（模式识别与智能系统专业论文）分布式水情测报系统构建及应用研究.pdf

分布式水情测报系统构建及应用研究 和水情监控中心两方面的内容。为适应目前水情监测系统对多种数据和信息 传输及控制的要求，在对比现有各种通信方案的基础上，本文采用e d 姐无线 通信网络和有线电话网( p s t n ) 互为备份的组网形式；水情监控中心软件主 要处理来自现场遥测终端的水情信息，包括采数、入库、资料整编和显示等 四大部分。本文参考c o r d + 对分布式事务的支持，建立了针对水情监铡系统的 分布、异构的计算环境。最后，给出了水情监测软件在四川省升钟水库管理 局监控中心的应用实例。 关键词：水情测报遥测终端l o n w o r k s 现场总线技术通信组网 c 0 m + 组态技术 i i 分布式水情测报系统构建及应用研究 c o n s t r u c t i n g o fad i s t r i b u t e d s y s t e m a n di t s a p p l i c a t i o n s f o ra u t o m a t i o n s y s t e m o f h y d r o l o g i c a l c o l l e c t i o na n dt r a n s m i s s i o n a b s t r a c t d i s t r i b u t e ds y s t e mf o rh y d r o l o g i c a lc o l l e c t i o na n dt r a n s m i s s i o ni st h ev i t a l b a s i so f a p p l y i n gi tt ot h eh y d r a u l i c e n g i n e e r i n g t h er e s e a r c ha b o u t h o wt oa p p l yi t m e a n s p r i c e l e s s t r e 船u r ef o r i m p r o v i n g t h e g u a r a n t e e r a t eo ff l o o d c o n t r o l ， o p t i m i z i n gc o n s u m p t i o no f w a t e rr e s o u r c ei nt h ei r r i g a t i o na r e aa n de c o n o m i z i n g w a t e rr e s o u r c e ，e t c i nt h i sp a p e r , w es u g g e s ts o m ea p p r o a c h e st o b m l d i n gd i s t r i b u t e ds y s t e mf o r h y d r o l o g i c a lc o l l e c t i o na n d t r a n s m i s s i o n 1 )a i m i n ga tt h ec h a r a c t e r so fb r o a di r r i g a t i n gt e r r a i n ，d i s t r i b u t e dm e a s u r e s t a t i o na n da b o m i n a b l ew o r k i n gc o n d i t i o na n dt a k i n gt h ec o n t r o lf l o o d a n dw a t e rr e s o u r c em a n a g e m e n t r e q u i r e m e n t s f o rt h ec r e d i b i l i t y , r e a l - t i m e r e s p o n s ea n ds t a b i l i t yi n t oa c c o u n t ，w ep r e s e n tar t u a r c h i t e c t u r eb a s e d o nl o n w o r k s p l a t f o r mt e c h n o l o g y b a s e d o nt h er e s e a r c ha b o u t l o n w o r k s p l a t f o r mt e c h n o l o g y , s u c h a sc o m m u n i c a t i o n c a p a b i l i t y , t o p o l o g i c a la t t r i b u t e ，e t c ，w eb u i l dt h er t u a r c h i t e c t u r ep r i m a r i l yu s i n g l o n w o r k s p l a t f o r mt e c h n o l o g y 2 ) t h i sp a p e ra r g