【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 4．2．2 MAXl97～D轉(zhuǎn)換的基本原理…………………………………………．23 4．2．3 MAXl97與單片機(jī)的硬件接口設(shè)計(jì)………………。：…………………。24 4．3存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)……………………………………………………………………25 4．3．1存儲(chǔ)芯片選擇……………………………………………………………25 4．3．2 4．4串口擴(kuò)展設(shè)計(jì)……………………………………………………………………28 4．5I／O口擴(kuò)展……………………………………………………………………………………………．．29 4．6本章小結(jié)………………………………………………………………………。3l 5監(jiān)測(cè)站軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………32 5．1總體軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………。32 5．1．1雨量站系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程………………………………………………32 5．1．2水庫(kù)站系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程………………………………………………．34 5．1．3水文 位 站系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程………………………………………36 5．2 A／D數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì)……………………………………………………37 5．3FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊軟件設(shè)計(jì)………………………………………………。38 5．3．1無(wú)效塊的識(shí)別……………………………………………………………．39 5．3．2頁(yè) 賣(mài)……………………………………………………………………………………………。39 5．3．3頁(yè)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(xiàn)…………………………………………………………………………………………．46 IV 工程碩士論文 基于單片機(jī)的水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1緒論 1．1選題背景 我國(guó)地域遼闊，地形復(fù)雜，又地處亞洲季風(fēng)區(qū)，氣候異常，河流來(lái)水量變化劇烈， 暴雨洪水頻發(fā)。如1998年長(zhǎng)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(jiàn)的水災(zāi)【l】，給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了嚴(yán)重的損失。究其原因除了有植被 及天然蓄洪湖泊遭到嚴(yán)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(bào)汛不及時(shí)，水情不明也是導(dǎo)致災(zāi)情加重的重要原因【2】。 水情檢測(cè)系統(tǒng)采用現(xiàn)代科技對(duì)水文信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)和傳輸?shù)膶?zhuān)門(mén)技術(shù)， 有效解決江河流域及水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)、防洪調(diào)度及水資源合理利用的先進(jìn)手段，是水文 現(xiàn)代化的發(fā)展方t3j。如若在三峽區(qū)域設(shè)計(jì)一個(gè)基于水庫(kù)、水文、雨量的水情監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)，可以綜合分析三峽區(qū)域水情，可以實(shí)時(shí)了解三峽水情來(lái)實(shí)現(xiàn)三峽區(qū)域水情的合理 調(diào)控。同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一些人無(wú)法靠近的區(qū)域或者無(wú)需人力來(lái)監(jiān)控的現(xiàn)場(chǎng)。由于不 同地區(qū)的不同實(shí)際情況，因此需要對(duì)不同區(qū)域采用不同的方法來(lái)采集和傳輸實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)，因此對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的要求不同。這樣往往造成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)專(zhuān)用化程度高，品種多，不 利于設(shè)備維護(hù)，也增加了對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。因此，在綜合研究中國(guó)水情監(jiān)測(cè)實(shí)際 情況的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一種多功能、可靠性高、維護(hù)方便，可適用于水文、水庫(kù)、 雨量監(jiān)測(cè)的綜合性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 1．2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 就國(guó)內(nèi)外的發(fā)展來(lái)看，美國(guó)和日本是最早重視水情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的國(guó)家。在1976 年時(shí)美國(guó)SM公司與美國(guó)天然氣局合作研制了一套水情自動(dòng)測(cè)報(bào)設(shè)備【4】。80年代以來(lái)， 遙控設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)在全世界得到廣泛的應(yīng)用。90年代以后，國(guó)際 上多家公司推出了功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣的產(chǎn)品，在水利、水電、氣象以及各類(lèi)要求監(jiān) 測(cè)水文、氣象參數(shù)的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域都適時(shí)地得以應(yīng)用。