【正文】 們必須解決的問題。 新特性防雷設(shè)計介紹 工作原理 ： 水壓傳感器把采集的模擬信號通過 AD 轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過 C51 芯片處理后，把數(shù)據(jù)存貯起來，當(dāng)計算機(jī)需要數(shù)據(jù)時，發(fā)出指令，得到所需的信號。值得注意的是，數(shù)據(jù)手冊上雖然說明它是一個 16 位的寄存器，但實(shí)際上它是由兩個 8 位的存貯單元組成的，輸出時 MSB在前，如果接收微控制器需要 LSB 在前，例如 8051 系列，讀取的時候應(yīng)該分兩次讀，每次讀出 8 位分別倒序，而不是整個 16 位倒序。第 3 個是時鐘寄存器，它也是一個可讀 /寫的 8 位寄存器，用于設(shè)置有關(guān) AD7705 運(yùn)行頻率參數(shù)和 A/D 轉(zhuǎn)換輸出更 新速率。它的寄存器選擇位 RS2～ RS0 確定下次操作訪問哪一個寄存器，而輸入通道選擇位 CH1， CH0 則決定對哪一個輸入通道進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換或訪問校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。所有與器件的通信都必須先寫通信寄存器。 片內(nèi)寄存器 AD7705 包括 8 個寄存器，均通過器件串行口訪問。器件的A/D 轉(zhuǎn)換過程是按設(shè)定的數(shù)據(jù)輸出更新速率連續(xù)進(jìn)行的。 數(shù)字接口 AD7705 的串行數(shù)據(jù)接口包括 5 個接口，其中片選輸入 CS、串行時鐘輸入 SCLK、數(shù)據(jù)輸入 DIN、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出口 DOUT 用于傳輸數(shù)據(jù)，狀態(tài)信號輸出口用于指示什么時候輸出數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒。在選定的增益下，先后在外部給 AIN(+)端施加零標(biāo)度電壓和滿標(biāo)度電壓，先校準(zhǔn)零標(biāo)度點(diǎn)，然后校準(zhǔn)滿標(biāo)度點(diǎn)。 AD7705內(nèi)部設(shè)置 AIN(+)端和 AIN(－ )端為相同的偏置電壓，以校準(zhǔn)零標(biāo)度；滿標(biāo)度校準(zhǔn)是在一內(nèi)部產(chǎn)生的 VREF 電壓和選定的增益條件下進(jìn)行的。每當(dāng)環(huán)境溫度和工作電壓發(fā)生變化，或者器件的工作狀態(tài)改變?nèi)巛斎胪ǖ狼袚Q、增益或數(shù)字濾波器 第一凹口頻率變動、信號輸入范圍變化等任一項(xiàng)發(fā)生時，必須進(jìn)行一次校準(zhǔn)。 需要指出器件產(chǎn)生的噪聲源主要來自半導(dǎo)體噪聲和量化噪聲， PGA 放大量和濾波器第一凹口頻率越低，則輸出的半導(dǎo)體噪聲和量化噪聲越小， A/D 轉(zhuǎn)換器的實(shí)際分辨率越高。 圖 410 AD7705 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 數(shù)字濾波和輸出更新速率模擬信號由 Σ Δ 調(diào)制器變換為占空比被模擬電壓調(diào)制 (調(diào)寬 )的數(shù)字脈沖串，然后在片內(nèi)使用低通數(shù)字濾波器將其解釋成 16 位二進(jìn)制數(shù)碼并濾去噪聲，以完成 A/D 轉(zhuǎn)換。輸入的模擬信號被 A/D 轉(zhuǎn)換器連續(xù)采樣，采樣頻率 fS 由主時鐘頻率 fCLK 和選定的增益決定 。必須指出：這里的負(fù)極性電壓是相對 AIN(－ )引腳而言的，這兩個引腳應(yīng)偏置到恰當(dāng)?shù)恼娢簧稀?0 mV 至 0～177。片內(nèi)的增益可編程放大器 PGA 可選擇 1 3 6 128 八種增益 之一，能將不同 擺幅范圍的各類輸入信號放大到接近 A/D 轉(zhuǎn)換器的滿標(biāo)度電壓再進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，這樣有利于提高轉(zhuǎn)換質(zhì)量。 下面對該器件幾個重要部分和特性作簡要說明。它采用了成本較低但能獲得極高分辨率的 Σ Δ 轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以獲得 16 位無誤碼數(shù)據(jù)輸出。