基于單片機控制的降雨量實時監測系統設計及實現

劉圖 李棠 王晰

摘 要：當前，水安全和水資源問題已經成為社會和經濟發展中的重要因素。相對而言，降雨量監控工作，對水安全、水資源都具有很大的影響。近幾年，關于降雨量的實時監測討論不斷加深，引起了社會上的廣泛關注。我國的國土面積相對遼闊，各個地區的降雨量存在較大的差異，如果能夠實施有效的檢測，對今后的水安全、水資源控制都具有較大的積極意義。為此，將單片機控制作為基礎，設計出良好的降雨量實時監測系統，是很有必要的。日后，應進一步加強該系統的設計，積極落實到實踐工作中。

關鍵詞：單片機；降雨量；監測；設計；系統

1 系統組成

從客觀的角度來分析，單片機控制的降雨量實時監測系統在設計和實現過程中，應首先在系統組成方面做出足夠的努力。文章認為，基于單片機控制的降雨量實時監測系統，其最大的優勢在于能夠實時監測，為此，主要設計了兩個智能雨量采集站RTU，設計了一個雨量數據接受顯示裝置，設計了配套的數據采集裝置、通信裝置、顯示處理軟件等。通過合理的搭配以及實施數據分析，完成對降雨量的預測、分析、總結，為實際的水資源調配、水安全管理，提供足夠的依據和指導。

2 系統硬件

2.1 雨量采集站電路

對于單片機控制的降雨量實時監測系統而言，要想在實際的應用中取得較大的積極成果，硬件方面的設計，是最基礎的部分，因為所有的功能都需要將硬件作為載體來實現，因此不能出現任何的差錯。文章認為，雨量采集站電路作為比較基礎和核心的硬件設備，應從以下幾個方面出發：第一，雨量采集站的電路，必須將單片機控制作為基礎，本次研究主要選擇89C51單片機為基礎，并且配合相應的控制器、數據發送模塊、電源模塊等等，完成雨量的采集工作，并且對數據和信息進行分析、總結。第二，雨量傳感器的設計尤為重要。在使用過程中，如果出現了降雨情況，那么傳感器的內部機械裝置，會促使一個干簧管開關處于接通狀態，或者是斷開狀態，電阻會在單片機的相應部位產生脈沖，單片機通過程序，對脈沖信號進行分析和處理，最終有效傳送到基于單片機控制的降雨量實時監測系統當中。第三，在電路的設計方面，一般會采用兩種電路來完成。考慮到雨量采集站的特殊性，因此在兩種電路的設計上，無太大的差異。但傳輸數據時，會定義不同的地址。例如，一種電路會應用無交流的市電來完成，另一種電路則會采用太陽能電池板供電完成，確保電力的充足供應。

2.2 顯示裝置電路

單片機控制的降雨量實時監測系統的硬件方面，還應該在顯示裝置電路的設計、實現方面做出足夠的努力。該裝置電路，主要是將各種數據、信息、結果有效的呈現在操作人員的面前，并且根據指示來做出相應的防范、調配措施。結合以往的工作經驗和當下的工作標準，認為在顯示裝置的電路設計上，可從以下幾個方面出發：第一，該裝置同樣由型號為89C51的單片機進行核心控制，配合相應的控制器、電源模塊、RS-232接口模塊、顯示模塊等等。具體的工作方式，需與當地的工作有效結合。第二，在工作原理方面，主要是與雨量采集站電路高度相同。不同的是，在設計顯示裝置電路的過程中，應進一步加強電路的穩定性，加強抗干擾性。顯示電路應長期處于無人值守的工作狀態，以此來實現基于單片機控制的降雨量實時監測系統整體的提升。

3 系統軟件

3.1 雨量采集站軟件

基于單片機控制的降雨量實時監測系統在具體的工作中，軟件的作用是不可忽視的。為了能夠實現真正意義上的“實時監測”，必須在雨量采集站的軟件設計方面，做出足夠的努力。在本次研究中，考慮到單片機的重要意義，主要設計了兩個比較大的模塊，分別為主程序模塊、T0定時數據發送中斷服務子程序模塊。兩個模塊在工作中，實現協調配合的效果，促使雨量采集站軟件，可滿足不同的工作環境，搜集到較多的數據、信息。主程序模塊主要對雨量傳感器在下雨時發出的脈沖進行計數，并將其值保存在指定的單元。而T0中斷服務子程序模塊主要是完成1s和20s定時，并負責每隔20s檢查一次雨量計數單元，如其值不等于0，則向監測室的顯示裝置（上位機）發送一次數據，否則不發送數據；另外，每隔1s向“看門狗”電路發一個“喂狗”脈沖。由此可見，雨量采集站的軟件設計，總體上并不是特別的復雜，今后的設計和研究工作，應集中在“單片機”和“實時”兩個方面來完成，促使系統在具體的工作中，可以做出最正確的判斷。

3.2 雨量接收顯示裝置軟件

降雨量的監控系統設計、實現，除了在上述的幾項工作中投入較多的精力外，還應該在雨量接收顯示裝置軟件方面，完成相應的設計工作。我國近幾年的降雨量發生了比較顯著的變化，有些地區的降雨量比較特殊，有些地區的降雨量則比較突然。此時，需要利用雨量接收顯示裝置軟件，更好的完成降雨量數據、信息的準確接收，并且以最快的速度顯示出來，為工作提供足夠的依據和指導。值得注意的是，在該方面的設計中，考慮到的具體影響因素是比較多的。我們在雨量接收顯示裝置軟件的設計中，主要包括三個模塊，分別為主程序模塊、T0時鐘定時中斷服務子程序模塊、串口中斷服務子程序模塊。

主程序模塊負責時間的輸入、顯示和降雨量數據的顯示以及對面板按鍵的監控。T0時鐘定時中斷服務子程序主要完成1s定時，在1s到時，改變時間顯示數據并向“看門狗”電路發一個“喂狗”脈沖；另外，每天早上8點鐘，把顯示數據清0，并將頭一天的降雨量累計值數據存入單片機內指定的歷史數據保存區備用。串口中斷服務子程序負責接收兩雨量站發來的雨量數據，經變換后送顯示緩沖區；當收到外部PC機請求傳送數據指令時，將單片機內歷史數據保存區的30天降雨量數據傳給PC機，以作長期保存。

總結：文章對基于單片機控制的降雨量實時監測系統的設計、實現展開討論。從現有的工作來看，我國在設計基于單片機控制的降雨量實時監測系統時，充分考慮到了國內的客觀情況，并且在軟件、硬件的設計上，均保持了高度的協調性。該系統在應用過程中，為相關單位、機構的水安全、水資源處理工作，提供了足夠的參考和指導，促使我國在“水”方面的處理，相比以往提升了較高的工作水平。

參考文獻

[1]黃建清，王衛星，姜晟，等，盧康櫸.基于無線傳感器網絡的水產養殖水質監測系統開發與試驗[J].農業工程學報，2013，4：183-190.

[2]王梅，趙彩，丁凰，等.基于單片機的油井實時監測系統設計與實現[J].軟件導刊，2013，9：61-63.

[3]王爽，陳光武.鐵路防災安全監控系統分布式實時監測單元的設計與實現[J].蘭州交通大學學報，2013，6：56-59.

[4]陳立兵，樊瑜瑾，代杰.基于AT89S52單片機的溫度采集系統設計[J].機械與電子，2011，2：65-67.

[5]彭建，孫志江，張帥.基于公網通信和計算機的水庫降雨量遙測系統[J].貴州大學學報（自然科學版），2011，5：92-98.