一、項目概述

1.1 引言

1.1.1編寫目的

本文檔用于說明項目基本情況及項目開發(fā)的計劃安排。

1.1.2 背景

項目背景:

從天空降落到地面上的雨水，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失而在水面上積聚的水層深度，稱為降雨量（以毫米為單位），它可以直觀地表示降雨的多少。測定降雨量常用的儀器包括雨量筒和量杯。

環(huán)境中的各項因素的監(jiān)測有一定的重要意義，環(huán)境中的監(jiān)測項目有溫濕度、風(fēng)向風(fēng)速、 雨量、氣壓等等，每一種監(jiān)測均有一定的作用，溫濕度監(jiān)測儀對于環(huán)境中的溫濕度能做 到實時的監(jiān)測，溫濕度不僅僅影響著植物的有機物質(zhì)合成量，同時對于人的感官舒適度 有很大的影響作用，而溫濕度與風(fēng)向風(fēng)速兩者相結(jié)合則是對于環(huán)境中的風(fēng)林火線的預(yù)測 有一定的關(guān)系，風(fēng)向風(fēng)速的預(yù)測則是借助風(fēng)向風(fēng)速儀來進行操作，而雨量的監(jiān)測對于農(nóng) 業(yè)上的灌溉有一定的指導(dǎo)作用，通過使用雨量監(jiān)測以來進行對降雨量的測量，以此來進 行制定合理的灌溉措施。

雨量的檢測不僅僅用于農(nóng)業(yè)中，降雨量的監(jiān)測為我們的安全出行有著很大的幫助，對于輪船以及飛機的安全抵達有很大的影響作用，在降雨量到達一定的等級之后，這兩種交通方式很有可能被禁止出行。

1.2 項目背景/選題動機

目前， 國內(nèi)許多水文站監(jiān)測水位和降雨量仍采用人工方法。 該方法不但存在測量的人身安全問題， 而且還存在數(shù)據(jù)測量難以準(zhǔn)確、 監(jiān)測實時性不強等問題。 為了實時準(zhǔn)確監(jiān)測水位及降雨量，我們可采用一種基于GSM的水位與降雨量在線監(jiān)測系統(tǒng)。 該系統(tǒng)以單片機為控制核心， 利用全球移動通信系統(tǒng)GSM公眾無線通信網(wǎng)的SMS服務(wù)傳輸遠程數(shù)據(jù)， GSM網(wǎng)覆蓋面廣、 一次投入少、運營成本低、 運行可靠、 抗干擾能力強等優(yōu)點,實現(xiàn)了江河、 湖泊及水庫等水位和該區(qū)域降雨量的遠程監(jiān)測,同時能實現(xiàn)水文站的無人值守功能。

目前市場上所見的降水自動采樣器主要有以下幾類：

（1）單機運行類：降水時自動打開桶蓋，降水結(jié)束時自動關(guān)閉?；緵]有實現(xiàn)降水信息的采集，如降雨開始/結(jié)束時間、降雨量等。

（2）近距離通訊類：該類采樣器除具備單機運行類的功能基礎(chǔ)上，還可以采集一些簡單的信息，如降雨開始/結(jié)束時間、降雨量等，而且具備一定的進距離通訊手段，可以將信息傳輸?shù)接嬎銠C中。目前最常用的通訊方式就是RS485通訊方式，通訊距離在1200米之內(nèi)。

（3）遠距離通訊類：與近距離通訊類采樣器相比，該類采樣器主要采用遠距離無線通訊方式進行數(shù)據(jù)傳輸。目前最常用的方式就是利用移動通訊公司提供的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，如短消息、GPRS、CDMA或3G通訊技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠距離傳輸。由于采用了移動通訊公司的通訊網(wǎng)絡(luò)，傳輸距離基本不受限制，在全國范圍內(nèi)均可實現(xiàn)傳輸。唯一的缺點就是采樣器所在的位置必須是在通訊信號覆蓋范圍內(nèi)。

（4）多功能型：這類采樣器基本上在（3）類基礎(chǔ)上，可以采集更多的降水信息，如實現(xiàn)分段定時采樣，實現(xiàn)PH值、電導(dǎo)率等的在線監(jiān)測，實現(xiàn)了更高級別的智能化。這種類型的降水自動采樣器正是今后的發(fā)展方向。