在我國(guó)，水情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究 始于20世紀(jì)70年代中期，形成初期產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)一些水庫(kù)實(shí)際應(yīng)用，但是由于設(shè)備落 后，資金緊缺，系統(tǒng)的誤差較大，不能應(yīng)用。在80年代中期，我國(guó)已較快的速度改 進(jìn)了自己的技術(shù)基礎(chǔ)，建成了一些自己的水情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。1983年正式開(kāi)始，1986 年投入運(yùn)行，90年代是我國(guó)這一專(zhuān)業(yè)技術(shù)發(fā)展最快的時(shí)期，一些較大的系統(tǒng)都相繼 建成。特別是近幾年，我國(guó)的水情自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(wú)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(dòng)、無(wú)線接入、衛(wèi)星和程控交換【5】，特別是近幾年來(lái)，國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的 引進(jìn)，給我國(guó)防汛通信網(wǎng)建設(shè)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(gè)新臺(tái)階，已成為我國(guó)防洪減災(zāi)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(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)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(lèi)，模 擬式傳感器，在和計(jì)算機(jī)及數(shù)字化儀器相連的時(shí)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(yuǎn)距離傳。數(shù)字式傳感器直接將待測(cè)量轉(zhuǎn)換為數(shù)字 量輸出，其輸出信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，可與數(shù)字設(shè)備直接相連。目前雨量傳感 器主要為翻斗式雨量計(jì)，水位傳感器有浮子式、氣泡式水位計(jì)和雷達(dá)水位計(jì)。 水情信息采集可以從本地直接讀取，也可以通過(guò)有線或者無(wú)線的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程傳 輸，有線的通訊方式可以通過(guò)電話或者互聯(lián)網(wǎng)光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如：通過(guò)PSTN和Modem 通信，無(wú)線的通訊方式可以通過(guò)GSM、北斗衛(wèi)星、海事衛(wèi)星等通訊設(shè)備來(lái)傳輸【71。 1．3本課題的主要內(nèi)容 1．3．1研究?jī)?nèi)容 水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能主要是完成水情數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)和傳輸，本次設(shè)計(jì)由單片 機(jī)控制的水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括一下幾個(gè)內(nèi)容： 1 水情數(shù)據(jù)采集：通過(guò)SDI．12總線協(xié)議，單片機(jī)可以連接至多十個(gè)傳感器，可 以同時(shí)采集水庫(kù)、水文、雨量等水情數(shù)據(jù)。 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)有限，采集數(shù)據(jù)及實(shí)況信息需要擴(kuò)展外部存儲(chǔ) 空間。根據(jù)區(qū)域情況合理選擇外部存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)滿(mǎn)足存儲(chǔ)需要。 3 水情數(shù)據(jù)傳輸：采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，需要解決區(qū)域性傳輸媒介和遠(yuǎn)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(guò)太陽(yáng)能電池板對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)充電，需要解決如何將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電 ’ 源控制在正常工作范圍內(nèi)。 水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用多種傳感器將水庫(kù)、水文、雨量的水情數(shù)據(jù)，通過(guò)SDI．12總 線經(jīng)RS．232串口傳送至單片機(jī)存儲(chǔ)；單片機(jī)將采集到的水情數(shù)據(jù)以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí) 況信息通過(guò)PSTN、GSM、北斗衛(wèi)星、海事衛(wèi)星等通信信道傳輸?shù)竭h(yuǎn)程中心站，從而 實(shí)現(xiàn)水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)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(cè)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(jī)的水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 究目標(biāo)、意義。 第二章分析了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求給出具 體總體設(shè)計(jì)方案。 第三章給出了基于單片機(jī)的水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案，并對(duì)方案進(jìn)行了詳細(xì)分析。 第四章給出了水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，著重研究了A／D轉(zhuǎn)換芯片、存儲(chǔ)器等核 心器件的選擇、特點(diǎn)、工作原理以及具體設(shè)計(jì)。 第五章給出了水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了具體軟件流程。 第六章對(duì)論文進(jìn)行總結(jié)，并給出研究結(jié)論。 2系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)與總體方案 工程碩士論文 2系統(tǒng)設(shè)計(jì)指