單片機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)-水文站的水位自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)(論文外文翻譯電路圖程序)

水文站水自動監(jiān)系設(shè)計(jì)摘要本文是為了實(shí)現(xiàn)對大壩水位進(jìn)行多點(diǎn)水位采集，然后通過遠(yuǎn)距離傳輸，并且有數(shù)據(jù)顯示和越限報(bào)警功能，單片機(jī)作為下位機(jī)，負(fù)責(zé)大壩現(xiàn)場各水位點(diǎn)的選通和采集，作為上位機(jī)的機(jī)負(fù)責(zé)大壩水位的集中顯示和管理記錄而PC與單片機(jī)之間的通訊方式主要采用RS-485總線技術(shù)。本文闡述了通過超聲波液位傳感器等對大壩水位進(jìn)行自動監(jiān)測系統(tǒng)，主要由硬件部分和軟件部分組成。硬件部分主要是傳感器主要是超聲波傳感器，數(shù)據(jù)采集部分采用多路開關(guān)方式進(jìn)行，利用超聲波傳感器進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)采集，為了滿足生產(chǎn)中多通道的要求，設(shè)計(jì)了8個(gè)模擬數(shù)據(jù)采集通道。傳感器將非電量信號變?yōu)殡娦盘?，?jīng)放大器放大后送入8位串行模數(shù)換器數(shù)據(jù)處理部分采用AT89S52單機(jī)為核心控制器件當(dāng)單片機(jī)接到控制軟件發(fā)出的通道采集指令，采集的信號通過串行接口送入單片機(jī)，由顯示芯片八驅(qū)動碼管進(jìn)行現(xiàn)場顯示，再通過通信總線上傳至位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行顯示。軟件部分主要采用匯編語言編程進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集處理數(shù)據(jù)顯示報(bào)警等程序的設(shè)計(jì)針對電磁干擾對系統(tǒng)的干擾，本文提出了去藕電容的配置等三點(diǎn)抗干擾措施，以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：超聲波傳感器；AT89S52單片機(jī)；數(shù)據(jù)采集通信；上位機(jī)

DesignAutomaticMonitoringoftheLevelinStationAbstractThemainlydescribesmethodoftheliquidlevelthroughdamofwaterforautomaticwhichisconsistofthehardwarepartsoftwareInusesthewhoandthemonolithiccircuitisbyPCmachinefromthemanymachinenetworkingthemonolithiccircuittookpositionmachine,isforscenestationstheselectionandinthemachineisfordamwatercentralismdemonstratetherecord,machineandbetweenthemonolithiccircuitmainlymainlinetechnology.Herethesensormainlyultrasonicsensor,thedata-acquisitionworksofmulti-channelCarriesondatagatheringtheultrasonicsensor,Itacquisitionchangesnon-electronicsignalstoTLC0838tandemtransfersbeingamplified.takesthekeyelement,theAT89S52theacquisitionorderfromsoftware,thewillbetochipmicrocomputerandwilltheshowingchipsHD7279Atheandsenttothroughcommunicationwire,itwillbeItprogramlikedata-displaydata-communicationEtc,Astheinterferencefromtosystem,resisttheliketheKeyUltrasonicSingleChipofData-acquisitioncommunicationSystem;

目

錄緒1.1國內(nèi)外的11.2目的和意.11.3主要內(nèi)2數(shù)據(jù)采集的硬件設(shè).................................................................................2.1單片機(jī)數(shù).基3采3硬4硬件電路設(shè)53.1水位傳感5浮..........................................................................................5壓..........................................................................................5氣..........................................................................................6超..........................................................................................63.2傳感器檢超9超103.3轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)...........................................................................................10程10計(jì)3.4單片機(jī)最3.5LED路3.6報(bào)3.7串行通信16RS-485通信總線17串........................................................................................3.8電軟件設(shè)I

4.1數(shù)據(jù)處理204.2數(shù)據(jù)采集.錯(cuò)誤！定書。4.3數(shù)據(jù)顯...........................................................................錯(cuò)誤未義簽4.4報(bào)警程序.錯(cuò)誤！定書。4.5數(shù)據(jù)通...........................................................................錯(cuò)誤未義簽系統(tǒng)的抗干擾及可靠.5.1電磁干擾.245.2系統(tǒng)抗干總26.........................................................................................誤未義簽獻(xiàn)錄A：錄分C總圖................................................................................................40D序421.A/D序4242音的43II