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1。 3V 電壓時，最大功耗為 1 mW， 等待模式下電源電流僅為 8μA 。它采用三線串行接口 ,有兩個全差分輸入通道 ,能達(dá)到 %非線性的 16 位無誤碼數(shù)據(jù)輸出，其增益和數(shù)據(jù)輸出更新率均可編程設(shè)定，還可選擇輸入模擬緩沖器，以及自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)方式。能直接將傳感器測量到的多路微小信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 圖 49 AT89C51 芯片引腳圖 AD7705 芯片 AD7705 是 AD 公司新推出的 16 位 Σ ΔA/D 轉(zhuǎn)換器?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM， 定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。簡介： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O 口線，看門 狗 (WDT)，兩 個數(shù)據(jù)指針，兩個 16 位定時 /計數(shù)器 ,一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 8， GND：接地。為穩(wěn)定工作，在 OUT 和 GND 之間加旁路用一個 10微法，低阻（ 歐姆）電容。輸出固定 （ 1658）、 5V（ 1659），或調(diào)壓從 到 16V?？勺錾幔?heatsinks）。 3， 6， 7， IN：輸入無規(guī)定的電壓。 2， SHDN：關(guān)閉輸入。A Max Shutdown Current HighPower () 8Pin SO Package 熱過載保護(hù)（ Thermal Overload Protection） 限流保護(hù)（ CurrentLimit Protection） 反向電壓保護(hù)（ Reverse Battery Protection） 引腳： 圖 47 MAX1659 引腳圖 1， SET：外電壓輸入。 MAX1659 芯片 MAX1659：低壓差線形穩(wěn)壓器（ lowdropout linear regulators） Lowdropout：指穩(wěn)壓器輸入端和輸出端之間的電壓差 圖 46 MAX1659 芯片內(nèi)部原理圖 雙模式工作： 穩(wěn)壓器：輸出 （ 1658）； 5V（ 1659） 調(diào)壓器：輸出 — 16V 輸入電壓范圍： — （ Wide Input Voltage Range: to ） Low, 490mV Dropout at 350mA Output Current(MAX1659) 30181。在后面可以看到，在合理的外圍電路設(shè)計中，真正影響輸出 /輸入比值的是二者的比值 K3,線性光耦正利用這種特性才能達(dá)到滿意的線性度的。 2 引腳之間的電流記作 IF， 4 引腳之間和 6 引腳之間的電流分別記作IPD1 和 IPD2。 Vout 一般用作 8～ 12bit 的 D/A 芯片的基準(zhǔn)電壓。 輸出電壓 : V ＋ / 25 mV 輸入電壓范 圍 : V to 40 V 輸出電流 : 10 mA .Vin. |1..........8|.NC .Vout |2..........7|.NC .GND. |3..........6|.NC .NC. |4..........5|.NC 圖 43 MC1403 芯片引腳圖 因?yàn)檩敵鍪枪潭ǖ模噪娐泛芎唵巍? MC1403 是低壓基準(zhǔn)芯片。它所提供的復(fù)位信號為高電平，因而是應(yīng)用于復(fù)位信號為高電平場合的單片機(jī)系統(tǒng)的理想芯片。把分壓接到未穩(wěn)壓的 直流電源是為了更早地對電源故障告警。 電源故障輸入 PFI 通過一個電阻分壓器監(jiān)測未穩(wěn)壓的直流電源。于是 MAX813L的第 (8)腳輸出低電平，該低電平加到第 (1)腳，使 MAX813L 產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機(jī)有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)的困境。第 (7)腳接單片機(jī)的復(fù)位腳（ AT89C51 的第 (9)腳）；第 (6)腳與單片機(jī)制 相連。 MAX813L 的典型應(yīng)用電路如圖 4 中的圖 3 所示。 （ 4） 時，第 (5)腳輸出一個低電平信號。如果在 內(nèi)沒有觸發(fā)該電路（即第 (6)腳 無脈沖輸入），則第 (8)腳輸出一個低電平信號。系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時，第 (7)腳產(chǎn)生復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度的典型值為 200ms，高電平有效，復(fù)位門限的典型值為 。 圖 42 MAX813L芯片結(jié)構(gòu)圖 MAX813L有雙列直插和貼片兩種封裝形式，其雙列直插如圖 4中的圖 1所示，引腳功能如下：第 (1)腳為手動復(fù)位輸入，低電平有效；第 (2)、 (3)腳分別為電源和地；第 (4)腳為電源故障輸入；第 (5)腳為電源故障輸出；第 (6)腳為看門狗輸入，第 (7)腳為復(fù)位輸出，第 (8)腳為看門狗輸出。 MAX813L 芯片 幾乎所有 的單片機(jī)都需要復(fù)位電路，對復(fù)位電路的基本要求是：在單片機(jī)上電時 可靠復(fù)位，在下電時能防止程序亂飛導(dǎo)致 EEPROM 中的數(shù)據(jù)被修改；另外，單片機(jī)系統(tǒng)在工作時，由于干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)無法正常工作，為了克服這一現(xiàn)象，除了充分利用 單片機(jī)本身的看門狗定時器（有些單片機(jī)無看門狗定時器）外，還需 另 外加個看門狗電路；除此以 外，有些單片機(jī)系統(tǒng)還要求在掉電瞬間單片機(jī)能將重要數(shù)據(jù)保存下來，因掉電的發(fā)生往往是很隨機(jī)的，因而此類單片機(jī)系統(tǒng)需要電源監(jiān)控電路，在掉電剛發(fā)生時能告知單片機(jī)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路原理圖 圖 41 電路原理圖 原理圖工作過程及主要元?dú)饧榻B 水情終端數(shù)據(jù)采集傳感器采集 4~20mA 信號經(jīng)過長距離傳輸后，由于在條件十分惡劣，容易受到外界，特別是雷電和雷電感應(yīng)的襲擊，嚴(yán)重時會經(jīng)常把傳感器和數(shù)據(jù)采集 模塊擊 毀，為了避免這 種情況，在 4~20mA 信號轉(zhuǎn)換成電壓后用HCNR201 進(jìn)行隔離，這樣就避免了遭受雷擊的厄運(yùn)。 (21) Protel99 開放的文檔功能使得用戶通過 API 調(diào)用方式進(jìn)行三次開發(fā)。 (19) 通過完整的 SPICE 3f5 仿真系統(tǒng)可以在原理圖中直接進(jìn)行信號仿真。 (17) 可以用標(biāo)準(zhǔn)或者用戶自定義模板來生成新的原理圖文件。 (15) 完全支持制版輸出和電路板數(shù)控加工代碼文件生成。 (13) 廣泛 的集成向?qū)Чδ芤龑?dǎo)設(shè)計人員完成復(fù)雜的工作。 Signal Integrity 標(biāo)簽頁也是在 Protel99 中新增加的，用來進(jìn)行信號完整性的有關(guān)規(guī)則設(shè)計。 (10) 增強(qiáng)的交互式布局和布線模式，包括 “Push andshove” （推擠）。在以前版本中只提供了基于統(tǒng)計方式的布局。 (7) 繼承的 PCB 自動布線系統(tǒng)最新的使用了人工智能技術(shù)，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊專家系統(tǒng)、模糊理論和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，即使對于很復(fù)雜的電路板其布線結(jié)果也能達(dá)到專家級的水平。 (5) PCB 自動布線規(guī)則條件的復(fù)合選項(xiàng)極大的方便了布線規(guī)則的設(shè)計。使用設(shè)計管理器統(tǒng)一管理的文檔是在 Protel99 中新提出來的，以前版本中沒有。 (3) SmartDoc（智能文檔）技術(shù)將所有的設(shè)計數(shù)據(jù)文件儲存在單一的設(shè)計數(shù)據(jù)庫中，用設(shè)計管理器來統(tǒng)一管理。 Protel99 主要特性 (1) Protel99 系統(tǒng)針對 Windows NT4/9X 作了純 32 位代碼優(yōu)化 ，使 Protel99設(shè)計系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定而且高效。 