3  软件设计
3.1  工作过程简述
　　在设备开启后，单片机会执行各功能模块的初始化程序，之后从时钟日历芯片中读取当前的日期和时间，之后判断此时刻是否超过设定的测量时刻，如果超过测量时刻则进入测量状态，此时单片机会开启对测量电路的供电，延时等待传感器稳定后，会连续采集100次数据存入RAM中。采集后测量电路供电将关闭，经过中值滤波法求得最终保留的数据，再将数据保存到单片机片上的EEPROM中。当程序判断当前时间超过了上传的时刻，则会开启GSM模块，等待GSM模块入网后先接收供电然后将要发送的数据按照AT指令打包，并以短信的形式发给目的设备。如果数据发送超时，单片机将会把滞留的数据包存放在单片机内部的EEPROM中等待下一次上传。最后关闭GSM模块又回到循环时间的查询状态。
　　数据采集频率为1日2次，在测量时刻到来时，CPU启用升压电路为压力传感器和信号调理电路供电，启动A/D转换器供电，采集压力传感器数据和电池电压数据后，关闭供电电路，进行数据处理，测量结果保存在单片机内部的EEPROM中。可通过命令修改数据上传时间。为了节省数据总线上的功耗，时间读取不是实时的，用定时器中断服务程序进行读取，每分钟读取1次。上传的数据总是前一天测得的数据。
　　在程序运行的整个过程单片机内部的看门狗计数器被一直启用，用于监视采集器的正常工作，如果死机或程序执行混乱，看门狗定时器会使单片机复位。
3.2 程序流程图
　　程序流程图如图2所示

 

3.3 协议设计
　　AT指令集是 ETSI (欧洲通信技术委员会 ) 发布的一种移动平台与设备终端的通用接口指令 , 其中包含对SMS的控制[7]。采集器向上位机系统传输数据的内容包括功能码、日期时间和采集到的数据。每一字节数据为ASCII码形式。协议包括2个部分：
　　(1)采集器上传报文的格式(除去AT指令):DT(数据说明)_上传时间_测量日期_时间1_水深(单位:m)_时间2_水深(单位:m)#(结束)，以一个数据示例的文本形式为：DT_2008/11/09/16:00_2008/11/08_02:00_23.40_14:00_23.10_16:00#。此数据的内容是上传时间为2008年11月9日16:00，2008年11月8日，2:00时水深23.40m14:00时，水深23.10m。
　　(2)上位机系统对采集器发送命令的报文的格式(除去AT指令) ：ST(设置说明)_设置日期及时间_时间1_水深(单位:m)_时间2_水深(单位:m)_上传时间#(结束)，以文本的形式表示则为：ST_2008/11/08/09:00_05:00_20:00_14:00#。此数据的内容是时间设置为2008年11月8日9点，2次采集时间设置为5:00和20:00,上传时间设为14:00。
　　在发送这条短信后采集器下一次发送短信的目的地址自动调整为该地址。
4 实际测试
4.1 数据传输
　　在数据传输的测试中调整程序，使每隔半小时就上传一次数据，中途随机发送对采集器设置的信息，设置的上传时间忽略不计，表1所列是接收450个短信息中的一部分。

　　表中，346和347号数据表明在2008/11/09/14:00时GSM模块发生了入网超时，信息发送不成功，在14：30时原先发送失败的数据被重新成功发送。
　　在450个数据传输测试的过程中出现入网超时率为0.67%，数据丢失率为0。进行过50次设置，设置失败率为8%，但是后期延长超时时间后，测试100次，设置失败率降为2%。
4.2 能耗测试
　　(1)静态等候：单片机工作在32.768 kHz时钟下电流消耗小于20μA，测量电路和GPRS模块处于断电状态，供电推挽输出为低电平时MOS管的漏电流小于10μA，时钟日历芯片独立供电基本可以连续工作8年以上，将不计入功耗分析。每天24h运行，一天的能耗共计720 μAh。
　　(2)测量： LT1613消耗1 mA的自身工作电流，传感器工作时消耗的电流为10 mA(12V)，实测5 V供电时从电池组吸取25 mA的电流，电压基准源消耗1 mA，A/D转换器工作时消耗3 mA。测量的整个过程小于300 ms，每次测量共计消耗2.4 μAh的电能。
　　(3)数据上传：GSM模块在发送数据时电流为500 mA，接收数据时为20 mA,静态时为2.5 mA， GSM模块独立测试过程中，一次数据上传过程小于20 s，大约需要消耗200 μAh的电能。
　　综上所述，一天测量2次上传1次的工作过程共消耗0.925 mAh的电能。如果用电量为800 mAh的碱性电池可连续工作800天以上。但是由于电池保质期和电池本身的自放电，再加上电量低水平时的内阻，可以保证至少一年正常工作。
　　此采集终端静全天正常工作的耗电量为0.925 μAh，采用4节AA型碱性电池可维持一年以上连续正常工作，测量误差小于0.16%，与上位机系统通信协议接口简单、可靠性高。能够较好地满足地下水动态监测系统的下位机系统的需要。