超声波流量计是一种使用超声波进行液体流速和流量测量的仪器。它可以广泛的应用在工业上进行各种液体流量、流速测量的地方，是一种广泛使用的仪器。在自来水供水中，在供水网络的主管道上使用了较多的超声波流量计进行流量和流速测量，但是这些仪表分布较广，测量的数据传输是一个重要的问题。
  本文设计的就是一个用于采集超声波流量计数据的系统，该系统使用GPRS数字传输模块，实现了对数据的无线采集。本文中首先讨论了系统的结构，然后分别介绍采集终端、服务器的设计和实现。
系统结构     
  总体来说，系统分为两个部分，即数据采集终端和服务器端。数据采集端测量数据并通过GPRS数字传输模块传输到通信服务器。通信服务器是一台接入互联网的拥有固定IP地址的计算机，在该服务器上运行的软件与所有注册的客户端通信并将接收到的数据存入指定的数据库。数据库服务器提供数据存储、数据查询等数据服务，一方面，通信服务器将所有的采集数据和其它通信信息添加到数据库服务器，另一方面，它接收客户端的数据查询处理请求。用户通过用户终端观察和分析数据。

    综上所述，该系统中需要以下设备和软件：

    *超声波流量计：该设备负责测量管道内水的流速和流量，由其它厂家提供。

    *数据采集控制模块：与超声波流量计通信并管理超声波流量计，它将采集到的数据通过GPRS数字传输模块传送到服务器。同时接收来自服务器的命令，检测超声波流量计的状态，实现实时和定时两种方式的数据采集。

    *GPRS数字传输模块：由数据采集控制模块使用，是系统的数据传输设备。

    *通信服务器软件：负责与数据采集终端的通信，管理所有的采集点和采集终端，并将接收到的数据存放到数据库中。

    *数据库服务器：提供数据服务。根据系统的规模可以采用不同的数据库系统。

    *用户终端软件：用来浏览、分析、打印、修改采集到的数据库中的数据。

    在这些模块中，需要设计的部分包括数据采集控制模块、通信服务器软件和用户终端软件，本文将讨论这些部分的设计和实现过程。

采集终端设计

  在数据采集与监控系统中，采集终端需要设计的最重要的一个部分是数据采集控制模块，它需要与超声波流量计和GPRS数字传输模块通信，并且它的结构决定了超声波流量计的连接方式，因此，下面将着重介绍采集控制模块。

数据采集控制模块的硬件设计

  数据采集控制模块分别与超声波流量计和GPRS数字传输终端通信，因此，需要提供至少两个串行接口。考虑到采集模块接口扩展的需要，在设计模块时扩展了多个串行接口。      在该系统中，控制器仍然采用C8051F022，它具有的两个硬件UART分别作为与数据传输模块和下位机的接口。为了使控制模块可以用来控制更多的终端设备，通过使用串口扩展电路将主控制器的一个串行口扩展为了5个，在使用RS485连接终端设备时可以组成5个串行总线。因为模块用来采集终端数据，所以模块可能需要保存大量的采集数据，这些数据可以为以后的分析提供依据（如监控系统不是实时采集的，服务器可能采用定时读取数据的方法），因此在模块中增加了大容量的FLASH存储器和扩展RAM。同时，为了适应定时采集和控制的需要，模块中还增加了实时时钟电路。系统的接口电路分为RS232和RS485两种，这些电路采用MAX3223E和MAX3471实现。

    2.2 数据采集控制模块的软件设计

    综上所述，采集控制模块软件具有以下主要功能：

    *检测系统中外围电路的状态。

    *接收来自GPRS数字传输模块的上位机命令。

    *分析并处理上位机命令。

    *分析数据终端协议，通过向终端发送命令来采集终端数据。

    *通过GPRS数字传输模块向上位机发送数据。

    采集控制模块的软件分为5个部分，其中流量计协议部分负责处理与超声波流量计通信，它封装发送给超声波流量计的数据帧并接收来自超声波流量计的应答信息；USCDAP协议部分负责与服务器通信，处理USCDAP数据帧，分析和设置标记文本；串口管理处于底层为流量计协议和USCDAP协议提供服务，它使用中断的方式发送和接收数据；FLASH存储管理部分负责FLASH存储区的管理，它将FLASH存储区分为若干个地址，并将主程序的数据存储到指定的地址；设备管理部分则检测系统硬件和与之相连的超声波流量计和GPRS数字传输模块的状态。采集控制模块的软件流程如图2。

服务器设计

    为了提供系统服务器部分的可扩展性，服务器由三个部分组成：通信服务器、数据库服务器以及用户终端。其中通信服务器完成整个系统的通信任务，使用TCP协议与所有的通信终端进行通信；数据库服务器保存采集到的终端数据，并提供数据检索服务；用户终端用于分析和处理接收到的数据，可以提供数据分析、报表打印等功能。考虑到目前自来水公司的实际硬件建设情况，在监控终端较少的情况下可以将三者在一台计算机上实现，数据库系统也具有很大的伸缩性，比如可以使用桌面型的数据库（如ACCESS，Paradox，FoxPro等），也可以使用大型的关系数据库（如SQLServer、IBMDB2、Oracle和Sybase等）。

    由于软件的规模在不断扩大，软件需要应付复杂的要求而且用户的需求也在不断的变化，因此，软件研究人员提出了面向对象的软件开发方法。面向对象的软件开发方法OMT（ObjectModelingTechnique）是美国通用电气公司提出的一套系统开发技术，它以面向对象的思想为基础，通过对问题进行抽象，构造出一组相关的模型，从而能全面地捕捉问题空间的信息。它将数据和对数据地操作作为一个相互依赖、不可分割地整体，采用数据抽象和信息隐蔽技术，力图使对现实世界问题的求解简单化。这种方法符合人类的思维模式，并且有助于控制软件的复杂性，提高软件的生产效率，从而得到了广泛的应用，成为目前最为流行的一种软件开发方法。面向对象的软件开发方法针对软件工程的各个阶段分为面向对象分析（OOA）、面向对象的设计（OOD）、面向对象的编程（OOP）三个部分，它们是相辅相成的一个整体。在服务器的设计和实现过程中，我们采用面向对象的设计和实现方法，使用面向对象的开发语言C++来实现。

结语

    本文讨论了一个利用GPRS数字传输模块进行通信的数据采集与监控系统－超声波流量计数据采集系统，是一个具有较强伸缩性的数据采集系统。它可以支持大型数据库和多用户终端浏览数据，并实现了数据的多元化显示。通过超声波流量计数据采集系统的设计可以看出，使用GPRS进行数据采集与控制，可以充分利用PC机上的众多成熟的网络技术，从而快速的设计多终端、多用户的数据采集系统，因此说，使用GPRS通过TCP/IP传输数据是一个非常理想的方案。