u m e n t st h et e c h n i q u er o a d i nt h es p e c i a ld e s i g n m e n t ，w e b u i l dh o s tc o m p u t e rs y s t e mo f r e g i m e nr e m o t em e a s u r e m e n tt e r m i n a la n d s e n s o ra d a p t o rn o d ef o rh y d r o g r a p h i cp a r a m e t e r s ，d e s i g nt h eh a r d w a r e i i i 分布式水情测报系统构建及应用研究 l o g i cc i r c u i t ，a n ds h o wt h e s o f t w a r eo fr t u ，s u c ha st h ep r o g r a mo f l o n r t ua n dr t u a d a p t e re t c a tl a s t ，a i m i n ga tn e t w o r kc o m m u c i t a t i o n o f n o d e ，i tt a k e ss y s t e mf o rh y d r o l o g i c a lc o l l e c t i o na n d t r a n s m i s s i o na b o u t l o n w o r k sa se x a m p l e 3 ) o t h e rt h a n ，t h i s p a p e r i n v o l v e st h e p a r t s o fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e ma n dr e g i m e nm o n i t o rc e n t e r t oa d a p t t ot h ec u r r e n tr e q u i r e m e n t s o fs y s t e mf o rh y d r o l o g i c a lc o l l e c t i o na n dt r a n s m i s s i o n ，c o m p a r e dw i t h m a n yk i n d so f t h ec o m m u n i c a t i o ns c h e m en o w a d a y s ，t h i sp a p e r p r e s e n t s t h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s c o n s i s t i n g o fc d m a - - w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n dp s t n ，t h o s eo fw h i c hi st h eb a c k u ps y s t e m f o re a c ho t h e r t h ec e n t r es t a t i o ns o t t w a r et a k e sr e s p o n s i b i l i t yo f a e r a m g w i t ht h e h y d r o g r a p h i c i n f o r m a t i o nf r o ml o c a l er e m o t em e a s u r e m e n t t e r m i n a l sa n dh a n d l i n gh o wt or e m o t e l ym o n i t o r t h ec e n t r es o f t w a r eo f r e g i m e n m o n i t o rc o n s i s t so fc o l l e c t i n g ，s t o r i n g ，a r r a n g i n gd a t aa n d d i s p l a y i n g i nt h i sp a p e r , w em a k eu s eo f t h ea t t r i b u t e so fc o m + t h a t s u p p o r td i s t r i b u t e dm a t t e r s b a s e do nt h e s et e c h n o l o g i e s ，w eb u i l du pt h e d i s t r i b u t e da n di s o m e r i c c o m p u t i n ge n v i r o n m e n t sa i m i n g a t r e g i m e n m o n i t o r s y s t e m i n t h e e n d ，t h i s p a p e rp r e s e n t s t h e a p p l i c a t i o n e x a m p l e 。