【文章內(nèi)容簡介】 模塊設計…………………………………………………………………… 25 4 ． 3 ． 1 存 儲 芯 片 選擇…………………………………………………………… 25 4． 3． 2 4 ． 4 串口擴展設計…………………………………………………………………… 28 4 ． 5I ／ O 口擴展……………………………………………………………………………………………．． 29 4 ． 6 本章小結(jié)……………… ………………………………………………………。 3l 5 監(jiān)測站軟件系統(tǒng)設計………………………………………………………………… 32 5 ． 1 總體軟件設計…………………………………………………………………。 32 5 ． 1 ． 1 雨 量 站 系 統(tǒng) 軟 件 設 計 流程……………………………………………… 32 5 ． 1 ． 2 水 庫 站 系 統(tǒng) 軟 件 設 計 流程………………………………………………． 34 5 ． 1 ． 3 水文 位 站 系 統(tǒng) 軟 件 設 計 流程……………………………………… 36 5． 2 A ／ D 數(shù)據(jù)采集模塊軟件設計…………………………………………………… 37 5 ． 3FLASH 數(shù) 據(jù) 存 儲 模 塊 軟 件 設計………………………………………………。 38 5 ． 3 ． 1 無 效 塊 的 識別……………………………………………………………． 39 5 ． 3 ． 2 頁 賣……………………………………………………………………………………………。 39 5 ． 3 ． 3 頁編程………………………………… …………………………………40 5 ． 3 ． 4 擦除編程………………………………………………………………… 41 5 ． 4 本章小結(jié)………………………………………………………………………… 42 6 總結(jié)與展望……………………………………………………………………………．． 43 6 ． 1 工作總結(jié)………………………………………………………………………… 43 6 ． 2 研究展望………………………………………………………………………… 43 致謝。．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．。．．．．．．。．．。． ．．．．。．．。．。．．．．．．．．。．．．．．。．．．．．。．．．．．．．．．。．。．．．．．．。 45 參考文獻…………………………………………………………………………………………． 46 IV 工程碩士論文 基于單片機的水情監(jiān)測系統(tǒng)設計 1 緒論 1． 1 選題背景 我國地域遼闊，地形復雜，又地處亞洲季風區(qū)，氣候異常，河流來水量變化劇烈， 暴雨洪水頻發(fā)。如 1998 年長江流域、松 花江和嫩江流域發(fā)生的大面積特大洪水造成 了歷史上罕見的水災【 l】，給人民的生命財產(chǎn)造成了嚴重的損失。究其原因除了有植被 及天然蓄洪湖泊遭到嚴重破壞，現(xiàn)有土建防洪工程尚不足以抗衡特大暴雨洪峰以外， 報汛不及時，水情不明也是導致災情加重的重要原因【 2】。 水情檢測系統(tǒng)采用現(xiàn)代科技對水文信息進行實時采集、存儲和傳輸?shù)膶ｉT技術(shù)， 有效解決江河流域及水庫洪水預報、防洪調(diào)度及水資源合理利用的先進手段，是水文 現(xiàn)代化的發(fā)展方 t3j。如若在三峽區(qū)域設計一個基于水庫、水文、雨量的水情 監(jiān)測系 統(tǒng)，可以綜合分析三峽區(qū)域水情，可以實時了解三峽水情來實現(xiàn)三峽區(qū)域水情的合理 調(diào)控。同時可以實時監(jiān)測一些人無法靠近的區(qū)域或者無需人力來監(jiān)控的現(xiàn)場。由于不 同地區(qū)的不同實際情況，因此需要對不同區(qū)域采用不同的方法來采集和傳輸實時數(shù) 據(jù)，因此對監(jiān)測設備的要求不同。這樣往往造成監(jiān)測系統(tǒng)專用化程度高，品種多，不 利于設備維護，也增加了對設備設計的復雜性。因此，在綜合研究中國水情監(jiān)測實際 情況的基礎上，設計開發(fā)出一種多功能、可靠性高、維護方便，可適用于水文、水庫、 雨量監(jiān)測的綜合 性自動化監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的實際應用價值。 1． 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 就國內(nèi)外的發(fā)展來看，美國和日本是最早重視水情自動監(jiān)測系統(tǒng)的國家。在 1976 年時美國 SM 公司與美國天然氣局合作研制了一套水情自動測報設備【 4】。80年代以來， 遙控設備、數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度自動化技術(shù)在全世界得到廣泛的應用。 90 年代以后，國際 上多家公司推出了功能強、應用范圍廣的產(chǎn)品，在水利、水電、氣象以及各類要求監(jiān) 測水文、氣象參數(shù)的專業(yè)領域都適時地得以應用。