分析，并将采集的数据通过GSM模块上传至单片机控制系统。
本发明所述GSM水质监测系统可以通过监测控制系统和数据采集系统实现监测水质数据接收、处理，实时接收远程站的水质信息，自动存贮，并可以实现水质数据库管理，包含原始、历史数据的检索、查询，还可以自动生成日报表、月报表年报表，同时具有状态报警，根据设定的报警水质值，自动声光报警。
本发明中，所述单片机控制系统内设有单片机和微处理器，其工作原理为：用户通过远程终端将信息发送到GSM模块，GSM模块将所接收的数据进行解包校验并将完整的命令通过RS232接口下传到微处理器，微处理器对收到的信息进行过滤，检查是否是已设号码的用户所发的符合命令格式的有效信息，单片机会检测收到的命令码里面的地址是否和本机的地址一致，地址一致后再根据命令码采集水质数据命令，微处理器读取水质传感器数值，将采集到的水质数据送入GSM模块，GSM模块将数据以短信息方式传输给远程终端，单片机再次回到等待命令的状态。
水位传感器模块中的水位传感器采用PT压力变送器，它是一种高性能的压力变送器。投入式静压液位变送器是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件的压阻效应，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号(一般为4-20mA)。该变送器使用扩散硅传感器，安装方便，具有抗振性好、精度高、稳定性好、高可靠性等特点，并且大大减少了对单片机I/O口的占用。输出控制器由继电器驱动电路组成，单片机的I/O通过继电器驱动电路控制电机设备的电源的开关。系统只有在采集的时候，包括自动采集和手动采集才会启动传感器，这样有效避免了采集的干扰，减小了数据的采集误差，同时大大降低了系统的整机功耗。
流速传感器模块中的流速传感器为超声波多普勒流速传感器，超声波多普勒流速传感器是应用超声“多普勒效应”原理制成的超声测流仪。用超声波技术探测流速，测量点在机体前方，不破坏流场；测量精度高，测流线性，可测瞬时流速，也可测平均流速；无转动部件，不惧泥沙堵塞和水草缠绕，探头坚固耐用。它具有如下显著优点：
(1)测量精度高，量程宽，可测弱流，也可测强流。测流范围：0.02-7.00m/s，测量准确度：±1.0％±1cm/s；
(2)感应灵敏，分辨率高，不受启动流速限制；
(3)响应速度快，可测瞬时流速，也可测平均流速；
(4)测量线性，不存在校正曲线的K、C值；
(5)无机械转动部件，不存在泥沙堵塞或水草、杂物缠绕等问题，最适用于泥沙悬浮物含量高，水草等漂浮物多的河流中测量。
溶解氧传感器模块中的溶解氧传感器探头由一小室构成，室内有两个金属电极并充有电解质，探头前端覆盖有一片渗透性薄膜将小室封闭住。实际上水和可溶解物质离子不能透过这层膜，但氧和一定数量的其他气体可透过这层薄膜，还可同时保证不受CO2的干扰。将这种探头浸入水中进行溶解氧测定。
因原电池作用或外加电压使电极间产生电位差。由于这种电位差，使金属离子在阳极进入溶液，而透过膜的氧在阴极还原。由此所产生的电流直接与通过膜与电解质液层的氧的浓度氧分压成正比，当氧气分压变化时，渗进膜内的氧气量也相应调整，而探头电流也按比例改变。因为电流明显的随温度而变化，所以必须进行温度补偿。本仪器可以自动对不同温度下电流的变化进行补偿。集成电路温度传感器具有良好的线性关系，测量精度高且响应速度快等优点。传感器技术参数如下：
测量范围：0-20mg/L 0-99.9％；
温度适用范围：0-40℃；
最小分度值：0.01mg/L；
响应时间(T90)：＜20s；
温度补偿误差(0-40℃)：＜3％；
测量误差：≤±0.30mg/L；
零值误差：≤0.15mg/L；
重复性：≤±0.20mg/L；
稳定度：≤±0.20mg/L。
GSM模块，是一个类似于手机的通讯模块，集成了手机的若干功能于一块小电路板上，它可以发送短消息、通话等等。模块虽小，但它具备了很多手机的功能，拥有它等于就是拥有了手机的核心部分了，它在很多应用领域中都有着广泛的应用，GSM模块通过使用AT指令才能控制它，模块可以与电脑RS232串口相连，也可以用单片机来进行控制。
本发明采用的是MC35i模块，是一款支持中文短信息的工业级的新版GSM模块，工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.3-4.8V，休眠状态电流消耗为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，峰值为2.5A；可传输语音和数据信号，功耗在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2W和1W，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，MC35i通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为300b/s至115kb/s，自动波特率为1.2kb/s至115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service，短消息)，可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。
MC35i由供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成。作为MC35i的核心基带处理器主要处理GSM终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。
MC35i模块有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。
MC35i的第1-5引脚是正电源输入脚通常推荐值4.2V，第6-10引脚是电源地。11、12为充电引脚，可以外接锂电池，13为对外输出电压(共外电路使用)，14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻，用于锂电池充电保护控制。15脚是启动脚IGT，系统加电后为使MC35i进入工作状态，必须给IGT加一个大于100ms的低脉冲，电平下降持续时间不可超过1ms。16-23为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。MC35i模块的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-T RS232接口标准。它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps～115kbps之间可选，默认9600。硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集。其中18脚RXD、19脚TXD为TTL的串口通讯脚，可以方便和单片机进行通讯。