- - 。- a p p l y i n gt h i ss y s t e mt ot h em o n i t o rc a n t o ro fs h e n gz h o n g r e s e r v o i r m a n a g e m e n t b u r e a u k e yw o r d s ：h y d r o l o g i c a lc o l l e c t i o na n dt r a n s m i s s i o n r e m o t em e a s l l r e m e n tt e r m i r l a l l o n w o r k sf i e l db u sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kc o m + 分布式水情测报系统构建及应用研究 第一章绪论 信息科学和技术的迅猛发展，给水利信息化的发展提供了强有力的技术支 撑，从而为各种复杂水文水资源问题的有效解决提供了可能，诸如水情测报、 水资源优化调度、水资源科学规划与可视化决策等。 水情测报系统是基础的水文信息监测项目之一。它通过现场传感器采集河 流及渠道的水位、流量、水量等信息，利用无线( 或有线等) 通信系统，在监 测中心实现对现场水情状况的实时监测。我国幅员辽阔，水资源分布极不均匀， 因此水情测报系统在防洪抗灾，以及灌区水资源调度中具有重要意义，其成功 应用可以创造较大的经济效益和社会效益。 分布式水情测报系统由遥测终端( r t u ) 、通信网络和中心站数据处理软件 等构成。水情遥测终端( r t u ) 在水情测报系统中处于重要地位，只有建立稳定 可靠、灵活方便、功能完善的水情遥测终端，才能满足水利信息化建设对水情 信息采集的要求。目前国内的水情遥测终端大多是封闭式的结构，拓扑性差， 传输速率较慢，通信的可靠性和实时性不能保证，不论是采用国内外产品其互 操作和开放性都相当差。虽然各厂商提供了不同功能的产品和子系统，由于通 信介质和通信协议不同，致使各子系统间无法实现互操作和系统互连。如果各 子系统独立运行，不仅不能对整个系统进行统一的协调和管理。而且会有较高 的运行和维护费用，存在扩展不方便，网络的拓扑结构不合理，不容易组网等 诸多问题。 本文针对水利信息化建设中对水情测报“网络化、分布式监测的需求”，基 于l o n w o r k s 现场总线技术，摧建了基于l o n w o r k s 平台的分布式水情测报系统， 完成了一个具体的水情测报系统的设计和调试。 分布式水情测报系统构建及应用研究 第二章水情遥测终端( r t u ) 的实现 2 1l o n w o r k s 现场总线技术 l o n w o r k s 是目前通用性强的现场总线技术。它是由美国e c h e l o n 公司推出 并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1 9 9 0 年正式公布而形成的。它采用 了i s o o s i 模型的七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量 把网络通信设计简化为参数设置，直接通信距离可达2 7 0 0 m ( 7 8 k b p s ，双绞线) ； 支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质“。 l o n w o r k s 网络通信比传统现场总线更加通用。传统的现场总线采用主从 方式，当节点增多或某些节点出现故障或占用总线时间长时，就可能使其它节 点的报警信号和采集数据延迟发送甚至丢失，实时性和可靠性均得不到保证。 而l o n w o r k s 采用的l o n t a l k 网络协议，从根本上解决了上述问题。它使现场的 每个采集控制节点均具有了强大的网络通信功能。不仅实现了节点间的对等通 信，上下位机间的双向通信，更使每个现场节点都能自主地传送报警信号和采 集结果，同时l o n w o r k s 技术还可使现场通信速率很轻易就达到7 8k b p s 以 上。 l o n w o r k s 总线连接很灵活，系统扩充方便。l o n w o r k s 技术能支持各种网络 拓扑结构，自由拓扑所带来的好处是系统扩充变得非常方便，需要增加采集点 时，只需在就近地方安装好采集节点。然后将该节点用两根双绞线连接至就近 的另一节点即可，而不需要担心节点的加入给原有系统结构带来的改变。其结 果是大大方便了系统的结构设计和布线施工，也避免了传统总线式接线中不可 避免的布线浪费”。 由于每个l o n w o r k s 核心芯片内都集成了网络通信、i o 功能及可编程能力， 这使得每个节点都具有完整的处理能力，可以不依赖于其它节点或设备而完全 独立地工作。因此，l o n w o r k s 总线更利于模块化系统设计。 l o n w o r k s 节点的编程采用了最通用c 语言，摆脱了繁琐的汇编语言，以更 结构化的方式更快地编程。