在我國，水情自動監(jiān)測系統(tǒng)的研究 始于 20世紀 70 年代中 期，形成初期產(chǎn)品在國內(nèi)一些水庫實際應用，但是由于設備落 后，資金緊缺，系統(tǒng)的誤差較大，不能應用。在 80 年代中期，我國已較快的速度改 進了自己的技術(shù)基礎，建成了一些自己的水情自動監(jiān)測系統(tǒng)。 1983 年正式開始， 1986 年投入運行， 90 年代是我國這一專業(yè)技術(shù)發(fā)展最快的時期，一些較大的系統(tǒng)都相繼 建成。特別是近幾年，我國的水情自動監(jiān)測系統(tǒng)有了不小的發(fā)展。 水利通信隨著科技的發(fā)展己從有線到無線，從短波、超短波發(fā)展到數(shù)字微波、 l l 緒論 碩士論文 800M 集群移動、無線接入、衛(wèi)星和程控交換【 5】，特別是近幾年來，國外先進技術(shù)的 引進，給我國防汛通信網(wǎng)建設注入了新的活力，防汛通信網(wǎng)從數(shù)量到質(zhì)量和水平都邁 上了一個新臺階，已成為我國防洪減災的重要手段之一，是非工程防洪措施的重要組 成部分。 傳感器是實現(xiàn)監(jiān) 測及控制的首要環(huán)節(jié)，一般傳感器【 6J 有模擬式和數(shù)字式兩類，模 擬式傳感器，在和計算機及數(shù)字化儀器相連的時候采用 A／ D 轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換為 數(shù)字量，且易受電磁干擾，不利于遠距離傳。數(shù)字式傳感器直接將待測量轉(zhuǎn)換為數(shù)字 量輸出，其輸出信號抗干擾能力強，功耗小，可與數(shù)字設備直接相連。目前雨量傳感 器主要為翻斗式雨量計，水位傳感器有浮子式、氣泡式水位計和雷達水位計。 水情信息采集可以從本地直接讀取，也可以通過有線或者無線的方式進行遠程傳 輸，有線的通訊方式可以通過電話或者互聯(lián)網(wǎng)光纖來實 現(xiàn)，例如：通過 PSTN和 Modem 通信，無線的通訊方式可以通過 GSM、北斗衛(wèi)星、海事衛(wèi)星等通訊設備來傳輸【 71。 1． 3 本課題的主要內(nèi)容 1． 3． 1研究內(nèi)容 水情監(jiān)測系統(tǒng)的功能主要是完成水情數(shù)據(jù)的監(jiān)測、存儲和傳輸，本次設計由單片 機控制的水情監(jiān)測系統(tǒng)主要包括一下幾個內(nèi)容： 1 水情數(shù)據(jù)采集：通過 SDI． 12 總線協(xié)議，單片機可以連接至多十個傳感器，可 以同時采集水庫、水文、雨量等水情數(shù)據(jù)。 2 數(shù)據(jù)存儲：單片機的內(nèi)部存儲有限，采集數(shù)據(jù)及實況信息需要 擴展外部存儲 空間。根據(jù)區(qū)域情況合理選擇外部存儲設備來滿足存儲需要。 3 水情數(shù)據(jù)傳輸：采集的數(shù)據(jù)進行遠程傳輸，需要解決區(qū)域性傳輸媒介和遠程 傳輸數(shù)據(jù)不穩(wěn)定和有干擾等影響。 4 電源控制：通過太陽能電池板對監(jiān)測系統(tǒng)充電，需要解決如何將監(jiān)測系統(tǒng)電 ’ 源控制在正常工作范圍內(nèi)。 水情監(jiān)測系統(tǒng)采用多種傳感器將水庫、水文、雨量的水情數(shù)據(jù) ，通過SDI． 12 總 線經(jīng) RS． 232 串口傳送至單片機存儲；單片機將采集到的水情數(shù)據(jù)以及監(jiān)測系統(tǒng)的實 況信息通過 PSTN、 GSM、北斗衛(wèi)星、海事衛(wèi)星等通信信道傳輸?shù)竭h程中心站，從而 實現(xiàn)水情監(jiān)測系統(tǒng)的實時監(jiān)測、存儲和傳輸功能。 1． 3． 2內(nèi)容安排 本文的章節(jié)內(nèi)容安排如下： 第一章介紹了水情監(jiān)測系統(tǒng)的背景、研究現(xiàn)狀等，并介紹了本文研究的方法和研 2 工程碩士論文 基于單 片機的水情監(jiān)測系統(tǒng)設計 究目標、意義。 第二章分析了系統(tǒng)的設計指標，給出系統(tǒng)設計要求，并根據(jù)系統(tǒng)設計要求給出具 體總體設計方案。 第三章給出了基于單片機的水情監(jiān)測系統(tǒng)方案，并對方案進行了詳細分析。 第四章給出了水情監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計，著重研究了 A／ D 轉(zhuǎn)換芯片、存儲器等核 心器件的選擇、特點、工作原理以及具體設計。 第五章給出了水情監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設計方案，設計了具體軟件流程。 第六章對論文進行總結(jié)，并給出研究結(jié)論。 2 系 統(tǒng) 設 計 指 標 與 總 體 方 案 工程碩士論文 2系統(tǒng)設計指標與總體方案 本章主要介紹系統(tǒng)設計的指標以及總體設計方案。 水