試論水位與降雨量監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)

劉芳宇

摘 要：為實現(xiàn)對降雨量的實施監(jiān)測，文章闡述了基于單片機技術(shù)的水位與降水量監(jiān)測系統(tǒng)工作原理、功能及操作流程。該系統(tǒng)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(shù)據(jù)降水檢測系統(tǒng)為例，具體分析了其數(shù)據(jù)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(qū)降水量，因此實現(xiàn)對雨量的實時監(jiān)測有助于及時控制水庫水位，以防止洪災(zāi)，促進社會穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：水位與降水量檢測系統(tǒng) ?自動檢測 ?降水量 ?數(shù)據(jù)采集

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

洪災(zāi)防治是確保農(nóng)業(yè)、交通穩(wěn)定的關(guān)鍵。現(xiàn)代水利工程應(yīng)將重點放在對雨季到來時的水位監(jiān)測和控制上。基于單片機技術(shù)的自動監(jiān)測系統(tǒng)具有廣泛應(yīng)用，可實現(xiàn)對水位信息的記錄和監(jiān)測。在降水量的季節(jié)，該監(jiān)測系統(tǒng)有效的完成了防洪調(diào)度，提高了洪水預(yù)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(tǒng)的降水量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計。

1 水位與降水量檢測系統(tǒng)的功能介紹

89C51單片機在工業(yè)檢測系統(tǒng)中具有廣泛應(yīng)用。基于該技術(shù)的水位與降水量監(jiān)測系統(tǒng)具有如下功能。

1.1 水位實時監(jiān)測功能

89C51實時數(shù)據(jù)降水檢測系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)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(dāng)?shù)氐慕邓退畮焖磺闆r。另外，該系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理功能，使用者可任意設(shè)置時間段，并查詢該時間段的數(shù)據(jù)報表或曲線，從而實現(xiàn)對江河、湖泊等水庫的水位監(jiān)測和控制。

1.2 降水警戒線自動報警和處理功能

89C51實時數(shù)據(jù)降水檢測系統(tǒng)通過合理的警戒線的設(shè)置實現(xiàn)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(jié)合數(shù)據(jù)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(zāi)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(dāng)?shù)氐慕邓涗洠⑼ㄟ^液晶屏的方式顯示處理后的結(jié)果。

1.3 通信功能

89C51實時數(shù)據(jù)降水檢測系統(tǒng)的通訊功能是指其數(shù)據(jù)的內(nèi)部傳輸功能，數(shù)據(jù)傳輸是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)，主要途徑為RS232 通信協(xié)議?；ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)達時代，實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測成為可能，計算機軟件能夠為實時監(jiān)測提供有效的幫助，提高監(jiān)測的準確性，解決了一些常人無法完成的任務(wù)。89C51實時數(shù)據(jù)降水檢測系統(tǒng)強大的通訊功能及獨特的設(shè)計保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和正確性，其是降雨量監(jiān)測的有效手段之一。

2 89C51水位與降水量檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理簡析

89C51水位與降水量檢測系統(tǒng)主要是由數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)傳輸器以及數(shù)據(jù)處理軟件組成。該系統(tǒng)以單片機為核心技術(shù)，是目前較為先進的水位控制與降水量檢測系統(tǒng)。其中。信息采集主要是由數(shù)據(jù)采集器完成，通過該過程獲得某地的降水即時信息，通過數(shù)據(jù)傳輸器將采集的信息進行無線傳輸?shù)街鳈C。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(tǒng)主機通過RS-232C接口與Modem、PSTN（公用電話網(wǎng)）相連，而PSTN金額將經(jīng)過該系統(tǒng)處理后的信息以數(shù)據(jù)包的形式傳遞至數(shù)據(jù)處理中心，提高傳送速度和處理能力。

3 89C51檢測系統(tǒng)主要軟件的功能技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)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(fù)位及“看門狗”電路、通信電路、時鐘電路以及A/D轉(zhuǎn)換器電路構(gòu)成。電源另配，起主要是由于該系統(tǒng)主要工作于水下。水位傳感器與降雨量傳感器在設(shè)計上具有一定的出入，這里不具體介紹。

3.2 數(shù)據(jù)傳送器設(shè)計

數(shù)據(jù)傳送器同樣是由相應(yīng)的硬件系統(tǒng)和軟件組成。通過二者的組合，實現(xiàn)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(shù)據(jù)傳送器的硬件主要包括微處理器監(jiān)控芯片、無線發(fā)射模塊以及供電電源組成。89C51檢測系統(tǒng)的微處理器監(jiān)控芯片為ADM695。信息傳送則以無線發(fā)射模塊為核心，無線發(fā)射模塊的最大發(fā)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(xiàn)電源監(jiān)控與切換功能，因此必須預(yù)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(tǒng)設(shè)置時，多采用硬動三極管增大額定電流。數(shù)據(jù)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(chǔ)上增加了中值數(shù)字濾波方法。從而降低了信息發(fā)射功率，延長系統(tǒng)電源的使用壽命。

3.3 采集點主機設(shè)計

采集點主機硬件的主要任務(wù)是水位和降水量相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。通過對數(shù)據(jù)的分析以及報警的設(shè)置，使觀測者了解降水信息，防止洪災(zāi)發(fā)生，或者制定洪災(zāi)的既定處理方案。PSIN電話網(wǎng)在這一過程中起到了數(shù)據(jù)傳輸橋梁的作用。與上述數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)傳輸器相同，采集點主機的控制芯片復(fù)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(tǒng)共同組成了完成的監(jiān)控系統(tǒng)，可完成數(shù)據(jù)從收集、分析處理到顯示的全部功能。CAT24WC64數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)收集和傳輸?shù)挠行院桶踩?。按照每?K存儲空間計算，并預(yù)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(nèi)基址表的空間放置，可通過查表的方式獲得段內(nèi)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(shù)高等特點，液晶顯示屏是獲得數(shù)據(jù)的最直接途徑，要根據(jù)采集需求以及經(jīng)濟狀況盡量選擇高清顯示屏。并同時兼?zhèn)湫◇w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(xiàn)水位和降水量的全部建設(shè)過程。與其它設(shè)計不同，采集點主機軟件的設(shè)計較為簡單。核心設(shè)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(jié)語

我國很多地區(qū)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(zāi)，帶來嚴重的經(jīng)濟損失，甚至威脅人的生命。因此，對水庫水位進行即時監(jiān)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(dāng)?shù)匕踩?。目前，在各地水位及降水量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計中，基于單片機技術(shù)的89C51監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，該系統(tǒng)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(qū)應(yīng)用更為廣泛。89C51監(jiān)測系統(tǒng)主要是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和處理系統(tǒng)組成。通過數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)獲得最基本的水位信號，文章對89C51水位與降水量檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及和原理進行了具體的分析，肯定了數(shù)據(jù)通信、實時監(jiān)測和自動報警等功能。在軟硬件的設(shè)計上逐漸完善其功能，該裝置還設(shè)計了RS-232接口，其作用在于將數(shù)據(jù)進行合理處理后完成上傳。

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