MC35i使用外接式SIM卡，24-29为SIM卡引脚，SIM卡同MC35i是这样连接的：SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通过SIM卡阅读器与MC35i的同名端直接相连，ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。MC35i的第32脚SYNC引脚有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示MC35i的工作状态，可用AT命令AT+SYNC进行切换，本模块使用的是后一种。当LED熄灭时，表明MC35i处于关闭或睡眠状态；当LED为600ms亮/600ms灭时，表明SIM卡没有插入或MC35i正在进行网络登录；当LED为75ms亮/3s熄时，表明MC35i已登录进网络，处于待机状态。30、31、32脚为控制脚，其中30为RTC backup，31为Power down，32为SYNC。35-38为语音接口，35、36接扬声器放音。37、38可以直接接驻极体话筒来采集声音(37是话筒正端，39是话筒负端)。
本发明中计算机模块的主界面上显示接收到设备的具体信息，包括设备编号、水质采集的时间、当前的水位、水流、系统电压以及设备地点；在主界面上可清洗电机和手动采集水质数据；可进行系统参数设置、对数据库进行备份、恢复、对接收和发送的短信内容进行查看与检索。为了保护软件系统，登陆系统必须有密码，系统密码是根据GSM模块全球唯一的ID号生产的注册码，保证了系统的安全性。
为保证采集系统的精度，本系统采用低功耗的16位ADS1112，它是由德州仪器公司(TI)推出的一款业界最小封装(SOT23-6)的16位△∑型模数转换器(ADC)。该系列是具有内置可编程增益放大器(PGA)、振荡器和二线式I2C串行接口的精密、宽动态范围ADC。它们可在2.7V至5.5V电源的条件下工作，功耗仅0.25mW。
ADS1112是一种连续自校准ADC，可提供差分输入和16位无丢失码精度，采用I2C接口，工作电压为2.7-5.5V单电源。ADS1100的转换速度为8、16、32、128次采样/秒(SPS)，精度分别达到16、15、14和12位。片上可编程增益放大器(最大增益为8)允许直接测量较微弱信号。在单转换模式中，该器件可在每次转换后自动断电，因此大大降低了空闲期间的功耗(低至<0.15uW)。ADS1112具有2.048V内部基准。ADS1112能够以15、30、60或240SPS的速率进行转换操作。
在本系统中，选用芯片X5045作为看门狗电路的主芯片。X5045是美国Xicor公司的生产的标准化8脚集成电路，它将EEPROM、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。系统重要的数据和信息可存放在EEPROM中，防止掉电导致关键信息丢失。
本系统中设有时钟电路，主要为系统提供实时时钟的功能，使系统完成定时采集水质等信息的功能。时钟电路芯片选择时钟日历芯片DS1302。DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V-5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。
本系统采用STC12C5A60S2单片机，它对整个系统起总体控制作用。STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S)，针对电机控制，强干扰场合，其具体包括：
(1)增强型8051CPU，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051。
(2)工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V-3.3V(5V单片机)STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V-2.2V(3V单片机)。
(3)工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的0-420MHz。
(4)片上集成1280字节RAM，用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节。
(5)通用I/O口(36/40/44个)，复位后为：准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA。
(6)ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片。
(7)有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)。
(8)看门狗内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地)。
(9)外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器5V单片机为1.32V，误差为+/-5％，3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3％。
(10)时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5％到+/-10％以内)用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟。常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz-15.5MHz，3.3V单片机为：8MHz-12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准。
(11)共4个16位定时器：两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器，做串行通讯的波特率发生器再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。
(12)2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟。
(13)外部中断I/O口7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2)，CCP1/P1.4(也可通过寄存器设置到P4.3)。
(14)A/D转换，10位精度ADC共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)。
(15)STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。