水文监测RTU遥测终端机的设计与实现

1、引言

对水库、河道的水位、降雨量、流量、闸门等水情的自动监测报警系统中，水文水资源遥测终端机RTU得到了广泛的应用，根据水利部《水资源监测数据传输规约（SZY206-2012）》、《水文监测数据通信规约（SL651-2014）》规范要求，本文介绍了蓝普lanpu1802水文监测RTU遥测终端机的设计与实现。

2、水文RTU电路板的架构设计

Lanpu1802型水文监测遥测终端机RTU基于SIM800C通信模块设计，采用STM32核心处理系统，，主要用于水情遥测，具备数据采集、存储、远程上报，管理功能。设备采用了低功耗设计，具有多路传感器接口、支持多中心站、大容量数据存储。

如图1描述了lanpu1802水文测控终端RTU电路板的设计结构。

图1 LANPU-RTU电路板架构图

系统由3个模块组成：1）24V转5V，5V转4.2V负责SIM800C供电，5V转3.3V负责STM32供电。2）外围接口电路，包括2路485接口、2路232接口、8路干点输入、8路继电器输出、2路4-20mA输出、4路4-20mA输入或0-5V输入、2路12v电源输出。3）sim800c通信。

数据采集包括水位数据，支持模拟量4-20mA或0-5V、485接口水位计，如：浮子式水位计、雷达水位计、压力水位计、气泡水位计等。雨量数据采集目前支持翻斗式雨量计。同时1802型rtu可以监测自身电池电压，并根据“水文监测数据通信规约”SL651-2014的要求将监测到的电池供电电压值传输给中心站。Lanpu-1802型rtu的一组485接口可以连接工业串口照相机，能根据规约的要求，完成对监测目标的拍照，分包取图，然后存储到rtu内置存储器中，图片通常采用jpg格式。

3、系统实现与功能

系统BOM表单包括195种配件，采用14*10厘米双层电路板的设计，PCB原理图如图2所示。

图2 lanpu1802 RTU PCB图

设备采用工业级32位处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统作为软件支撑平台，工作环境温度零下20度至70度，耐强电磁干扰，内置看门狗电路，确保设备可以在各种复杂环境下长时间稳定工作，永远在线。产品支持多种工作模式，包括自报模式、查询应答模式，产品设计功能如下：

1.通信功能：支持4频GSM/GPRS，工作的频段为：GSM850、EGSM900、DCS1800和PCS1900 MHz支持实时在线，休眠定时唤醒功能，在休眠模式下耗电流低至0.6毫安，在这种状态下，模块的电流消耗会降到最低，模块仍能接收寻呼信息和SMS。

2.采集功能：可以连接各种通信接口的传感器，包括脉冲、4-20mA、0-5V、RS485、RS232等，具体有采集工业相机图片数据，支持抓拍、定时拍照功能；采集流量计、脉冲水表数据；采集水位计和雨量计数据；采集设备供电状态和井盖门或箱门开关状态。

3.控制功能：可以远程自动控制阀门、闸门的开关，可以远程控制电动调节阀的开度。

4.支持监测参数定时上报、超限自动报警功能，可以监测自身供电电压，当电压低于门限值时自动切换到低功耗工作模式。

5.支持远程管理功能，可通过GPRS进行设备参数设定，如雨量加报门限值、水位加报门限值、测量时间间隔等并且支持设备程序的远程升级，方便管理。

6.支持存储功能，本地有大容量存储，可以对各种数据进行存储

7.隔离功能，该rtu提供一路隔离485接口，设计采用了一个3通道隔离器、一个三态差分线路驱动器，一个差分输入接收器和ADI公司的isoPower®DC/DC转换器，它们采用5 V或者3.3 V单电源供电，实现完全集成的信号和电源隔离RS-485解决方案，对RS485输入输出引脚提供±15kv ESD保护，适合负责电磁环境、恶劣气象条件下使用。

4、结束语

 本文基于GPRS网络，提出了基于SIM800C的水文监测RTU远程测控终端控制系统，其数据传输符合《水文监测数据通信规约》SL651-2014之规定，无需布线、管理人员在远程管理端即可实现水资源的信息的实时发布、实时传输、实时送达。