Protel99 主要特色 Protel99 是基于 Win95/Win NT/Win98/Win2020 的純 32 位電路設(shè)計制版系統(tǒng)。 可編程邏輯設(shè)計系統(tǒng) ： 可編程邏輯設(shè)計系統(tǒng)是基于 CUPL的集成于原理圖設(shè)計系統(tǒng)的 PLD設(shè)計系統(tǒng) 。這部分包括用于設(shè)計電路板的電路板編輯器 PCB 以及用于修改、生成零件封裝的零件封裝編輯器PCBLib。這部分包括用于設(shè)計原理圖的原理圖編輯器 Sch 以及用于修改、生成零件的零件庫編輯器SchLib。 小結(jié)：以一個水利部門為分析對象，確定該部門的組織結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能特點(diǎn)后，擬確定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)該具備的功能，以確定系統(tǒng)的主要模塊，也簡單介紹了該系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行條件。 新數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計加防雷特性 為適應(yīng)野外環(huán)境，特別是雷電產(chǎn)生的大磁場，對于一些元?dú)?件容易產(chǎn)生損壞，我們加入了防雷電路（即三級保護(hù)電路）。低功耗設(shè)計，無市電時6V12AH 蓄電池可用 3 個月以上，休眠時工作電流可降至 1mA 以下 ? 對系統(tǒng)的運(yùn)行故障 (如傳感器損壞 )能自動向中心站和管理人員報警 ? 可存儲一年以上的水情或雨量數(shù)據(jù)。 下面簡單地介紹一下該水利部門的現(xiàn)狀：（下圖是該水利部門的各個組成部門 ,一些系統(tǒng)未涉及的部門沒有包括在內(nèi)） 圖 31 水利部門組成略圖 這個水利部門的工作主要是由各個水電站負(fù)責(zé)水 情、雨量數(shù)據(jù)信息的采集，隨時關(guān)注數(shù)據(jù)信息的更新和當(dāng)前數(shù)據(jù)最新數(shù)據(jù)的分析、處理，做到確保對數(shù)據(jù)采集、分析、整理、精確度方面更高質(zhì)量的要求。 3 需求分析 需求調(diào)研 假設(shè)以某某水利部門為例。為了解決上述問題，需要盡快從根源做起，抓住規(guī)劃這一龍頭，盡快編制 “ 數(shù)字 水利 ” 發(fā)展規(guī)劃及“ 數(shù)字 水利 ” 建設(shè)項(xiàng)目建議書。 從技術(shù)層面看 ， “ 數(shù)字 水利 ” 所面臨的主要問題包括數(shù)字化程度不高 ,導(dǎo)致的信息資源嚴(yán)重不足，非統(tǒng)一規(guī)劃和建設(shè)導(dǎo)致的有限的信息資源 卻形成了一個個的 “ 信息孤島 ” ，各式各樣的專業(yè)應(yīng)用帶來大量的重復(fù)建設(shè)，并形成事實(shí)上的“ 資源壁壘 ” ，從而導(dǎo)致信息資源開發(fā)困難，系統(tǒng)整體水平不高。所有水利信息系統(tǒng)應(yīng)用所剝離出來的數(shù)據(jù)，構(gòu)成 “ 數(shù)字 水利 ”的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也是 “ 數(shù)字 水利 ” 存在的基本條件。所以 ， “ 數(shù)字 水利 ” 只能是發(fā)展戰(zhàn)略，是多方面高度關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)工程，而不是單一的工程建設(shè)。 狹義地說，水利工作 的任何方面應(yīng)用了數(shù)字技術(shù)，其應(yīng)用都是 “ 數(shù)字 水利 ” 的組成部分，如果在水利工作的所有方面或主要方面都廣泛而有效地應(yīng)用了數(shù)字技術(shù)，則標(biāo)志著 “ 數(shù)字 水利 ” 這一歷史過程在技術(shù)層面的完成。鑒于 “ 數(shù)字 水利 ” 發(fā)展的戰(zhàn)略性和整體性，必須先行研究制定其發(fā)展的總體戰(zhàn)略及階段發(fā)展規(guī)劃，而不是總體建設(shè)規(guī)劃。 目前水利現(xiàn)狀分析 水利部委員會提出 “ 數(shù)字 水利 ” ， “ 數(shù)字 水利 ” 是水利 行業(yè) 發(fā)展的戰(zhàn)略導(dǎo)向，充分反映了信息時代 對水利 行業(yè) 發(fā)展的要求，也是水利 行