第一章緒論1.1目的和意義水情水位測量一直是水文水利部門的重要課題為及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故苗頭防患于未來，經(jīng)濟(jì)實(shí)用、可靠的水位無線監(jiān)測系統(tǒng)將會發(fā)揮巨大的作用水位是水庫大壩安全、水利排灌調(diào)度、蓄水、泄洪的重要參數(shù)之一。水位的自動化監(jiān)測、傳輸和處理為水庫現(xiàn)代化建設(shè)提供了良好的基礎(chǔ)資料。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域都需要對水位進(jìn)行監(jiān)控，可能現(xiàn)場無法靠近或現(xiàn)場無需人力來監(jiān)控。我們就可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，坐在儀器前就能對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控，既方便又節(jié)省人力。為了保證水利發(fā)電站的安全生產(chǎn)提高發(fā)電效率,水電站生產(chǎn)過程需要對水庫水位、攔污柵壓差和尾水位進(jìn)行監(jiān)測。但是由于不同電站有著不同的實(shí)際情況,因此就有著不同的技術(shù)要,且水位參數(shù)的測量方法和測量位置不同，對監(jiān)測設(shè)備的要求亦有所不同。這樣往往造成監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備專用化程度高種多,互換性,利于設(shè)備維護(hù),亦增加了設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝的復(fù)雜性。因,在綜合研究水電站水位監(jiān)測的實(shí)際情況以及特點(diǎn)的基礎(chǔ),利用現(xiàn)電子技,別是單片機(jī)技術(shù)和不揮發(fā)存儲器技術(shù),設(shè)計(jì)開發(fā)一種通用性,靠性,維護(hù)方,可適用于多種監(jiān)測環(huán)境的多模式水位自動監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的實(shí)際意義。1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況傳感器是實(shí)現(xiàn)測量及控制的首要環(huán)節(jié)，一般傳感器有模擬式和數(shù)字式兩類，模擬式傳感器在和計(jì)算機(jī)及數(shù)字化儀器相連的時(shí)候必須采用轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量且易受電磁干擾不利于遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)字式傳感器直接將待測量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，其輸出信號抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，可與數(shù)字設(shè)備直接連接。數(shù)字式傳感器的這些特點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于水情遙測系統(tǒng)中。但限于成本控制本設(shè)計(jì)依然采用模擬傳感器。水位監(jiān)測系統(tǒng)在我國的應(yīng)用已相當(dāng)普及。大型國家水壩常采用由PC機(jī)和單片機(jī)組成的主從式的多機(jī)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，單片機(jī)作為下位機(jī)，負(fù)責(zé)大壩現(xiàn)場各水位點(diǎn)的選通和采集，作為上位機(jī)的機(jī)，則負(fù)責(zé)大壩水位的集中顯示和管理記錄PC作為通用機(jī)，在用于專項(xiàng)的應(yīng)用上時(shí)，難免會在很多方面存在問題，比如體積大，功耗大，運(yùn)行不穩(wěn)定、很難做到不間斷運(yùn)行等。而PC機(jī)與單片機(jī)之間的通訊方式主要采用RS485總線術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)兩種RS-485是使用較為廣泛的雙向有補(bǔ)償傳輸線標(biāo)準(zhǔn)最大每段總線長度為米，每段最多支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，采用單組雙絞線雙向主從通信。當(dāng)總線加長或節(jié)點(diǎn)增多時(shí)需要使用中繼器連接，全網(wǎng)絡(luò)支持最256個(gè)節(jié)點(diǎn)通信技術(shù)應(yīng)用時(shí)間較長，軟硬件實(shí)現(xiàn)較為容易，因此是國內(nèi)糧情測控系統(tǒng)采用較多的通信方式。而本文多路水位監(jiān)測系統(tǒng)特點(diǎn)：1

