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文檔簡介
1、<p> 基于單片機控制的水位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)</p><p> 摘要:針對目前農(nóng)業(yè)灌溉中水位無法精確測量以及監(jiān)控不及時的問題,開發(fā)設(shè)計了基于AT89S51單片機控制的水位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。從下位機系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)組成到各功能模塊選型及功能進行了詳細(xì)的介紹。該系統(tǒng)不僅能夠精確地檢測水位的數(shù)值,還可以利用485總線進行上位機和下位機的通信,實現(xiàn)了水位的實時檢測、記錄和監(jiān)控。 </p><p
2、> 關(guān)鍵詞:單片機 水位 檢測 監(jiān)控 485總線 </p><p><b> 0 引言 </b></p><p> 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,農(nóng)業(yè)灌溉用水占到全國總用水量的一半以上,實施節(jié)水灌溉在水資源合理開發(fā)、高效利用中占有舉足輕重的地位。而在這其中,對水位的檢測和遠(yuǎn)程監(jiān)控是推廣節(jié)水灌溉政策中一項基礎(chǔ)而又關(guān)鍵的技術(shù)。本文介紹利用AT89S51單片機、ADC0809模
3、數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、AT24C系列存儲芯片以及485總線等器件組成一個遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),監(jiān)控灌溉水渠中水位變化情況,并能記錄存儲。整個系統(tǒng)由下位機系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)組成,下位機系統(tǒng)是一個基于單片機控制的水位監(jiān)測系統(tǒng),分布在需要監(jiān)測水位的采集點,負(fù)責(zé)采集水位信息并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進行處理;上位機系統(tǒng)也是單片機控制系統(tǒng),主要負(fù)責(zé)通過485總線收集各個采集點的數(shù)據(jù)并顯示、存儲及控制。 </p><p> 1 設(shè)計思路及設(shè)計流程 <
4、;/p><p> 由于整個系統(tǒng)是由下位機系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)組成,分別完成不同的功能,因此在設(shè)計時要分別設(shè)計。 </p><p> 1.1 下位機系統(tǒng)總體設(shè)計 </p><p> 1.2 上位機系統(tǒng)總體設(shè)計 </p><p> 根據(jù)上位機系統(tǒng)的功能,上位機可分為單片機模塊,按鍵模塊,通信模塊,顯示模塊和存儲模塊。單片機模塊中仍然采用AT89S
5、51單片機作為控制核心,負(fù)責(zé)上位機的通信、顯示及存儲等功能;按鍵模塊主要實現(xiàn)切換定點顯示和循環(huán)顯示,只需一個按鍵,采用獨立按鍵方式;通信模塊用于從下位機上傳信息,采用485總線通信;存儲模塊用來存儲采集來的數(shù)據(jù)信息,由于單片機內(nèi)部存儲空間有限,所以采用串行存儲器AT24C256。上位機系統(tǒng)模塊圖如圖2所示。 </p><p><b> 2 硬件電路設(shè)計 </b></p>&l
6、t;p> 通過對整個系統(tǒng)的分析,選擇合適的芯片進行電路設(shè)計,由于本系統(tǒng)中主要芯片是存儲芯片AT24C256和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809,在下文中進行對其原理及電路設(shè)計重點講解,其他電路例如AT89S51單片機電路,數(shù)碼管電路及驅(qū)動芯片,按鍵電路等可以參考常見教材里的內(nèi)容,此文不再贅述。 </p><p><b> 2.1 存儲模塊 </b></p><p>
7、 由于上位機需要存儲采集來的水位值,并且要求斷電后數(shù)據(jù)能保存,因此采用非易失性串行存儲器。AT24C256串行EEPROM是Atmel公司推出的低功耗CMOS存儲器,具有工作電壓寬、擦寫次數(shù)多、寫入速度快等特點,其容量為256kb,內(nèi)存組織形式為32768×8,頁寫入方式64B,使用I2C總線協(xié)議,100000編程擦寫周期,可保存數(shù)據(jù)100年,8腳PDIP、SOIC封裝。本系統(tǒng)采用8腳PDIP封裝,其引腳圖如圖3所示。 &l
8、t;/p><p> 硬件連接時,A0、A1與地相連,NC與WP懸空,SCL與SDA分別與單片機上的兩個IO引腳相連,通過程序模擬I2C總線協(xié)議。 </p><p> 2.2 水位采集模塊 </p><p> 下位機的水位采集裝置使用密封的塑料管,內(nèi)部均勻的放置10個干簧管,間隔5cm,每個干簧管與一個電阻串聯(lián),阻值分別是100Ω到1KΩ,不同干簧管導(dǎo)通,產(chǎn)生的阻值
9、不同。塑料管外部套一個浮子,浮子上安裝一個條形磁鐵,磁鐵長度為6cm,當(dāng)水位上升或下降時,浮子上的磁鐵也跟著上下移動,使得不同位置的干簧管閉合或斷開,這樣塑料管內(nèi)部對外輸出的電阻阻值也就發(fā)生變化,兩端連上電源就會得到相對應(yīng)的電壓值,通過測量電壓值,就可得到浮子的位置即水位。 </p><p> 水位采集裝置得到的電壓值需要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,本設(shè)計采用市場上常見的ADC0809芯片將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量
10、。ADC0809是8位八通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,主要由輸入通道,逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存器組成。在硬件上將采集到的電壓輸入某一個通道,通過程序打開此通道將模擬量進行輸入采集,之后通過查詢方式查詢轉(zhuǎn)換是否完成,最后通過數(shù)據(jù)輸出線將數(shù)據(jù)讀走。 </p><p><b> 3 軟件程序設(shè)計 </b></p><p> 軟件設(shè)計也分為下位機軟件設(shè)計和上位機
11、軟件設(shè)計兩部分。為了保證它們之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性,采用以下的通信協(xié)議:主機讀取數(shù)據(jù)時,先發(fā)送讀命令,指定的從機向主機返回數(shù)據(jù),若規(guī)定時間內(nèi),主機未收到或收到的數(shù)據(jù)有誤,則重發(fā)讀命令。下位機程序主要包括:水位采集子程序,顯示子程序,數(shù)據(jù)傳輸子程序和最后集成的主程序。上位機程序主要包括:顯示子程序,按鍵子程序,數(shù)據(jù)傳輸子程序,存儲子程序和最后集成的主程序。 </p><p><b> 4 結(jié)束語 <
12、/b></p><p> 本設(shè)計詳細(xì)介紹了基于AT89S51單片機、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器和AT24C256串口存儲芯片開發(fā)的一個水渠水位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),可以在農(nóng)業(yè)灌溉中推廣使用。此系統(tǒng)具有擴展性強,遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定,費用低廉,覆蓋范圍廣等優(yōu)點,如果和無線傳輸技術(shù)相結(jié)合,更可以大大節(jié)約施工成本。另外,此系統(tǒng)的設(shè)計對遠(yuǎn)程監(jiān)控其它物理量具有指導(dǎo)性意義。 </p><p><b&
13、gt; 參考文獻: </b></p><p> [1]尹淑欣,王雪,曹洪軍.灌區(qū)地下水水位遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)上位機軟件的設(shè)計與實現(xiàn)[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報,2012(10):76-79. </p><p> [2]唐振,宋天武,金明.基于RS-485總線的分布式水位監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].湖北科技學(xué)院學(xué)報,2013(8):211,212. </p><p&
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