摘 要： 針對水資源監測系統監測站搭建調試工作艱難，線路管理維護不方便的問題，設計了一款基于嵌入式的采用CDMA方式進行無線采集和通信，以Wince下的數據庫進行信息管理工作的可移動水資源監測系統。給出了系統工作原理及各模塊軟硬件設計的方法，并對基于Wince的智能設備下數據庫的使用作出了說明。實驗證明，該系統具有可靠性高、管理方便直觀的特點。
關鍵詞： Wince；數據庫；.NET技術；水資源
無論在任何時代，水資源的使用以及水環境的治理都是關乎工業、農業和人民日常生活的大問題。而我國的水資源現狀為：水資源短缺、水污染嚴重、水土流失嚴重、水價嚴重偏低、水資源浪費嚴重；南方水多，北方水少，西部水少，沿海水多。所以，水資源的監管和控制無論是深度和力度都必須有足夠的保證[1]。
2011年中央一號文件《中共中央國務院關于加快水利改革發展的決定》提出，水是生命之源、生產之要、生態之基，不僅關系到防洪安全、供水安全、糧食安全，而且關系到經濟安全、生態安全、國家安全。因此要全面加快水利基礎設施建設，實行最嚴格的水資源管理制度。
在中國城市水的使用中，工業用水占總用水量的70％左右。如果能夠采用合適的科技手段率先將這部分用水實現自動化計量、管理以及水質監測，就可以將城市的水管理提高到一個比較高的層次，有利于提高節約意識，進一步節約能源，同時帶來更多的經濟效益。
本文從實際應用出發，在目前廣泛采用的監測站加中心站模式的基礎上設計了一個可移動的嵌入式通用型監測管理平臺。
1 系統工作方式及功能簡介
傳統的監測網絡工作方式如圖1所示，中心站通過網線接入ＣＤＭＡ或ＧＰＲＳ網絡，發送指令到監測站進行監測工作[2]。而本文設計了一款基于嵌入式的便攜式移動中心站，該系統能夠替代中心站的功能進行調試檢測等工作，既可以通過RS232與監測站設備連接調試，也可以通過ＣＤＭＡ方式進行無線采集，同時又可與中心站進行通信。
這種工作模式的優勢在于：(1)站點位置可隨時更改，滿足管理人員隨時隨地查看現場、監測現場情況的需要；(2)工作人員在監測站建立和維修時可以起到事半功倍的作用，為無線網絡測試工作帶來了極大的便利，可取代以電話通信來調試無線網絡的狀況；(3)小成本帶來高效率的工作方式。
本文采用S3C2440處理器與Wince系統相結合進行移動中心站的硬件和軟件設計，可代替中心站實現主動招測、定時數據上報、定時狀態上報、上報信息入庫和查詢以及導出文檔記錄等功能。
2 系統框圖介紹
如圖2所示，本系統主要結構可分為供電模塊、顯示模塊、存儲模塊、通信模塊以及各類數據采集接口等。其中通信部分主要以華為公司的ｍｃ３２３通信模塊作為主芯片，結合ＴＣＰ/ＩＰ技術實現無線數據的點對點傳輸，移動中心站既可作為服務器向監測站發送指令，也可以作為客戶端向中心站發送采集到的數據，同時可對指定手機用戶以短信的方式發送實時采集到的數據。主要的數據采集接口包括USB接口、RS232接口、RS485接口以及以太網口等[3-4]。電源模塊外部供電采用12 V鋰電池，根據系統需要進行電壓轉換，在系統外圍留有充電器接口，可采用專用適配器進行充電，固定放置時也可外接太陽能電池板進行充電。其他模塊可根據系統功能進行定制。
3 主動召測與實時上報
如圖3所示，主動召測功能可測得當前系統的水流量報警門限值、一定時間內的累計水流量值，以及產品規格和警報強度，同時可通過該軟件對系統參數進行配置，如報警次數和警報強度等。
3.1 通信協議格式
由于采用RS４８５總線格式通信，故協議中加入地址位，以區分數據來源或數據發送目的地[5-6]。格式如下所示：
3.2 主動上報功能
為了實時地從下位機中了解現場情況，一般會讓下位機定時采集數據并上報，同時還要上報設備的運行情況，但不可能總是守在上位機前查看信息，這就要求控制終端設備上或上位機裝有強大的數據管理系統，也就是通常所說的數據庫，本系統在裝有Wince的智能設備上實現了定時上報的數據入庫、數據庫按條件檢索顯示和數據庫導出等功能，成功解決了系統數據管理的問題。
對于Wince下數據庫的使用，可以借助Microsoft Visual Studio .NET和Microsoft SQL Server 2000 Windows CE Edition(SQL Server CE)共同開發。
如果系統中沒有任何SQL Server CE數據庫，就需要在軟件加載時，在Microsoft Visual Studio .NET項目中創建新的數據庫，同時要檢查系統是否缺失數據庫管理工具，軟件將自動從SD卡中將Microsoft SQL Server Compact Edition的相關文件拷貝到系統的Programs目錄下。
3.2.1 創建SQL Server CE數據庫
數據庫是容納存儲結構化數據的表的容器，要存儲不同類別的數據，可以建立不同的表來管理，但在這之前必須先建立數據庫。
在C#中，可以使用System.Data.SqlCeEngine對象創建自己的空數據庫，此處創建的數據庫名稱的文件擴展名為.sdf。使用Microsoft SQL Server Compact Edition即可在Wince下查看修改此數據庫。