1)能夠靈活適應(yīng)測量庫水位攔污柵壓差尾水位等變化緩慢或劇烈的水位的需要。2)系統(tǒng)工作體制采用輪詢方式，實(shí)時(shí)性好。3)采用無線/有線雙通道傳輸方式，提高了傳輸?shù)目煽啃浴?)水位采集站工作模式可靈活編程設(shè)定，以適應(yīng)不同的監(jiān)測環(huán)境。5)監(jiān)測分中心提供微波接口和接口，為上級監(jiān)控中心提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。1.3主要內(nèi)容本次所設(shè)計(jì)的水位自動監(jiān)測系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容：1.多點(diǎn)水位數(shù)據(jù)采集：具有自動檢測水位等功能，可根據(jù)需要進(jìn)行定時(shí)檢測、選點(diǎn)檢測和巡回檢測；2.水位數(shù)據(jù)傳輸：采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，需要解決遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)不穩(wěn)定和有干擾等影響；3.水位數(shù)據(jù)分析：通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后將數(shù)據(jù)傳輸LED和報(bào)警器，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示或報(bào)警；4.水位數(shù)據(jù)顯示：根據(jù)傳回的數(shù)據(jù)通過示；5.水位預(yù)警：根據(jù)水位實(shí)測值與人工設(shè)定的超限制或相關(guān)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行對比分析，若實(shí)測值超過設(shè)定的范圍，則語音報(bào)警。水位自動監(jiān)測系統(tǒng)采用液體壓力探頭采集水位原始資料，在單片機(jī)上進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化資料處理通過專線把資料傳輸?shù)焦ぷ髡就瑫r(shí)也可以在遠(yuǎn)程工作站通過電話撥號調(diào)用資料；在工作站的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行資料加工、存取、分析等處理。遠(yuǎn)離水庫的指揮中心通過該系統(tǒng)可獲得當(dāng)前時(shí)刻的水位、水庫庫容、淹沒面積、當(dāng)天最高水位、最低水位、日水位升降、平均水位等一系列數(shù)據(jù)，為水庫的防洪、水庫水資源調(diào)度、蓄水灌溉提供科學(xué)的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示和水位預(yù)警等部分組成。2

第二章數(shù)據(jù)采集的件設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)本文的設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心控制器件。單片機(jī)具有體積小、功耗小、成本低、可靠性高、靈活方便、價(jià)格廉以及控制功能強(qiáng)等特點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。利用單片機(jī)的硬件、軟件資源，實(shí)現(xiàn)信號采集的智能化控制和管理?；窘M成基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心控制器件；結(jié)合外圍電路所構(gòu)成?；窘M成如圖2.1所示。輸入通道

單片機(jī)圖2.1數(shù)采集系統(tǒng)的組成

輸出通道采集系統(tǒng)硬件主要包括傳感器、轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、輸入輸出接口電路等。由單片機(jī)做為控制單元的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作過程可分為以下幾個(gè)步驟：數(shù)據(jù)采集是將被測量的信號轉(zhuǎn)換為能夠被單片機(jī)所識別的信號并輸入給單片機(jī)；數(shù)據(jù)處理是由單片機(jī)執(zhí)行以測試為的的算法程序后，得到與被測參數(shù)對應(yīng)的測量值或形成相應(yīng)的決策與判斷。采集方式一個(gè)具體的采集系統(tǒng)的構(gòu)成，根據(jù)所測信號的特性而定。力求做到既能滿足系統(tǒng)的性能要求又能在性能價(jià)格比上達(dá)到最優(yōu)。根據(jù)這個(gè)要求，這種方式輪流循環(huán)采樣的轉(zhuǎn)換速度較慢，但是節(jié)省硬件。結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。傳感器（）

模擬傳感器（）

多路

采樣\持（S\H）

A\DI\O

主開

機(jī)傳感器（）

關(guān)圖2.2多開關(guān)方框圖數(shù)據(jù)處理部分采用AT89S52做為核心控制器件數(shù)轉(zhuǎn)換器采用8位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該芯片占用單片機(jī)的引腳資源少，僅占有單片機(jī)引腳即可完成通道的3

數(shù)據(jù)采集，簡化了電路設(shè)計(jì)，降低了成本。硬件組成硬件部分分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩部分。整體硬件框圖如圖所示。LED顯單超聲波

多通道傳感器

片

報(bào)警電路電路

A\D機(jī)圖2.3整體硬件框圖

通信芯片

上機(jī)位數(shù)據(jù)采集部分采用多路開關(guān)方式進(jìn)行，設(shè)計(jì)有個(gè)模擬數(shù)據(jù)采集通道，滿足了生產(chǎn)中多通道的要求?？梢詫ΤＲ姷哪M信號量，如水位、壓力、流量、速度、頻率等進(jìn)行采集。每一種信號量都可以使用不同的傳感器。擴(kuò)大了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，具有較強(qiáng)的通用性。它常用于采集多路變化緩慢的信號，如水位變化、應(yīng)變信號等。用這種方式采集多通道信號時(shí)，不能同時(shí)采集同一時(shí)刻的各種參數(shù)。本文所設(shè)計(jì)的硬件框圖，主要是超聲波傳感器采集電路，采集到水位數(shù)據(jù)后經(jīng)過信號放大和采樣保持后再由進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后輸入到單片機(jī)中，其中單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心單片機(jī)通過處理后再進(jìn)行LED示和越限報(bào)警并將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)進(jìn)行人工操作。4

