摘要
 
为了确定北部 Cape 地区十分有意义的农村水泵站的生命周期成本，很有必要进行此类系统的监测。由于在这种环境下无线遥测具有巨大优点，在北部 Cape 地区建立了无线电遥测链接用于引水站。此文介绍了为北部 Cape 地区设计的光电水泵站完整的远程遥测系统。除了实地的安装，也介绍了远程无线遥测实验系统的硬件和软件的安装。

 
为了便利饮用水的收集，过去开发了各种类型的水泵技术。现在使用的系统中，光电（PV）及柴油机地下水抽水系统已在运行中。在大部分情况下，已经成功地在北部 Cape 地区为农村居民提供可饮用水。尽管抽水技术有其优点，但还是需要在北部 Cape 农村地区对光电系统的地域进行彻底长期的研究，以确保在选定区域内成功地进行长期的工作。由于手工数据采集和位置偏远以及特殊技术开发，而出现的问题有：

为了确保更多可靠的饮用水水源，在此区域使用的主要水泵系统，进行长期精确的研究是很重要的。只有经过研究，基于长期量化的数据之后，才能做出明智的决定。这将最终确定一个更加成功的水泵设施开发。通过减少接近饮用水的问题，这一成果将为农村居民改善生活质量。此系统将在 Lepelfontein 开发。
 
项目目标
 
项目的目标是，研发端对端的遥测系统，确保北部 Cape 地区光电水泵站的远程监测。
 
明确地，项目可以划分为以下几部分：
 
本地与远程站点之间的无线链接的开发
 
各子系统的成功整合
 
最终用户的图形化用户界面（GUI）的开发，与远程数据采集器通讯的应用
 
在农田中成功的系统开发
 
无线通讯链接描述
 
在本地进行实验室实验，使用 Falcon 系列 GSM Modem 和 Aerocom AC4490UHF 数
 
据 Modem，以便与这些设备通讯。测试包括在 GSM Modem 上使用 AT 指令发送到执行的 SMS 及数据呼叫操作。

 
UHF 以相同的方式测试，使用 2 台 PC 机建立无线串行的端对端连接，使用 dataTaker DT605 智能可编程数据采集器，测试实验室完整系统的安装，测试数据成功地下载，能够成功地控制数据采集器运行。
 
 
实验室成功的测试表明，系统已准备好应用于田地。项目中覆盖的地理区域的人造卫星图像，指出了远程和本地站点之间的距离。块状图及后面相关的图，显示了田地中最终的项目安装，与卫星照片图像 1 有关。
 

 
图 1: 项目地理位置的卫星照片[3]

 
在第 A 部分，水泵的传感器连接到数据采集器。通过串行 RS232 连接，采集器轮流连接到 UHF 数据 Modem。如下面的插图 2（A），显示了实地安装的图表。
 

 

  
首次访问 Lepelfontein 区域，接近水泵站处未发现有 GSM 覆盖。然而，距水泵站约
 
200 米远处，发现有小型的 GSM 覆盖。水泵站的坐标读数为：S 3101´50.9´´, E01751´50.8´´，海拔 192 米。具有强度较好的信号处坐标读数为：S 3101´49.2´´, E01751´44.0´´，海拔 234 米。所以，附近山岗附加的海拔，方便了所需的 GSM 覆盖。
 
为了利用 GSM 网络，首先从采集器到这一 GSM 覆盖区域 200 米远处传播数据。

 
B 部分的 UHF 数据 Modem，接收 A 部分 UHF 数据 Modem 发送的数据。然后 B 部分
 
的 UHF 数据 Modem 连续地连接到 GSM Modem. 有了这一安装，数据可以从国家的任何一处支持拨入 GSM 网络的地点下载。
 
为了提高天线发射模式的方向性，八木天线在 GSM 和 UHF Modem 中都使用了。太阳能板用来为 12V 铅酸电池充电，这些电池轮流为 2 个 Modem 供电，使用了充电控制器来控制电池的电压。由下图 3 表示，图中也包括了实地的安装。
 

 

