試論水位與降雨量監測系統的開發

劉芳宇

摘 要：為實現對降雨量的實施監測，文章闡述了基于單片機技術的水位與降水量監測系統工作原理、功能及操作流程。該系統以低成本、操作方便、抗干擾能力強等特點獲得認可。以89C51實時數據降水檢測系統為例，具體分析了其數據查詢、水位計降水量檢測以及通訊和報警功能。由于我國大部分地區降水量，因此實現對雨量的實時監測有助于及時控制水庫水位，以防止洪災，促進社會穩定。

關鍵詞：水位與降水量檢測系統 ?自動檢測 ?降水量 ?數據采集

中圖分類號：TP274 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2015）10（c）-0159-02

洪災防治是確保農業、交通穩定的關鍵。現代水利工程應將重點放在對雨季到來時的水位監測和控制上。基于單片機技術的自動監測系統具有廣泛應用，可實現對水位信息的記錄和監測。在降水量的季節，該監測系統有效的完成了防洪調度，提高了洪水預報精度和處理效率，對于我國大型水庫及江河流域的安全起到了積極作用。文章分析了以89C51單片機為主要控制系統的降水量監測系統設計。

1 水位與降水量檢測系統的功能介紹

89C51單片機在工業檢測系統中具有廣泛應用。基于該技術的水位與降水量監測系統具有如下功能。

1.1 水位實時監測功能

89C51實時數據降水檢測系統具有數據全局顯示功能和實時列表顯示功能，使用者可通過具體降雨地點的點擊而查詢當地的降水和水庫水位情況。另外，該系統還具有數據統計和處理功能，使用者可任意設置時間段，并查詢該時間段的數據報表或曲線，從而實現對江河、湖泊等水庫的水位監測和控制。

1.2 降水警戒線自動報警和處理功能

89C51實時數據降水檢測系統通過合理的警戒線的設置實現報警功能。汛期到來時，降水警戒線可及時顯示降水地點的情況，并結合數據處理和打印功能出臺合理的水位控制措施，對于汛期的洪水災害起到積極的控制作用。如果工作人員利用實時定位功能，還可獲得當地的降水記錄，并通過液晶屏的方式顯示處理后的結果。

1.3 通信功能

89C51實時數據降水檢測系統的通訊功能是指其數據的內部傳輸功能，數據傳輸是系統功能實現的基礎，主要途徑為RS232 通信協議。互聯網發達時代，實時數據的監測成為可能，計算機軟件能夠為實時監測提供有效的幫助，提高監測的準確性，解決了一些常人無法完成的任務。89C51實時數據降水檢測系統強大的通訊功能及獨特的設計保證了數據傳輸的及時性和正確性，其是降雨量監測的有效手段之一。

2 89C51水位與降水量檢測系統結構及原理簡析

89C51水位與降水量檢測系統主要是由數據采集軟件、數據傳輸器以及數據處理軟件組成。該系統以單片機為核心技術，是目前較為先進的水位控制與降水量檢測系統。其中。信息采集主要是由數據采集器完成，通過該過程獲得某地的降水即時信息，通過數據傳輸器將采集的信息進行無線傳輸到主機。而單片機主機的主要功能為對其所接收的信息進行具體的分析和處理，以使觀測者獲得最直接的降水信息。在89C51水位與降水量檢測系統主機通過RS-232C接口與Modem、PSTN（公用電話網）相連，而PSTN金額將經過該系統處理后的信息以數據包的形式傳遞至數據處理中心，提高傳送速度和處理能力。

3 89C51檢測系統主要軟件的功能技術

3.1 數據采集器

數據采集器主要由硬件采集器與軟體組成。其中硬件采集器主要包括80C51單片機、復位及“看門狗”電路、通信電路、時鐘電路以及A/D轉換器電路構成。電源另配，起主要是由于該系統主要工作于水下。水位傳感器與降雨量傳感器在設計上具有一定的出入，這里不具體介紹。

3.2 數據傳送器設計

數據傳送器同樣是由相應的硬件系統和軟件組成。通過二者的組合，實現降水量信號的收集獲得準確的降水信息。其信息傳送的方式為無線傳送。其中，數據傳送器的硬件主要包括微處理器監控芯片、無線發射模塊以及供電電源組成。89C51檢測系統的微處理器監控芯片為ADM695。信息傳送則以無線發射模塊為核心，無線發射模塊的最大發射距離為1500 m、額定功率為500 mW、工作頻率則為351 MHz。該硬件的電源要同時實現電源監控與切換功能，因此必須預備后備電池，ADM695可形成完整的電路，但單純切換電路的最大輸出電流無法滿足硬件用電需求，因此在硬件系統設置時，多采用硬動三極管增大額定電流。數據傳送器軟件的抗干擾措施與采集器軟件的抗干擾措施如出一轍，但在此基礎上增加了中值數字濾波方法。從而降低了信息發射功率，延長系統電源的使用壽命。

3.3 采集點主機設計

采集點主機硬件的主要任務是水位和降水量相關數據的處理。通過對數據的分析以及報警的設置，使觀測者了解降水信息，防止洪災發生，或者制定洪災的既定處理方案。PSIN電話網在這一過程中起到了數據傳輸橋梁的作用。與上述數據采集器和數據傳輸器相同，采集點主機的控制芯片復位時間為50 ms、看門狗溢出周期為1.6 s。采集點與上述兩個子系統共同組成了完成的監控系統，可完成數據從收集、分析處理到顯示的全部功能。CAT24WC64數據存儲器具有以下特點：（1）2.7～6 V的寬工作電壓范圍、可擦寫防護措施，通過這一存儲器確保了數據收集和傳輸的有效性和安全性。按照每天1K存儲空間計算，并預留2K的存儲空間，其總空間為64K（2月62天）。存儲管理方式為8K為一段的分段管理方式，其中部分空間用于段內基址表的空間放置，可通過查表的方式獲得段內基址表，采集點主機打印機為PP40型，它具有成本低、攜帶輕便，安全系數高等特點，液晶顯示屏是獲得數據的最直接途徑，要根據采集需求以及經濟狀況盡量選擇高清顯示屏。并同時兼備小體積、低能耗和低電壓的模式。鍵盤為4×4鍵，鍵盤接口多為zlg7289A。最后。CSJ—R3無線接收模塊的額定功率為采500 mW、最大接收距離為1500 m、工作頻率為351 MHz，配合X1203的時鐘芯片，實現水位和降水量的全部建設過程。與其它設計不同，采集點主機軟件的設計較為簡單。核心設備為中斷軟件，幫助單片機CPU完成中斷請求，為其顯示水位和降水量的即時信息。

4 結語

我國很多地區低于多雨期，一旦汛期來臨，不及時處理將造成積水過多甚至洪災，帶來嚴重的經濟損失，甚至威脅人的生命。因此，對水庫水位進行即時監測，通過信息提供制定基于降水量大小的處理措施，能夠有效的確保當地安全。目前，在各地水位及降水量監測系統設計中，基于單片機技術的89C51監測系統應用廣泛，該系統具有體積小、攜帶方便并且成本低等特點。在我國東部降水區應用更為廣泛。89C51監測系統主要是由數據采集系統、數據傳輸系統和處理系統組成。通過數據收集系統獲得最基本的水位信號，文章對89C51水位與降水量檢測系統的結構及和原理進行了具體的分析，肯定了數據通信、實時監測和自動報警等功能。在軟硬件的設計上逐漸完善其功能，該裝置還設計了RS-232接口，其作用在于將數據進行合理處理后完成上傳。

參考文獻

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