另一方面，l o n w o r k s 的开发有完善的开发工具和模 拟调试环境，这是其它控制总线技术目前都不具备的。 分布式水情测报系统构建及应用研究 第二章水情遥测终端( r t u ) 的实现 2 1l o n w o r k s 现场总线技术 l o n w o r k s 是目前通用性强的现场总线技术。它是由美国e c h e l o n 公司推出 并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1 9 9 0 年正式公布而形成的。它采用 了i s o o s i 模型的七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量 把网络通信设计简化为参数设置，直接通信距离可达2 7 0 0 m ( 7 8 k b p s ，双绞线) ； 支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质“。 l o n w o r k s 网络通信比传统现场总线更加通用。传统的现场总线采用主从 方式，当节点增多或某些节点出现故障或占用总线时间长时，就可能使其它节 点的报警信号和采集数据延迟发送甚至丢失，实时性和可靠性均得不到保证。 而l o n w o r k s 采用的l o n t a l k 网络协议，从根本上解决了上述问题。它使现场的 每个采集控制节点均具有了强大的网络通信功能。不仅实现了节点间的对等通 信，上下位机间的双向通信，更使每个现场节点都能自主地传送报警信号和采 集结果，同时l o n w o r k s 技术还可使现场通信速率很轻易就达到7 8k b p s 以 上。 l o n w o r k s 总线连接很灵活，系统扩充方便。l o n w o r k s 技术能支持各种网络 拓扑结构，自由拓扑所带来的好处是系统扩充变得非常方便，需要增加采集点 时，只需在就近地方安装好采集节点。然后将该节点用两根双绞线连接至就近 的另一节点即可，而不需要担心节点的加入给原有系统结构带来的改变。其结 果是大大方便了系统的结构设计和布线施工，也避免了传统总线式接线中不可 避免的布线浪费”。 由于每个l o n w o r k s 核心芯片内都集成了网络通信、i o 功能及可编程能力， 这使得每个节点都具有完整的处理能力，可以不依赖于其它节点或设备而完全 独立地工作。因此，l o n w o r k s 总线更利于模块化系统设计。 l o n w o r k s 节点的编程采用了最通用c 语言，摆脱了繁琐的汇编语言，以更 结构化的方式更快地编程。另一方面，l o n w o r k s 的开发有完善的开发工具和模 拟调试环境，这是其它控制总线技术目前都不具备的。 分布式水情测报系统构建及应用研究 _ ，_ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ 一。 一 l o n w o r k s 技术内嵌的l o n t a l k 网络协议，使开发避免了复杂的通信控制编 程，对常用的各种i o 方式也提供了现成的库函数支持，使编程的工作大大简 化。 总之，l o n w o r k s 通过具有通信与控制功能的n e u r o n 神经芯片、收发器、电源、 传感器和控制设备构成的网络节点，采用专用的编程工具n e u r o nc ，利用所提 供的丌发工具l o n b u i i d e r 和l v s 技术，可以快速、方便地开发节点和联网。 2 1 1l o n 系统硬件组成 2 1 1 1 神经元( n e u r o n ) 芯片 神经元芯片是l o n w o r k s 现场总线的核心构件“1 ，由三个8 b i t 的中央处理 器c p u 组成，第一个c p u 为介质访问控制处理器，它处理l o n t a l k 协议的第一层 和第二层，即负责通信媒体访问控制( 物理层、数据链路层) ，第二个c p u 为网络 处理器，它实现l o n t a l k 协议的第三层到第六层( 网络层、传输层、会话层、 表示层) ，第三个c p u 为应用处理器，它实现l o n t a l k 协议的第七层即负责与 用户进行相应接口的应用层，如图2 1 示： 圈2 - 1 n e u r o n 苗片的方框圉 3 分布式水情测报系统构建及应用研究 _ ，_ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ 一。 一 l o n w o r k s 技术内嵌的l o n t a l k 网络协议，使开发避免了复杂的通信控制编 程，对常用的各种i o 方式也提供了现成的库函数支持，使编程的工作大大简 化。 总之，l o n w o r k s 通过具有通信与控制功能的n e u r o n 神经芯片、收发器、电源、 传感器和控制设备构成的网络节点，采用专用的编程工具n e u r o nc ，利用所提 供的丌发工具l o n b u i i d e r 和l v s 技术，可以快速、方便地开发节点和联网。 