基于.单片机的水情监测系统设计.docx

南宦理二大学硕士学位论文基于单片机的水情监测系统设计王国伟指导教师:王重副塾援萱生红直级王猩垣论文级多IIJ.工程亟士作者单位:出版时间:国圆皇左型堂盟究院垒Q!窒生墨旦iiI洲5I119-andTechnologyIneerlngMonitoringSystemDesignHydrometryBasedonMCUByGuoWeiWangUndertheofSupervisionProfessorLeiWangSeniorCaoaoNianNlanrolngEngineernoHHongStateGridElectricpowerResearchInstitute2012March声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的局部外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的奉献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：况固！堑a。肛年/；月t夕日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的局部或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的局部或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：碑文咿年7月7日工程硕士论文基于单片机的水情监测系统设计摘要我国地处季风气候区，暴雨洪水频发。受季风气候影响，我国大局部地区夏季湿热多雨、雨热同期，不仅短历时、高强度的局地暴雨频繁发生，而且长历时、大范围的全流域降雨也时有发生，几乎每年都会发生不同程度的洪涝灾害。因此，完善的水情监测有助于中心站实时监测各地水情，并对各种突发状况做出及时、合理的措施来防止灾害的发生和降低灾害所造成的破坏。本次设计以AT89C51芯片为核心，辅以相关的外围电路，设计了以单片机为核心的水情监测系统。系统由12V直流电源供电。在硬件方面，除了单片机外,采用toSDI.12总线来连接多个传感器，通过TDC40SDI.12RS232转换器将传感器采集到的水情数据发送到单片机PO口，单片机通过FLASH存储实时数据，亦可通过PSTN、GSM、北斗卫星、海事卫星等通信信道将采集到的水情数据传输到中心站。在软件方面，采用C语言编程。通过对单片机程序设计实现对水情监测系统的整个水情数据的采集、存储和传输程序进展监测、判断和控制以及人机交换。论文的结尾对本次设计做一个整体总结和展望，以期能对基于SDI.12总线的信号采集、存储和传输的相关应用提供一个有益的参考。关键词：单片机、SDI.12、数据采集、水情监测Abstract工程硕士论文AbstractrainandfIoodChinaislocateciinthemonsoonclimatezoneandtorrentialoftenourisandmoreinthismonsoonofhotwetrainclimate,mostbyregionhappens.AffectedforshortIocalrainstormoftenalsobutsummer. Notonlyduration, highstrengthhappens,oftendisasterrainin 而 de ofthedurationrange valley i til： longinofournation 谢 nldegrees. Therefore, Perfecthappenslargerangevaryinghydrologicalcan real-timeinallthecentralmonitoringhelpmonitoringhydrologicalregions "唁 thStationandMake andreasonablemeasuresforaofSituationstotimelyVarietyunexpectedand theCauseddisasters.disastersreducepreventdamagebyThe usetheAT89C51asthewitllthecore,Combinednecessarychipdesignperipheralthewith51MCUasacore.Itconsistscircuits.Wehydrologicalmonitoringsystemdesign12VthehardwareadditiontousesSDI 一ofDCside,inMCU,Itpowersupply.Onconnectsensors.Collected2toRS232thewaterlevelmultiplebyTDC40SDI一1ConverteOandSensordataissenttotheMCUPO.TheMCUuseFLASHtostorereal-timedataportsthecolIectedwaterleveldatatothecentralstationtransportthroughasSatelliteandSOon.Onthethechannel,suchPSTN,GSM,COMPASSsateHite,maritimesoftwareuseCforontheside,weMCU,we1anguageprogramming.Byprogrammingrealizefortheentiredatahydrologicalmonitoringsystemhydrologicalandfordetermineandcontrolandhumantransportproceduresmonitoring,toexchange,anabouttheandforwardnewAttheentireend»thepapergivessummarydesignputsandviewstoabenef icialreferencetotheusedtoprovideprospectsapplicationsignalbasedonSDI.12businthefuture.andtransmissionacquisition,storagewords：MCU、SDI一12、datalevelKeyacquisitionWatermonitoringII基于单片机的水情监测系统设计.IIIIII1112国内外研究现状.113本课题的主要内容2131研究内容。2132内容安排22系统设计指标与总体方案421系统设计指标411技术指标42.1.2基本功能422总体方案5雨量遥测站设计方案5站设计方站设计方2.2.2水库监测案62.2.3水文遥测案.7本章小结83基于单片机的水情监测技术93.1单片机原理及接口技术9311单片机的选择9312AT89C51内部构造93.1.3AT89C51引脚及功能103.1.4时钟振荡电路设123.1.5开关式复位电路设计12316电源电路电路设计1232SDI12总线.1332ISDI12电气接口143.2.2SDI.12通讯协议143.2.3SDI12的命令和响应153.2.47SDI12的时序1III目录工程硕士论文3. 2.5SDI12的流程图173.2.6SDI12与RS.23219本章小结204监测站硬件系统设计O214.1监测站硬件设计思路和系统框图214.2A/D转换模块设计224.2.1A/D转换芯片选择224.2.2MAX197D转换的基本原理234.2.3MAX197与单片机的硬件接口设计o：O2443存储模块设计25431存储芯片选择254.3.244串口扩展设计28451。口扩.29结。315监测站软件系统设计3251总体软件设计O325.1.1雨量站系统软件设计流程325.1.2水库站系统软件设计流程.345.1.3水文位站系统软件设计流程365. 2A/D数据采集模块软件设计375.3FLASH数据存储模块软件设计O385.3.1无效块的识别39532页O39533页编程40534擦除编程415 4本章小结426 总结与展望4361工作总结4362研究展望43致说I"OoOO.O.(0*000O45参考文献.46IV工程硕士论文基于单片机的水情监测系统设计1绪论1.1选题背景我国地域辽阔，地形复杂，又地处亚洲季风区，气候异常，河流来水量变化剧烈，暴雨洪水频发。如1998年长江流域、松花江和嫩江流域发生的大面积特大洪水造成了历史上罕见的水灾【1】，给人民的生命财产造成了严重的损失。究其原因除了有植被及天然蓄洪湖泊遭到严重破坏，现有土建防洪工程尚缺乏以抗衡特大暴雨洪峰以外，报汛不及时，水情不明也是导致灾情加重的重要原因【2】。水情检测系统采用现代科技对水文信息进展实时采集、存储和传输的专门技术，有效解决江河流域及水库洪水预报、防洪调度及水资源合理利用的先进手段，是水文现代化的开展方t3j。如假设在三峡区域设计一个基于水库、水文、雨量的水情监测系统，可以综合分析三峡区域水情，可以实时了解三峡水情来实现三峡区域水情的合理调控。同时可以实时监测一些人无法靠近的区域或者无需人力来监控的现场。由于不同地区的不同实际情况，因此需要对不同区域采用不同的方法来采集和传输实时数据，因此对监测设备的要求不同。这样往往造成监测系统专用化程度高，品种多，不利于设备维护，也增加了对设备设计的复杂性。因此，在综合研究中国水情监测实际情况的根基上，设计开发出一种多功能、可靠性高、维护方便，可适用于水文、水库、雨量监测的综合性自动化监测系统具有重要的实际应用价值。1.2国内外研究现状就国内外的开展来看，美国和日本是最早重视水情自动监测系统的国家。在1976年时美国S