 
部分描述了本地站点对系统的监控，如前面提及的，系统的这一部分可以通过在国家内任何一处支持拨入 GSM 网络的地点安装必要的设备来实现。
 
它包括连续地连接到 PC 机或手提电脑的 GSM Modem.在基础的安装之上，使用超级终端可以拨叫远程站点（B 部分），并从 A 部分的数据采集器下载数据。

图4：本地数据取回站

 
在 Bellville 实验室的后方，使用 GSM Modem 拨入远程站点的 modem, 数据可以成功地下载，系统也可以对远程数据采集器编程。如果需要的话，数据也可以手工下载，数据也可以基于周期很快地自动下载，可由用户指定的任何时间下载。
 
图象化用户界面
 
在 LabView 下开发的最终用户程序，实现了用户友好的图形化用户接口（GUI），用于简单的下载过程和数据解释操作。
 
 
数据采集器返回的数据以固定的或不固定的格式模式，拨叫到远程的数据采集器时，仅以固定的模式模式返回。
 
固定模式模式由许多独特的信息组成，对于从 DataTaker[4]接收的每种类型的回复，有个别独特的信息结构。
 
固定的格式模式的信息有如下共同的结构：前导字符：主体部分：终结符
 
这是一个从远程站点实际下载的数据字符串例子：D, 0,528220800,1: A, 0, 0.405,
 
4.5854, 5.3192, 22.747, 4.1417,1.2134,0.1667,27.947,6.197, 393.58:
 
前导字符中包括时间戳。在上面的例子中是 9 位整数(528220800)。时间戳可以多达 10 个 ASCII 数字，返回从 DataTaker 基点时间 1989 年 1 月 1 日起消逝的时间秒数。
 
为了解码，时间戳排列成 MatLab 程序编写，当采集数据时，使用罗马历法计算精确的时间。
 
协议整合到 LabView, 由于数据连续地读取到用户界面，因此可以解码时间戳。
 
图 6 显示了完整的 GUI。所有的子程序结合，形成了完整的 GUI.
 
在连续的设置下，串口可以做如下修改：
 
Com 口[COM1 到 COM4]
 
波特率[1200 到 19200]
 
数据位[5 到 8]
 
停止位[1 到 2]
 
奇偶校验[none, odd, even, mark, space]
 
流控制[XOn/XOff, RTS/CTS, none]
 
修改这些设置后，仅当停止或重新启动软件时，才应用。
 
DataTaker 数据字符串显示了分裂成其相应类别的原始的数据字符串。此处提供的两个附加的通道用于需要增加更多通道的情况下。
 
 
在数据输出表中，数据将要读入时被存储。这确保用户真实地观察分析数据，用户除了可以指定列数据的宽度和精度外，也可以指定是否增加列或行的标题。
 
“写入文件”选项使用户能够写数据到电子数据表文件，在大部分电子数据表应用中这些文件可以打开，也可以指定是否追加一个文件或写入一个新的文件。

 
结果与今后工作
 
工作项目的各个部分测试表明了，整个系统遭受了在北部 Cape 地区恶劣环境下开发运行的挑战。结果如图 5 所示，指出了从远程引水系统获得的数据精度。目前对获得的结果，通过 CPUT 机械工程学院单独的研究做深入的处理，内容超出了本论文的范围。
 

 

图 5: 显示流动速率与时间对比的测试结果

  

 

 图 6：图形化用户接口

 
另外，全部的安装与仪器安全是最初关心的。可是，太阳能及通讯设备的安装方法远离地面之上，此方法证明了有效地防止了被盗。附加的仪器，包括数据采集器，安装在封闭的机箱单元内。今后的工作，除了可行性研究，调查可选择数据的传输选项如卫星通讯外，还包括低成本采集器的开发。
 
结论
 
在 Lepelfontein 数据可以从远程水泵站下载，方便利于机械工程研究员分析。与手动数据监测比较时，远程监测系统提供一套可靠、便利性价比高的方法，用于下载远程数据。维护成功低，只需要几个合格的工作人员即可。