2 1 1l o n 系统硬件组成 2 1 1 1 神经元( n e u r o n ) 芯片 神经元芯片是l o n w o r k s 现场总线的核心构件“1 ，由三个8 b i t 的中央处理 器c p u 组成，第一个c p u 为介质访问控制处理器，它处理l o n t a l k 协议的第一层 和第二层，即负责通信媒体访问控制( 物理层、数据链路层) ，第二个c p u 为网络 处理器，它实现l o n t a l k 协议的第三层到第六层( 网络层、传输层、会话层、 表示层) ，第三个c p u 为应用处理器，它实现l o n t a l k 协议的第七层即负责与 用户进行相应接口的应用层，如图2 1 示： 圈2 - 1 n e u r o n 苗片的方框圉 3 分布式水情测报系统构建及应用研究 t 神经元芯片还有一个时间计数器，完成w a t c h d o g 、多任务调度和定时功能。 神经元芯片支持节电方式，在节电方式下系统时钟和计数器关闭，但状态信息 ( 包括r a m 中的信息) 不会改变，一旦i o 状态变化或网上信息有变，系统便 会激活，其内部，还有一个最高1 2 5 m b p s 独立于介质的收发器。 2 。1 1 1 2 收发器 收发器是连接节点和网络的界面。在o s i 七层协议中对应于物理层，是 e c h e l o n 核心技术之一。收发器的不同的类型，在组网的过程中，要根据网络 的拓扑结构和通信介质的不同进行选取。下面有几个不同类型的收发 器：t p t x f 一1 2 5 0 和t p t x f 一7 8 双绞线收发器、f t t i o a 自由拓扑收发器、p l t i o 、 和p l t 一2 0 电力线收发器等。 在有些情况下，网络的跨度较广，节点的分布势必受到限制。但通过成对收 发器的简单组合，就可获得一物理层重复器，使网络的跨度成倍的扩展。 2 1 1 3 节点硬件i o 接口 智能节点的i 0 接口电路是节点与传感器、执行器以及控制器相连的物理 硬件接口。节点的i o 接口电路的构成是与神经元芯片的i o 对象资源密不可 分的。 而且神经元具备的n e u r o w i r ei o 对象，使a d 和d a 电路能做到简明扼 要，无须任何外围元器件就可实现。在n e u r o w i r e 的主模式下，管脚1 0 8 作为 时钟输入，而1 0 9 与i o l o 分别作为串行数据的输出和输入，以此构成一个简单 三总线结构( 3 - w i r e b u s ) 。此外，1 0 0 到1 0 7 的一个或多个管脚可以作为片选， 允许多个n e u r o w i r e 设备连接在同一个三线总线上。 2 1 2 l o l l 系统软件介绍 2 1 2 1 通信协议 l o n t a l k 协议为遵循国际标准化组织i s o 的i s 0 7 4 9 8 所定义的开放系统互 联( o s i ) 模型，其固化在神经元芯片内，l o n t a l k 协议是面向对象的网络协议， 采用网络交易形式，可以控制信息在各种传输介质中非常可靠的传输。 分布式水情测报系统构建及应用研究 t 神经元芯片还有一个时间计数器，完成w a t c h d o g 、多任务调度和定时功能。 神经元芯片支持节电方式，在节电方式下系统时钟和计数器关闭，但状态信息 ( 包括r a m 中的信息) 不会改变，一旦i o 状态变化或网上信息有变，系统便 会激活，其内部，还有一个最高1 2 5 m b p s 独立于介质的收发器。 2 。1 1 1 2 收发器 收发器是连接节点和网络的界面。在o s i 七层协议中对应于物理层，是 e c h e l o n 核心技术之一。收发器的不同的类型，在组网的过程中，要根据网络 的拓扑结构和通信介质的不同进行选取。下面有几个不同类型的收发 器：t p t x f 一1 2 5 0 和t p t x f 一7 8 双绞线收发器、f t t i o a 自由拓扑收发器、p l t i o 、 和p l t 一2 0 电力线收发器等。 在有些情况下，网络的跨度较广，节点的分布势必受到限制。但通过成对收 发器的简单组合，就可获得一物理层重复器，使网络的跨度成倍的扩展。 2 1 1 3 节点硬件i o 接口 智能节点的i 0 接口电路是节点与传感器、执行器以及控制器相连的物理 硬件接口。节点的i o 接口电路的构成是与神经元芯片的i o 对象资源密不可 分的。 而且神经元具备的n e u r o w i r ei o 对象，使a d 和d a 电路能做到简明扼 要，无须任何外围元器件就可实现。在n e u r o w i r e 的主模式下，管脚1 0 8 作为 时钟输入，而1 0 9 与i o l o 分别作为串行数据的输出和输入，以此构成一个简单 三总线结构( 3 - w i r e b u s ) 。此外，1 0 0 到1 0 7 的一个或多个管脚可以作为片选， 允许多个n e u r o w i r e 设备连接在同一个三线总线上。 