基于單片機的兩點投入式汛情預警系統

馬光宇

摘要：近年來由于氣候的急劇惡化，全球的天氣變得極端無常。在國內經常出現洪澇災害。自20世紀70年代以來，美國首先提出運用現代化的管理手段和非工程性防洪措施盡可能減少災害引起的損失和危害。水文自動測報系統即為非工程性防洪措施中重要的研究對象之一?；诖?，本次設計提出了一款汛情預警裝置。

關鍵詞：單片機;2.4GHZ無線;水位傳感器;水位檢測;汛情預警

1.系統設計方案

本次設計提出了一款簡單易用、輕便易攜的汛情預警系統。此系統具有以下功能：一、檢測端采用兩個高精度投入式水位檢測傳感器實時采集兩個點的水位數據;二、后臺接收端和檢測端分離，能通過無線傳輸模塊進行通訊，實時地將檢測端采集的水位數據傳回后臺檢測端并通過智能數顯儀顯示;三、后臺接收端配備有聲光報警模塊和GSM短信模塊，當兩個檢測點的水位在短時間內快速上升或任一水位達到警戒值時則立刻驅動聲光報警模塊并發送預警短信。

2.系統硬件的設計

2.1單片機最小系統

單片機STC89C52使用經典的MCS-51內核，集成ROM 4K字節和RAM 256字節，具有EEPROM功能，理論上工作頻率為0～40MHz，正常工作頻率能達到48MHz，所以最終選擇了STC89C52單片機作為接收端的處理器。由于前端的檢測部分是需要用到AD采集功能，為了讓系統在硬件結構盡量簡單的基礎上實現完整的功能，本次設計最終決定選用STC12C5A60S2作為檢測端的處理器。

2.2液位傳感器

投入式液位傳感器，由于自身具有較大質量，投入水中以后比較穩定，不易上下浮動，采用圓柱形外殼設計，消除傳統液位傳感器外部棱角對介質流動的干擾，防止介質波動對測量產生影響，抗干擾性強。投入式傳感器輸出信號多樣，同時采用高質量集成電路板，具有高精度性、高穩定性，適用多種測量環境，所以投入式液位傳感器非常適合用于本設計。

2.3顯示屏幕

在實際設計過程中，接收端只有一個單片機，如果采用LED數碼管進行靜態顯示，則面臨I/O口不足的問題，而LED數碼管的動態顯示又存在比較大的編程難度。而LCD1602可以同時顯示32個字符，具有更好的易用性。編程使用都比考慮到實際設計的操作性，我決定采取LCD1602作為本設計的顯示屏幕。

2.4短信模塊

GPRS A6mini是有GPRS數據傳輸功能的GSM模塊，集成GSM通信的主要功能于一塊電路板上，支持語音通話、SMS短信、移動和聯通2G等功能。尺寸大小為22.8mm×16.8mm×2.2mm;工作電壓在3.5V～4.2V之間;協議的串口復用功能支持2個串口，一個下載串口，一個AT命令口;單片機可以通過RS232串口與GPRS模塊相連，通過AT指令控制GPRS模塊實現各種基于GSM的通信功能。

3.系統軟件的設計

檢測端給單片機上電后，單片機就在晶振的頻率下開始運行，運行程序從main（）函數開始。首先要初始化程序，其中初始化包括了各個端口的初始化、AD轉化口的配置和無線模塊的初始化。初始化完畢后就進入到循環體，判斷AD采集口是否采集成功，如果是則將采集到的水位數據發送給接收端并等待發送完畢，如果不是則進行下一個循環。

同樣的接收端在上電后也是進行初始化操作，但是接收端需要在初始化顯示器后再在顯示器上顯示預顯示的內容，這樣做可以減少主循環中程序的復雜度。程序初始化完畢后進入到主循環，主循環主要進行等待無線模塊數據的接收。接收到無線數據時，就將數據解析并顯示在顯示器上，然后判斷兩個水位值中是否有任何一個大于上限值或者在短時間內水位值是否快速上升，如果是則驅動蜂鳴器警報和GSM發送預警信息;如果不是則關閉蜂鳴器。

4.系統的制作和綜合調試

4.1設計各模塊介紹

本設計檢測端主要模塊有：

1.LM1117-3.3穩壓模塊;2.AD采集口;3.NRF24L01無線收發模塊;4.STC12C5A60S2單片機。

本設計接收端主要模塊有：

1.LCD1602液晶顯示屏;2.STC89C52單片機;3.NRF24L01無線收發模塊;4.LED燈;5.按鍵模塊;6.A6MINI短息模塊;7.蜂鳴器。

4.2KEIL調試

KEIL這個軟件是在單片機開發中是必然會被使用到的，其具有軟件編譯功能和調試功能。其最為強大的就是其模擬調試功能，可以在調試過程中調出各個界面，來查看單片機實際運行時各個寄存器內部數據、各個引腳高低電平狀態等參數。

5.結束語

本次設計具有小巧靈活、簡單易用的特點，可以投入到武警部隊搶險救援行動中去。本次設計的兩點投入式汛情預警系統的投入使用，不僅可以有效緩解武警部隊任務需求巨大和人員編制緊張的矛盾，而且將會大大提高汛情預測的科學性和準確性，從而更好地維護國家社會的穩定，保證人民群眾生命財產的安全。因此本設計具有相當好的應用前景。