第三章硬件電路設(shè)3.1水位傳感器的選擇傳感器是實(shí)現(xiàn)測量及控制的首要環(huán)節(jié)，一般傳感器有模擬式和數(shù)字式兩類，模擬式傳感器，在和計(jì)算機(jī)及數(shù)字化儀器相連的時(shí)候必須采用轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，且易受電磁干擾，不利于遠(yuǎn)距離傳輸。數(shù)字式傳感器直接將待測量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，其輸出信號抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，可與數(shù)字設(shè)備直接連接。數(shù)字式傳感器的這些特點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于水情遙測系統(tǒng)中。但限于成本控制本設(shè)計(jì)依然采用模擬傳感器。目前主要測水位的液位傳感器有浮子式水位傳感器、水位跟蹤式傳感器、超聲波水位傳感器雷達(dá)激光水位傳感器壓力式水位傳感器等下面是一些主要水位傳感器的簡單介紹。浮子式水位傳感器其主要產(chǎn)品有上海精浦機(jī)電有限公司的GPH500天科技的浮子式水位傳感器等。工作原理它利用液體浮力測液位的原理靠浮子隨水面升降的位移反映水位變化。漂浮通過繩索經(jīng)滑輪與編碼器相連編碼器的數(shù)字輸出即為水位高度防止錯(cuò)碼的出現(xiàn)，其編碼器的編碼為格雷碼。機(jī)械浮子式和光電浮子式都是來用機(jī)械齒輪減速產(chǎn)生進(jìn)位和退位的辦法來形成編碼。其工作示意圖如圖所示。圖浮式水位計(jì)工作示意圖2）特點(diǎn)：穩(wěn)定，可靠，優(yōu)點(diǎn)：成熟、運(yùn)用最廣泛，價(jià)格相對較低3）缺點(diǎn)：機(jī)械加工復(fù)雜、運(yùn)行阻力大、使用壽命短，測試數(shù)據(jù)離。壓力式水位傳感器其主要產(chǎn)品有重慶華正的WYZ-1壓力水位計(jì)，武漢華凱的J壓力水位計(jì)。1）原理：根據(jù)壓力與水深成正比關(guān)系的靜水壓力原理，運(yùn)用壓敏件作傳感器的水位汁。當(dāng)傳感器固定在水下某一測點(diǎn)時(shí)，該測點(diǎn)以上水柱壓力高度加上該點(diǎn)高程，即可間接地測出水位。壓力式水位計(jì)是一種通過壓力傳感器及其有關(guān)的引壓信號傳輸數(shù)據(jù)處理等5

裝置來測定水位的儀器可有數(shù)字顯示編碼輸出及自動記錄的功能它可分為引壓式和直接式兩種記錄特征可分為模擬過程線數(shù)字顯示分時(shí)段記時(shí)打印磁帶記錄固態(tài)存貯微機(jī)處理等形式。2）優(yōu)點(diǎn)：測量精度高，價(jià)格相對低廉，安裝簡便，不需要建造水井。3）缺點(diǎn)：對泥沙含量大的水流，測量精度會受到影響，工作不穩(wěn)，壓阻式有時(shí)飄、溫飄，要定時(shí)率定。氣泡式水位傳感器原理：將一根上端裝有壓力傳感器和氣源的管子插入水中，以恒定流向管子里通入少量空氣或惰性氣體壓力傳感器即可測出管內(nèi)氣體壓力此值與管子末端以上水頭成比，通過記錄系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成水位。優(yōu)點(diǎn)：該儀器的壓力傳感器不直接與水體接觸，可不建測井，特別適用水體污染嚴(yán)重和腐蝕性強(qiáng)的工業(yè)廢水等場合。國外應(yīng)用氣泡式水位計(jì)較普遍。缺點(diǎn)在一些水位變幅較大較而且含沙量較大的山區(qū)河流誤差偏大針對這種情況，我生產(chǎn)廠家要采取必要的措施，如加裝防浪頭。超聲波水位傳感器超聲波水位傳感器是利用空氣聲學(xué)回聲測距原理來進(jìn)行水位變化測量的新型水位測量儀器是在型聲學(xué)水位計(jì)基礎(chǔ)上的改進(jìn)設(shè)計(jì)由收發(fā)共用換能器發(fā)射一聲脈沖、經(jīng)聲管傳聲遇水界面產(chǎn)生反射，回波經(jīng)由同一換能器接收。測得聲波在空氣中的傳播時(shí)間及現(xiàn)場聲速，算出換能器發(fā)射面至水面的距離，依據(jù)換能器安裝基準(zhǔn)面及水位零點(diǎn)得到水位值。特點(diǎn)是非接觸測量，無需建造水位測井，安裝方便，自動測量；具有聲速補(bǔ)償；數(shù)據(jù)輸出用于沿海水文臺站的常規(guī)長短期潮位觀測，江河湖泊的水位連續(xù)自動測量，以及港工水文調(diào)查、港口調(diào)度、船舶航行等部門的水位測量。目前智能水位傳感器由聲學(xué)傳感器、溫度傳感器、聲管、測量電路、信號傳輸電纜組成。其水位測量原理如圖所示。1.水位采集系統(tǒng)（1）水位測量工作原理