2 1 2 l o l l 系统软件介绍 2 1 2 1 通信协议 l o n t a l k 协议为遵循国际标准化组织i s o 的i s 0 7 4 9 8 所定义的开放系统互 联( o s i ) 模型，其固化在神经元芯片内，l o n t a l k 协议是面向对象的网络协议， 采用网络交易形式，可以控制信息在各种传输介质中非常可靠的传输。 分布式水情测报系统构建及应用研究 _ _ - 一 l o n t a l k 协议是直接面向对象的网络协议，具体实现即采用网络变量的形 式。又由于硬件芯片的支持，使它实现了实时性和接1 ：3 的直观、简洁等现场总线 的应用要求。l o n t a l k 具备的优点有：支持多介质的通信，支持低速率的网络， 可在重负载情况下保持网络性能，支持大型网络等。 2 1 。2 2 软件设计过程 1 ) 定义u 0 对象：定义何种u 0 对象与具体的硬件有关。在定义i 0 对象时， 还可以设置u o 对象的工作参数以及对其进行初始化。 2 ) 定义定时器对象：并不是所有的应用程序都须定义定时器对象，一般定 时器对象用于那些周期性执行某种操作的情况，或需要进行延时的情况。 3 ) 定义网络变量和显式消息：网络变量和显式消息是节点与节点之间交换 信息的重要工具，是在l o n w o r k s 网络上传递的数据包。如果没有网络变量和显 式消息，节点就是一个孤立的节点，雨系统也就不能成为分布式测报系统了。 如果要考虑系统的开放性，就不能使用显式消息，因为它是与应用有关的。如 果不存在开放型问题，即系统是封闭的，使用显式消息可以提高网络的数据传 输能力，改善系统的性能。 4 ) 定义任务：任务就是对事件的反应，即当某事件发生时，应用程序应执 行何种操作。任务既可以是对u o 对象的反应，也可以是对网络变量和显式消息 的反应，还可以是对用户自定义的某种情况的反应。任务是n e u r o nc 实现事件 驱动的途径。 5 ) 完成用户自定义的其他函数：可以在n e u r o nc 程序中编写自定义的函数， 以完成一些经常要用的功能。和a n s ic 不同，n e u r o nc 必须要写函数原型。 2 2 遥测系统工作制式及功能 2 2 1 工作制式 当前，国内外水雨情自动测报系统通常采用自报式、应答式和自报应答式 工作方式。这几种工作方式的工作过程及特点如下： 1 自报式系统 自报式工作方式的遥测站平时处于值守工作状态，静态功耗极低，适合采 分布式水情测报系统构建及应用研究 _ _ - 一 l o n t a l k 协议是直接面向对象的网络协议，具体实现即采用网络变量的形 式。又由于硬件芯片的支持，使它实现了实时性和接1 ：3 的直观、简洁等现场总线 的应用要求。l o n t a l k 具备的优点有：支持多介质的通信，支持低速率的网络， 可在重负载情况下保持网络性能，支持大型网络等。 2 1 。2 2 软件设计过程 1 ) 定义u 0 对象：定义何种u 0 对象与具体的硬件有关。在定义i 0 对象时， 还可以设置u o 对象的工作参数以及对其进行初始化。 2 ) 定义定时器对象：并不是所有的应用程序都须定义定时器对象，一般定 时器对象用于那些周期性执行某种操作的情况，或需要进行延时的情况。 3 ) 定义网络变量和显式消息：网络变量和显式消息是节点与节点之间交换 信息的重要工具，是在l o n w o r k s 网络上传递的数据包。如果没有网络变量和显 式消息，节点就是一个孤立的节点，雨系统也就不能成为分布式测报系统了。 如果要考虑系统的开放性，就不能使用显式消息，因为它是与应用有关的。如 果不存在开放型问题，即系统是封闭的，使用显式消息可以提高网络的数据传 输能力，改善系统的性能。 4 ) 定义任务：任务就是对事件的反应，即当某事件发生时，应用程序应执 行何种操作。任务既可以是对u o 对象的反应，也可以是对网络变量和显式消息 的反应，还可以是对用户自定义的某种情况的反应。任务是n e u r o nc 实现事件 驱动的途径。 5 ) 完成用户自定义的其他函数：可以在n e u r o nc 程序中编写自定义的函数， 以完成一些经常要用的功能。和a n s ic 不同，n e u r o nc 必须要写函数原型。 2 2 遥测系统工作制式及功能 2 2 1 工作制式 当前，国内外水雨情自动测报系统通常采用自报式、应答式和自报应答式 工作方式。这几种工作方式的工作过程及特点如下： 1 自报式系统 自报式工作方式的遥测站平时处于值守工作状态，静态功耗极低，适合采 分布式水情测报系统构建及应用研究 _ _ - 一 l o n t a l k 协议是直接面向对象的网络协议，具体实现即采用网络变量的形 式。又由于硬件芯片的支持，使它实现了实时性和接1 ：3 的直观、简洁等现场总线 的应用要求。l o n t a l k 具备的优点有：支持多介质的通信，支持低速率的网络， 可在重负载情况下保持网络性能，支持大型网络等。 2 1 。2 2 软件设计过程 1 ) 定义u 0 对象：定义何种u 0 对象与具体的硬件有关。在定义i 0 对象时， 还可以设置u o 对象的工作参数以及对其进行初始化。 2 ) 定义定时器对象：并不是所有的应用程序都须定义定时器对象，一般定 时器对象用于那些周期性执行某种操作的情况，或需要进行延时的情况。 