水位自动检测系统.docx

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水位自动检测系统

水位自动检测系统摘要

本文是为了实现对大坝水位进行多点水位采集，然后通过远距离传输，并且有数据显示和越限报警功能，单片机作为下位机，负责大坝现场各水位点的选通和采集，作为上位机的PC机，则负责大坝水位的集中显示和管理记录，而PC机与单片机之间的通讯方式主要采用RS-485总线技术。

本文阐述了通过超声波液位传感器等对大坝水位进行自动监测系统，主要由硬件部分和软件部分组成。

硬件部分主要是传感器主要是超声波传感器，数据采集部分采用多路开关方式进行，利用超声波传感器进行模拟数据采集，为了满足生产中多通道的要求，设计了8个模拟数据采集通道。

传感器将非电量信号变为电信号，经放大器放大后送入8位串行模数转换器TLC0838，数据处理部分采用AT89S52单片机为核心控制器件，当AT89S52单片机接到控制软件发出的通道采集指令，采集的信号通过串行接口送入单片机，由显示芯片HD7279八驱动LED数码管进行现场显示，再通过RS-485通信总线上传至上位机，由上位机进行显示。

软件部分主要采用汇编语言编程进行了数据采集处理、数据显示、报警等程序的设计。

针对电磁干扰对系统的干扰，本文提出了去藕电容的配置等三点抗干扰措施，以增加系统的稳定性。

关键词：

超声波传感器；AT89S52单片机；数据采集通信；上位机

DesignofAutomaticMonitoringSystemoftheWaterLevelinHydrologicalStation

Abstract

Thepapermainlydescribesthemethodoftheultrasonicliquidlevelthroughthedamofwaterlevelsensorsforautomaticmonitoringsystem,whichisconsistofthehardwarepartandsoftwarepart.Inthispaper,usesthehostwhoandthemonolithicintegratedcircuitiscomposedbyPCmachinefromthetypemanymachinenetworkingsystem,themonolithicintegratedcircuittookthelowerpositionmachine,isresponsibleforthedamscenevariousgaugingstationstheselectionandgathering,intheachievementpositionmachinePCmachine,thenisresponsibleforthedamwaterlevelthecentralismdemonstrateandmanagetherecord,butPCmachineandbetweenthemonolithicintegratedcircuitcommunicationwaymainlyusetheRS-485mainlinetechnology.

Hereusesthesensormainlyistheultrasonicsensor,thedata-acquisitionworksinframeofmulti-channelswitch.Carriesonanalogdatagatheringusingtheultrasonicsensor,Itdesignseightanalog-dataacquisitionsystem.Thesensorchangesthenon-electronicsignalsintoelectronicsignalsandsendsthemtoeightTLC0838tandemmodu1ustransfersafterbeingamplified.Data-acquisitiontakesAT89S52singlechipmicrocomputerasthekeycontrollerelement,whentheAT89S52receivesthechannelacquisitionorderfromthecontrollingsoftware,thecollectedsignalswillbesenttothesinglechipmicrocomputerthroughtandeminterface,andwillbeshownaliveastheshowingchipsHD7279AdrivestheLED,andsenttothePCthroughRS-485themaincommunicationwire,alsoitwillbeshown.

Itdesignsmuchprogramlikedata-acquisitiontreatment,data-displayanddata-communicationEtc,usingcompliedlanguages.Astotheinterferencefromtheelectromagnetismtothesystem,thethesisproposesthreemeasurestoresisttheinterferencelikecapacitancedispose,tosteadythesystem.

Keyword:

Ultrasonicsensor;SingleChipMicrocomputerofAT89S52;Data-acquisitionandcommunicationSystem;PC

第一章绪论

1.1目的和意义

水情水位测量一直是水文、水利部门的重要课题。

为及时发现事故苗头，防患于未来，经济实用、可靠的水位无线监测系统将会发挥巨大的作用水位是水库大坝安全、水利排灌调度、蓄水、泄洪的重要参数之一。

水位的自动化监测、传输和处理为水库现代化建设提供了良好的基础资料。

在工农业生产的许多领域都需要对水位进行监控，可能现场无法靠近或现场无需人力来监控。

我们就可以通过远程监控，坐在仪器前就能对现场进行监控，既方便又节省人力。

为了保证水利发电站的安全生产,提高发电效率,水电站生产过程需要对水库水位、拦污栅压差和尾水位进行监测。

但是,由于不同电站有着不同的实际情况,因此就有着不同的技术要求,而且水位参数的测量方法和测量位置不同，对监测设备的要求亦有所不同。

这样往往造成监测系统设备专用化程度高,品种多,互换性差,不利于设备维护,亦增加了设备设计、生产、安装的复杂性。

因此,在综合研究水电站水位监测的实际情况以及特点的基础上,利用现代电子技术,特别是单片机技术和不挥发存储器技术,设计开发一种通用性好,可靠性高,维护方便,可适用于多种监测环境的多模式水位自动监测系统具有重要的实际意义。

