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单片机毕业设计—水文站的水位自动监测系统设计(论文-外文翻译-电路图-程序).doc
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单片机毕业设计—水文站的水位自动监测系统设计(论文-外文翻译-电路图-程序).doc
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1
水文站的水位自动监测系统设计
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
2
Design of Automatic Monitoring System of the Water Level
in Hydrological Station
Abstract
The paper mainly describes the method of the ultrasonic liquid level through the dam of
water level sensors for automatic monitoring system, which is consist of the hardware part and
software part. In this paper, uses the host who and the monolithic integrated circuit is composed
by PC machine from the type many machine networking system, the monolithic integrated
circuit took the lower position machine, is responsible for the dam scene various gauging stations
the selection and gathering, in the achievement position machine PC machine, then is responsible
for the dam water level the centralism demonstrate and manage the record, but PC machine and
between the monolithic integrated circuit communication way mainly use the RS-485 main line
technology.
Here uses the sensor mainly is the ultrasonic sensor, the data-acquisition works in frame of
multi-channel switch. Carries on analog data gathering using the ultrasonic sensor, It designs
eight analog-data acquisition system .The sensor changes the non-electronic signals into
electronic signals and sends them to eight TLC0838 tandem modu1us transfers after being
amplified. Data-acquisition takes AT89S52 single chip microcomputer as the key controller
element, when the AT89S52 receives the channel acquisition order from the controlling software,
the collected signals will be sent to the single chip microcomputer through tandem interface, and
will be shown alive as the showing chips HD7279A drives the LED, and sent to the PC through
RS-485 the main communication wire, also it will be shown.
It designs much program like data-acquisition treatment, data-display and
data-communication Etc, using complied languages. As to the interference from the
electromagnetism to the system, the thesis proposes three measures to resist the interference like
capacitance dispose, to steady the system.
Key word: Ultrasonic sensor; Single Chip Microcomputer of AT89S52; Data-acquisition and
communication System; PC
I
目 录
第一章 绪论 .............................................................................................................1
1.1 国内外的发展概况 .............................................................................................1
1.2 目的和意义 .........................................................................................................1
1.3 主要内容 .............................................................................................................2
第二章 数据采集的硬件设计 .................................................................................3
2.1 单片机数据采集系统 .........................................................................................3
2.1.1 基本组成 ..........................................................................................................3
2.1.2 采集方式 ..........................................................................................................3
2.1.3 硬件组成 ..........................................................................................................4
第三章 硬件电路设计 .............................................................................................5
3.1 水位传感器的选择 .............................................................................................5
3.1.1 浮子式水位传感器 ..........................................................................................5
3.1.2 压力式水位传感器 ..........................................................................................5
3.1.3 气泡式水位传感器 ..........................................................................................6
3.1.4 超声波水位传感器 ..........................................................................................6
3.2 传感器检测电路 .................................................................................................8
3.2.1 超声波发射电路 ..............................................................................................9
3.2.2 超声波接收电路 ............................................................................................10
3.3 A/D 转换电路设计 ...........................................................................................10
3.3.1 A/D 转换器工作过程 ....................................................................................10
3.3.2 A/D 转换单元电路设计 ................................................................................11
3.4 单片机最小系统 ...............................................................................................13
3.5 LED 显示电路 ..................................................................................................14
3.6 报警电路 ..........................................................................................................16
3.7 串行通信电路设计 ...........................................................................................16
3.7.1 RS-485 通信总线...........................................................................................17
3.7.2 串行通信电路设计 ........................................................................................18
3.8 电源电路设计 ..................................................................................................19
第四章 软件设计 ...................................................................................................20
II
4.1 数据处理程序设计 ...........................................................................................20
4.2 数据采集处理 ...................................................................................................21
4.3 数据显示 ...........................................................................................................22
4.4 报警程序设计 ...................................................................................................22
4.5 数据通信 ...........................................................................................................23
第五章 系统的抗干扰及可靠性设计 ...................................................................24
5.1 电磁干扰对系统的干扰 ...................................................................................24
5.2 系统抗干扰设计 ...............................................................................................24
第六章 总结 ...........................................................................................................26
谢辞 .........................................................................................................................27
参考文献 .................................................................................................................28
附录 A 外文翻译-原文部分: ...........................................................................29
附录 B 外文翻译-译文部分 ...............................................................................35
附录 C 总体接线图 ................................................................................................40
附录 D 主要源程序 ...............................................................................................41
1.A/D 转换子程序 ..................................................................................................41
2.动态扫描显示子程序 ..........................................................................................41
3.控制报警电路连续鸣音 30ms 的控制子程序的清单 .......................................42
1
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:
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