3 ) 定义网络变量和显式消息：网络变量和显式消息是节点与节点之间交换 信息的重要工具，是在l o n w o r k s 网络上传递的数据包。如果没有网络变量和显 式消息，节点就是一个孤立的节点，雨系统也就不能成为分布式测报系统了。 如果要考虑系统的开放性，就不能使用显式消息，因为它是与应用有关的。如 果不存在开放型问题，即系统是封闭的，使用显式消息可以提高网络的数据传 输能力，改善系统的性能。 4 ) 定义任务：任务就是对事件的反应，即当某事件发生时，应用程序应执 行何种操作。任务既可以是对u o 对象的反应，也可以是对网络变量和显式消息 的反应，还可以是对用户自定义的某种情况的反应。任务是n e u r o nc 实现事件 驱动的途径。 5 ) 完成用户自定义的其他函数：可以在n e u r o nc 程序中编写自定义的函数， 以完成一些经常要用的功能。和a n s ic 不同，n e u r o nc 必须要写函数原型。 2 2 遥测系统工作制式及功能 2 2 1 工作制式 当前，国内外水雨情自动测报系统通常采用自报式、应答式和自报应答式 工作方式。这几种工作方式的工作过程及特点如下： 1 自报式系统 自报式工作方式的遥测站平时处于值守工作状态，静态功耗极低，适合采 分布式水情测报系统构建及应用研究 用太阳能板对免维护蓄电池浮充电的工作方式，可靠性高。当遥测站的水位雨 量等参数发生超增幅变化时，遥测终端能自动将该站的水文信息发送出去，实 时性强，能满足防汛抗旱实时系统的需要。 2 应答式系统 应答式工作方式的遥测站自身能对水位雨量参数进行采集和暂存，但不主 动传递给中心站。只有当中心站发出查询命令时，才将水文数据传递出去。因 为要响应中心站的查询命令，因而遥测终端机要长期处于守候状态，功耗大。 3 混合式系统 系统既有自报式遥测站，又有自报应答兼容方式的遥测站，或者所有遥测 站都是混合式测站。因此它具有这二种工作方式的优点，既能很好地反映出水 位雨量变化的全过程，又能响应中心站查询。其缺点是功耗大。 本文所设计的遥测终端采用混合式的工作模式，即在有市电的测站采用市 电对免维护蓄电池浮充电的工作方式，遥测站为自报应答兼容系统，市电停电 后系统自动转为自报方式，低功耗运行。在无市电的测站采用蓄电池供电，系 统为自报式工作方式。 2 2 2 遥测站功能 i 自报式测站 一每5 分钟采集一次水位雨量传感器的数据，并与前一次的水位雨量数 据进行比较，若没有变化就不发送，如变化超过增幅就发送，同时把最 新的水位雨量数据存起来，以便与下一次采集的再比较。 每n 个小时定时自报一次数据( n 可以设置) 。 _ 具有站号设置功能，站号为四位十进制数，站号范围0 9 9 9 9 。 _ 具有参数显示功能，可显示雨量，水位、流量的实时值，水量的累计值。 显示i 分钟后自动熄灭。 一具有超时发送强迫掉电功能。 一具有告警功能。当测站电压低于设定值时，或传感器出现故障，或水位 雨量超限等时，终端机会自动发送告警信息。 - 具有人工设置功能，包括水位一流量对应关系、起始高程、采数间隔、 分布式水情测报系统构建及应用研究 用太阳能板对免维护蓄电池浮充电的工作方式，可靠性高。当遥测站的水位雨 量等参数发生超增幅变化时，遥测终端能自动将该站的水文信息发送出去，实 时性强，能满足防汛抗旱实时系统的需要。 2 应答式系统 应答式工作方式的遥测站自身能对水位雨量参数进行采集和暂存，但不主 动传递给中心站。只有当中心站发出查询命令时，才将水文数据传递出去。因 为要响应中心站的查询命令，因而遥测终端机要长期处于守候状态，功耗大。 3 混合式系统 系统既有自报式遥测站，又有自报应答兼容方式的遥测站，或者所有遥测 站都是混合式测站。因此它具有这二种工作方式的优点，既能很好地反映出水 位雨量变化的全过程，又能响应中心站查询。其缺点是功耗大。 本文所设计的遥测终端采用混合式的工作模式，即在有市电的测站采用市 电对免维护蓄电池浮充电的工作方式，遥测站为自报应答兼容系统，市电停电 后系统自动转为自报方式，低功耗运行。在无市电的测站采用蓄电池供电，系 统为自报式工作方式。 2 2 2 遥测站功能 i 自报式测站 一每5 分钟采集一次水位雨量传感器的数据，并与前一次的水位雨量数 据进行比较，若没有变化就不发送，如变化超过增幅就发送，同时把最 新的水位雨量数据存起来，以便与下一次采集的再比较。 每n 个小时定时自报一次数据( n 可以设置) 。 _ 具有站号设置功能，站号为四位十进制数，站号范围0 9 9 9 9 。 _ 具有参数显示功能，可显示雨量，水位、流量的实时值，水量的累计值。 显示i 分钟后自动熄灭。 一具有超时发送强迫掉电功能。 一具有告警功能。当测站电压低于设定值时，或传感器出现故障，或水位 雨量超限等时，终端机会自动发送告警信息。 - 具有人工设置功能，包括水位一流量对应关系、起始高程、采数间隔、 分布式水情测报系统构建及应用研究 北京时间、密码等。 2 应答式测站 - 终端机记录、存储水情信息的方式与上述自报式相同，不同的是信息的 传送不是主动的，而是等待中心来读取。 