1.2国内外的发展概况

传感器是实现测量及控制的首要环节，一般传感器有模拟式和数字式两类，模拟式传感器，在和计算机及数字化仪器相连的时候必须采用A/D转换器把模拟量转换为数字量，且易受电磁干扰，不利于远距离传输。

数字式传感器直接将待测量转换为数字量输出，其输出信号抗干扰能力强，功耗小，可与数字设备直接连接。

数字式传感器的这些特点，特别适合应用于水情遥测系统中。

但限于成本控制本设计依然采用模拟传感器。

水位监测系统在我国的应用已相当普及。

大型国家水坝常采用由PC机和单片机组成的主从式的多机联网系统，单片机作为下位机，负责大坝现场各水位点的选通和采集，作为上位机的PC机，则负责大坝水位的集中显示和管理记录，PC机作为通用机，在用于专项的应用上时，难免会在很多方面存在问题，比如体积大，功耗大，运行不稳定、很难做到不间断运行等。

而PC机与单片机之间的通讯方式主要采用RS485总线技术和现场总线技术两种。

RS-485是使用较为广泛的双向有补偿传输线标准，其最大每段总线长度为1200米，每段最多支持32个节点，采用单组双绞线双向主从通信。

当总线加长或节点增多时需要使用中继器连接，全网络支持最多256个节点。

RS-485通信技术应用时间较长，软硬件实现较为容易，因此是国内粮情测控系统采用较多的通信方式。

而本文多路水位监测系统特点：

1）能够灵活适应测量库水位、拦污栅压差、尾水位等变化缓慢或剧烈的水位的需要。

2）系统工作体制采用轮询方式，实时性好。

3）采用无线/有线双通道传输方式，提高了传输的可靠性。

4）水位采集站工作模式可灵活编程设定，以适应不同的监测环境。

5）监测分中心提供微波接口和RS-485接口，为上级监控中心提供监测数据。

1.3主要内容

本次所设计的水位自动监测系统主要包括以下几个内容：

1.多点水位数据采集：

具有自动检测水位等功能，可根据需要进行定时检测、选点检测和巡回检测；

2.水位数据传输：

采集的数据进行远程传输，需要解决远程传输数据不稳定和有干扰等影响；

3.水位数据分析：

通过单片机进行数据分析，然后将数据传输到LED和报警器，进行数据显示或报警；

4.水位数据显示：

根据传回的数据通过LED显示；

5.水位预警：

根据水位实测值与人工设定的超限制或相关数据模型进行对比分析，若实测值超过设定的范围，则语音报警。

水位自动监测系统采用液体压力探头采集水位原始资料，在单片机上进行模数转化资料处理，通过专线把资料传输到工作站；同时也可以在远程工作站通过电话拨号调用资料；在工作站的计算机上进行资料加工、存取、分析等处理。

远离水库的指挥中心通过该系统可获得当前时刻的水位、水库库容、淹没面积、当天最高水位、最低水位、日水位升降、平均水位等一系列数据，为水库的防洪、水库水资源调度、蓄水灌溉提供科学的数据。

该系统由数据采集、数据传输、数据分析、数据显示和水位预警等部分组成。

第二章数据采集的硬件设计

2.1单片机数据采集系统

本文的设计是基于单片机的数据采集系统是以单片机为核心控制器件。

单片机具有体积小、功耗小、成本低、可靠性高、灵活方便、价格廉以及控制功能强等特点而得到广泛的应用。

利用单片机的硬件、软件资源，实现信号采集的智能化控制和管理。

2.1.1基本组成

基于单片机的数据采集系统是以单片机为核心控制器件；结合外围电路所构成。

基本组成如图2.1所示。

图2.1数据采集系统的组成

采集系统硬件主要包括传感器、转换器、单片机、输入输出接口电路等。

由单片机做为控制单元的数据采集系统的工作过程可分为以下几个步骤：

数据采集是将被测量的信号转换为能够被单片机所识别的信号并输入给单片机；数据处理是由单片机执行以测试为的的算法程序后，得到与被测参数对应的测量值或形成相应的决策与判断。

2.1.2采集方式

一个具体的采集系统的构成，根据所测信号的特性而定。

力求做到既能满足系统的性能要求又能在性能价格比上达到最优。

根据这个要求，这种方式轮流循环采样的转换速度较慢，但是节省硬件。

结构框图如图2.2所示。

图2.2多路开关方框图

数据处理部分采用AT89S52做为核心控制器件。

模数转换器采用8位串行模数转换器TLC0838，该芯片占用单片机的引脚资源少，仅占有单片机5个引脚即可完成8个通道的数据采集，简化了电路设计，降低了成本。

2.1.3硬件组成

硬件部分分为数据采集和数据处理两部分。