SqlCeEngine eg = new SqlCeEngine ("Data Source =
\\SDMEM\\數據庫.sdf");
eg.CreateDatabase();
下面就可以鏈接該數據庫進行修改操作了。
SqlCeConnection Con1 = null;
Con1 = new SqlCeConnection("Data Source =
\\SDMEM\\數據庫.sdf");
Con1.Open();
3.2.2 創建表
有了數據庫文件后，就可以創建自己需要的表了，這時需要調用SqlCeCommand類來加載SQL語句：
SqlCeCommand cmd = conn.CreateCommand();
"CREATE TABLE 數據上報庫(序號 int, 站號 int, 時間全 datetime default('2000-02-03 01:01:01'), 通道數據 ntext,日期 int,時間 int)";
cmd.ExecuteNonQuery();
上述語句即完成了名為數據上報庫的表的創建，表中包含序號、站號（下位機編號）、通道數據等9個列，涵蓋了下位機地址、上報時間、上報數據通道號及數據內容等信息的分類。按照同樣的方法，可以在數據庫中建立一個名為狀態上報庫的表，用以管理定時上報的設備電壓和信號強度等信息。
3.2.3 數據入庫
將上報的數據按照上文中的協議標準核對后，若確認為定時上報的數據即可將數據存入表中。這里采用參數形式依次將數據插入到表中，并限定參數的屬性和格式大小：
cmd.CommandText = "INSERT INTO 數據上報庫(序號,
站號,時間全, 通道數據,日期 ,時間)
VALUES ( ?, ?, ?, ?,?,?)";
cmd.Parameters.Add(new SqlCeParameter("p3",
SqlDbType.DateTime));
cmd.Parameters["p3"].Size = 500;
cmd.Prepare();
下面直接將變量的值賦給形參，就把變量“a0”的值插入到表“數據上報庫”中了，以同樣的方式可以給表中其他的變量依次賦值。
cmd.Parameters["p3"].Value ="2012-03-19 21:31:03";
3.2.4 按條件檢索
數據庫的一個重要功能就在于可以按條件檢索庫中的數據，當然大多數人并不習慣使用數據庫管理工具來檢索，所以本系統中直接加入了按條件檢索數據的功能，可以方便直觀地幫助管理員來查看某個時間段或某個站號的上報數據。圖5所示為條件檢索及檢索結果的系統截圖。
使用SQL語句中的Select語句可對表中數據進行檢索，如：
string cc = "SELECT * FROM 數據上報庫 where 日期=
'{0}'and 站號='{1}'and 時間>='{2}'and 時間<'{3}'"
cmd.CommandText =(cc, rq, zh, sj, sj1);
上述語句可將搜索范圍縮小至：在日期=rq，時間段sj至sj1內站號為zh的下位機上報的數據，同樣的方法可對狀態上報庫的數據進行檢索。
當然，可以擴大搜索范圍，這里以Replace函數對SQL語句中的“cc”字符串進行修改，如不需要限定時間段，則可以修改“cc”語句為：
cc=cc.Replace("and 時間>='{2}'and 時間<'{3}'", "");
這樣Select語句就變為“SELECT * FROM 數據上報庫 where日期='{0}'and 站號='{1}'”，檢索結果就只有日期和站號了。
3.2.5 數據庫導出
對于普通工作人員，一般不習慣查看和存檔數據庫文件，這樣數據的導出則成為一項實用的功能，由于Wince下智能設備不支持excel文件的生成和瀏覽，所以本系統將數據庫導出為txt文本，導出后可查看核對信息，并可以將txt文本轉移至任意一臺PC機上使用。在導出文件時借助System.Data.SqlServerCe.SqlCeDataReader和 FileStream對象對數據庫中的數據進行讀寫操作即可。
本文利用RS485總線技術和.NET技術，設計實現了水資源遠程監測系統，給出了系統體系結構、工作原理并詳細介紹了Wince下數據庫的使用方法。本系統在實踐中運行穩定，管理方便，有效地解決了大型取用水戶的遠程監測問題。
參考文獻
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[2] 胡勝利，胡彪．基于GPRS無線技術的水資源計量監測系統的設計[J]．水利水電技術，2010，41(4)：87-90.
[3] 李達，邢智慧．水資源監測網絡研究[J]．水資源研究，2009（3）：9-10.
[4] 許燕萍，楊代華．RS485串行總線可靠性的研究[J]．電子科技，2009，22（2）：8-10.
[5] 杜春雷．ARM體系結構與編程[M]．北京：清華大學出版社，2003.
[6] 金鵬，陳鋒，張旭，等．基于RS-485總線的嵌入式水質監測網絡[J]．儀表技術，2010(8)：14-16.