3 自报应答兼容式测站 一终端机根据对市电有无的检测，自动在自报应答兼容系统和自报系统闯 进行切换。 2 。3 水情遥测终端( r t u ) 的实现 2 3 1 主机体系结构 基于对l o n w o r k s 系统平台技术的研究，结合分布式水情测报系统对遥测终 端( r t u ) 功能要求，本文构建了结构如图2 - 2 所示的基于l o n w o r k s 技术的水 情遥测终端主机系统幽1 。 图2 - 2 水情遥测终端系统( r t o ) 主机结构框图 分布式水情测报系统构建及应用研究 北京时间、密码等。 2 应答式测站 - 终端机记录、存储水情信息的方式与上述自报式相同，不同的是信息的 传送不是主动的，而是等待中心来读取。 3 自报应答兼容式测站 一终端机根据对市电有无的检测，自动在自报应答兼容系统和自报系统闯 进行切换。 2 。3 水情遥测终端( r t u ) 的实现 2 3 1 主机体系结构 基于对l o n w o r k s 系统平台技术的研究，结合分布式水情测报系统对遥测终 端( r t u ) 功能要求，本文构建了结构如图2 - 2 所示的基于l o n w o r k s 技术的水 情遥测终端主机系统幽1 。 图2 - 2 水情遥测终端系统( r t o ) 主机结构框图 分布式水情测报系统构建及应用研究 北京时间、密码等。 2 应答式测站 - 终端机记录、存储水情信息的方式与上述自报式相同，不同的是信息的 传送不是主动的，而是等待中心来读取。 3 自报应答兼容式测站 一终端机根据对市电有无的检测，自动在自报应答兼容系统和自报系统闯 进行切换。 2 。3 水情遥测终端( r t u ) 的实现 2 3 1 主机体系结构 基于对l o n w o r k s 系统平台技术的研究，结合分布式水情测报系统对遥测终 端( r t u ) 功能要求，本文构建了结构如图2 - 2 所示的基于l o n w o r k s 技术的水 情遥测终端主机系统幽1 。 图2 - 2 水情遥测终端系统( r t o ) 主机结构框图 分布式水情测报系统构建及应用研究 图中所示，r t u 单元由n e u r o n 芯片、5 1 系列单片机、实时时钟、存储器及 键盘显示等构成。其中，5 1 系列单片机完成对系统的水文信息采集处理、键盘 显示、实时时钟及电源部分的管理。n e u r o n 芯片是整个系统与适配器及上位机 组网及通信的核心模块，完成系统通信管理和控制等作用。主机的实物照片见 图2 2 。本系统在e c h e l o n 公司提供的n o d e b u i l d e r 开发平台上开发了相应的 终端软件。 凸 匝霉馘1辟州嚣幅n工目n匝 认窿旺目嗡议挺螺k警嚣迦，*懈哿求 分布式水情测报系统构建及应用研究 路。 图2 - 3 是l o n w o r k s 控制模块与m c s 一5 1 单片机并行通信节点的硬件逻辑电 图2 - 3 并行通信节点的硬件逻辑电路 需要说明的是，n e u r o n 芯片提供有1 1 个可编程的i o 引脚( i o 一0 至1 0 1 0 ) ，它们可以配置为多达3 4 种不同的应用对象，从而借助于最小的外接电路 实现灵活的输入输出功能。n e u r o n 芯片的并行i o 对象需要使用全部1 1 个引 脚，其中i o 一0 i o 一7 用于双向数据线，1 0 8 i o 一1 0 用于控制信号线，它有3 种工作方式：即主方式( m a s t e r ) 、从a 方式( s l a v ea ) 和从b 方式( s l a v e b ) 。 对于要求建立n e u r o n 芯片与微处理器或微控制器之间的连接，即建立基于主机 的l o n w o r k s 节点来说，n e u r o n 芯片的并行接口工作在从b 方式是最佳的选择。 工作在从b 方式的n e u r o n 芯片，在主机的地址空间，就像是两个寄存器，一个 是读写数据寄存器( 偶地址) ，另一个是只读状态寄存器( 奇地址) 。主机正是 通过对这两个寄存器的访问实现主机与n e u r o n 芯片之间的数据并行传输的。在 从b 方式下，i o 一0 除作为数据低位外，还兼作握手h s 位，用于主机与n e u r o n 芯片的握手应答：i o 一8 则作为片选信号位；i o 一9 作为读写信号线；i o 一1 0 作为 寄存器寻址输入位。另外，由于并行通信要求双方设备必须同步，无论m c s 一 5 l 处理器和n e u r o n 芯片哪一方复位，双方都必须重新进行同步，因此在m c s - - 5 1 处理器和n e u r o n 芯片复位电路的设计上应遵循以下原则：要求双方都能 1 0 r誓萋譬 分布式水情测报系统构建及应用研究 p 一 意识到对方的复位。m c s - - 5 1 处理器的复位要触发n e u r o n 芯片的复位，这是通 过直接控制( 硬件连接) 实现的：而n e u r o n 芯片在由于某种原因引起复位时， 会在其r e s e t 端自动产生低电平输出利用这一复位输出信号，通过一个d 触 发器以中断方式来通知m c s - - 5 1 处理器，以使m