二、需求分析

2.1 功能要求

目前該類系統(tǒng)都是單機版的簡單的管理軟件，基本具備以下幾個功能：

1. 通訊功能：與降水采樣器實現(xiàn)通訊，將收集到的數(shù)據(jù)顯示出來；

2. 設(shè)置功能：可以設(shè)置相關(guān)的通訊參數(shù)，以及降水采樣器的工作方式等，可以對采樣器進行參數(shù)的設(shè)置。

3. 數(shù)據(jù)管理功能：簡單的軟件不具備此項功能。該功能實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫的管理功能，將采集到的信息寫入數(shù)據(jù)庫，允許對數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息進行簡單的查詢等操作。

4. 報表功能：對數(shù)據(jù)庫內(nèi)的降雨記錄以列表的形式打印出來。

5. 降水判斷：檢測到降雨傳感器的信號，實現(xiàn)開蓋/關(guān)蓋。

6. 降水量的統(tǒng)計：能正確累計降水量，通過標(biāo)準(zhǔn)雨量計進行累計。

7. Ph值、電導(dǎo)率及溫度的實時檢測。

8. 基于短消息的遠程無線通訊方式。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 性能要求

目前這些單機類的信息管理系統(tǒng)存在如下缺點：

信息共享困難：信息保存在單機上，軟件也需要安裝在該計算機上。想利用其它計算機來訪問這些數(shù)據(jù)比較困難。

數(shù)據(jù)難以實現(xiàn)集中管理：當(dāng)多個環(huán)境監(jiān)測站都安裝了降水采樣器后，如何將這些采樣器的信息集中起來，進行對比分析等操作就成了難題。

不具備分析功能：由于單機版軟件的數(shù)據(jù)較少，基本上沒有實現(xiàn)數(shù)據(jù)的對比分析、曲線顯示、靈活統(tǒng)計等功能。

軟件維護困難：單機版軟件容易受病毒破壞。需要用戶或廠家進行重新安裝，給系統(tǒng)維護帶來額外的費用。

因此，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，目前還沒有針對降水采樣器的網(wǎng)絡(luò)版信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有較好的應(yīng)用前景，應(yīng)該盡快設(shè)計。

所以，預(yù)想系統(tǒng)應(yīng)達到一下性能：

1. 信息共享

2. 數(shù)據(jù)集中管理

3. 分析功能

4. 方便的軟件維護功能

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

主控模塊兒及周邊

3.2 硬件平臺選用及資源配置

1. EVK1100開發(fā)板

2. Usb轉(zhuǎn)串口線

3. 串口線

4. 電導(dǎo)率傳感器

5. PH值檢測傳感器

6. GSM模塊（sim300cz）

7. 降水采樣器

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3.4 系統(tǒng)軟件流程

程序運行流程圖

3.4 系統(tǒng)預(yù)計實現(xiàn)結(jié)果

本系統(tǒng)主要達到下述目標(biāo)：

1、系統(tǒng)應(yīng)能滿足現(xiàn)代降水采樣信息管理的要求，能容納多種信息，主要包括降水信息（降水開始/結(jié)束時間）、每N分鐘采集到的降雨量、降水成分的分析信息（Ph值、電導(dǎo)率）。能對這些信息實現(xiàn)采集、處理、存儲、傳輸，按不同時段進行統(tǒng)計，計算，存檔功能。

2、實現(xiàn)降水量、Ph值、電導(dǎo)率的的統(tǒng)計、分析、以及圖形化顯示。

3、系統(tǒng)應(yīng)有良好的開放性，具有與多種降水采樣器進行通信的能力。系統(tǒng)建成后，不同廠家、不同類型的采樣器，可以很方便地接入系統(tǒng)。主站系統(tǒng)硬件不依賴任何廠家，可以方便地在市場上采購得到，以利系統(tǒng)的維護和擴充。

4、系統(tǒng)應(yīng)滿足高可靠性的要求。系統(tǒng)重要設(shè)備都應(yīng)能夠按冗余要求配置，包括主服務(wù)器、前置通訊設(shè)備、通訊通道等，或在將來很容易地實現(xiàn)冗余配置。

5、系統(tǒng)應(yīng)滿足對數(shù)據(jù)完整性和保密性的要求。

6、系統(tǒng)應(yīng)滿足對靈活性和可擴充性的要求。在采樣器增加，或數(shù)據(jù)存儲間隔時間縮短的情況下，系統(tǒng)能夠很方便地適應(yīng)擴充的要求。

7、可實現(xiàn)故障顯示、查詢，異常分析等功能