一种基于单片机设计降雨量实时监测系统.docVIP

一种基于单片机控制的降雨量实时监测系统 彭 建 (贵州大学电气工程学院，贵州 贵阳 550003) 摘要：本文介绍的是一个利用89C51单片机为核心设计的降雨量数据采集、远距离无线数据传输并在监测中心显示、存储降雨量数据的实时监测系统。该系统具有成本低、安装方便、工作稳定、抗干扰能力强、采集的降雨量数据准确的特点，便于水库、江河流域、气象部门实现实时降雨量数据的无人采集、无人记录和自动实时显示；另外，该系统还具有历史数据查询、上传数据到管理级计算机的功能，因此具有较大的推广价值。 关键词：单片机；降雨量；数据采集；无线数据传输；实时监测 当前水安全和水资源问题已经成为社会和经济发展中的重要因素。建立兼顾防灾和水资源优化管理的保障系统，是现代水利和水利工程管理的需要。水情自动监测是采用现代科技对水文信息进行实时遥测、传送和处理的专门技术，是有效解决水库及江河流域洪水预报、防洪调度及水资源合理利用的先进手段；提高了水情监测速度和洪水预报精度，改变了以往仅靠人工测量水情数据的落后状况，扩大了水情测报范围，在水库及江河流域安全渡汛和电厂经济运行以及水资源合理利用等方面发挥了重大的作用。根据我省某水库管理部门的实际情况和提出的具体要求，我们设计了一套基于单片机控制的远距离无线数据传输降雨量实时监测系统，以作为对该单位雨水情自动监测系统的补充和完善，现就该系统做一下介绍。 一、系统组成 ??? 降雨量实时监测系统主要有两个智能雨量采集站RTU、 一个雨量数据接收显示装置和相应数据采集、通信、显示处理软件组成。 系统组成结构如下图1-1所示。 1. 雨量采集站A和B负责在有降雨时将同一库域中两个 不同雨量采集点的降雨量数据通过数传模块传到位于 监测室的显示装置。 2. 显示装置负责实时显示和存储A、B两个雨量站的降雨 量数据，必要时可通过其配备的标准RS-232接口将数 据上传给PC机，以便对数据进行处理和长期保存。 3. A、B两站与显示装置的通信频率在223—235MHz频段上，无需特别申请，数据传输速率1200 bit/s。 4.系统中软件由雨量采集站的控制、通信软件和显示装置的控制、数据处理、通信软件等两 大部分组成。 二、系统硬件介绍 1. 雨量采集站电路及工作原理 雨量采集站RTU由以89C51单片机为核心的控制器、数传发送模块、电源模块、雨量传感器、复位电路和工作状态显示电路等单元构成,电路原理图如下图2-1所示。 由89C51单片机（U7） AMD691的端将发出一个负脉冲送到74LS00(U5)的1/4与非门的1脚上，于是在其3脚输出一个相应的正脉冲送到单片机的RST复位端，使单片机复位，实现了单片机死机后自动复位的功能，提高了雨量采集站电路的稳定性和抗干扰能力，更适应于无人值守的工作条件。 雨量传感器U4在有降雨时，其内部机械装置使一干簧管开关接通或断开，通过电阻R1在单片机的P1.0端产生脉冲, 单片机则通过程序对脉冲进行计数（一个脉冲对应0.1mm雨量），并将计数值通过单片机的串口TxD端经插座J3的2脚送入数传发送模块U6的TTL输入端，于是U6实时地将数据发送到位于监测室的显示装置。 电阻R2和发光二极管D2组成工作状态显示电路，通过单片机的程序使P0.0端产生周期为2秒、占空比为50%的方波信号，于是发光二极管D2以1秒钟亮、一秒钟灭的周期循环方式闪烁显示，以表示单片机处于正常工作状态。一旦D2不闪烁，或一直亮、或一直灭，说明雨量采集站电路出现故障，需对其进行检修。 电源模块U1只有一路+13.5V输出，它直接给数传发送模块U6供电；其它电路的工作电压+5V，由7805稳压集成块、电容C1、C2、C3、C4和稳压二极管D1组成的稳压电路提供；稳压二极管D1的作用是将+13.5V降低5V后在7805的输入端提供+8.5V的电压，在保证其稳定工作的同时，减小7805自身的功耗。 雨量采集站A和B的电路完全相同，只是在传输数据时用软件定义了不同的地址。如A、B两雨量采集站处无交流市电，可采用太阳能电池板供电。 2. 显示装置电路及工作原理 显示装置电路由以89C51单片机为核心的控制器、数传接收模块、电源模块、RS-232接口模块、显示模块、键盘模块和复位电路等单元构成,电路原理图如下图2-2所示。 由89C51单片机（U1）位电路通过U7的1/4与非门（10脚和9脚）从8脚将三种复位信号分别送到单片机的RST端，以实现单片机的上电复位、手动复位和“看门狗”复位。其工作原理同雨量采集站电路，在次不再赘述。因此提高了显示装置电路的稳定性和抗干扰性，适应于无人值守的工作条件。 电源模块U12给数传模块U11提供+13.5V工作电压；7805集成三端稳压器U9、U10及电容C1、C2、C3、C4