圖3.2水位測量原理圖水位測量原理如圖所示，由收發(fā)共用聲學(xué)探頭發(fā)射一聲脈沖，經(jīng)聲管傳L聲程遇水界面產(chǎn)生反射反射（下稱回波又經(jīng)L程由同一聲學(xué)探頭接收只要測得聲（由發(fā)射至接收到回波在空氣中的傳播時(shí)間t現(xiàn)場聲速c就可測算出聲學(xué)探頭發(fā)射面至水面的距離，即錯(cuò)誤！未指定書簽。ct/26

（3-1）

在設(shè)計(jì)上采用自校準(zhǔn)技術(shù)對聲速進(jìn)行補(bǔ)償，即在連接聲學(xué)探頭的第一節(jié)聲管（稱此聲管為校準(zhǔn)管）的已知距離處開有一校準(zhǔn)用小圓孔。聲學(xué)探頭發(fā)射的聲脈沖首先遇小孔這一界面產(chǎn)生反射回波，這一回波傳播的聲程2L0已知，傳播時(shí)間T0可測出，傳播聲速若為則有：/o取校準(zhǔn)孔回波與水面回波傳播聲程的比值則有：/l00

（3-2）（3-3）由式（1可知聲程L是傳播聲速、C，傳播時(shí)間T和校準(zhǔn)孔距L的函數(shù)。如果在聲管中傳播聲速由發(fā)射面至水面間變化很小，這樣（）式就可簡化為：/T0

（3-4）發(fā)射聲脈沖后，測得T0t即可測算出聲程L由圖知，探頭安裝基準(zhǔn)面至水位零點(diǎn)高度為S可以當(dāng)?shù)厮疁?zhǔn)點(diǎn)或水尺為參考，安裝時(shí)測量確定）則水位值H為：HL

（3-5）式中：H為水位值探頭發(fā)射面至水位零點(diǎn)距離L為探頭發(fā)射面至水面間距離（2）水位采集系統(tǒng)的組成水位測量是應(yīng)用空氣聲學(xué)回聲測距原理，將聲學(xué)探頭安裝在自流道進(jìn)口和出口處，通過電纜將信號傳至水位采集系統(tǒng)，采集并輸出進(jìn)口和出口處的水位值。水位采集系統(tǒng)由聲學(xué)探頭，聲路總成、外保護(hù)管總成、水位采集主機(jī)系統(tǒng)、顯示及電源組成、水位采集系統(tǒng)通過接口與量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連。在智能聲學(xué)水位傳感器工作中，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要選擇安裝不同個(gè)數(shù)的溫度傳感器。為了便于互換和維護(hù)，每個(gè)有獨(dú)自的單線接口與微處理器連接通訊。智能聲學(xué)水位傳感器可以掛接1～8個(gè)溫度傳感器。當(dāng)傳感器測量至水面距離時(shí)，如果是聲程范圍內(nèi)溫度均勻或?qū)纫筝^低時(shí)，可以不使用溫度傳感器，通過自校準(zhǔn)技術(shù)直接測量水位，因?yàn)樾?zhǔn)管距離L0已知，測得、t之后，根據(jù)公式（）即可算出聲程L，再由公式（）得出水位。如果聲程范圍內(nèi)溫度不均勻，就會產(chǎn)生測量誤差，上述方法將不能滿足精度要求。所以，為了提高水位測量的準(zhǔn)確度，采集水位（聲程）的同時(shí)，還要采集聲程數(shù)點(diǎn)的溫度值，在數(shù)據(jù)處理時(shí)可以對水位測量值進(jìn)行溫度補(bǔ)償，減小溫度梯度造成的測量誤差，提高測量準(zhǔn)確度。具體計(jì)算步驟如下：聲程內(nèi)平均溫度：7

Tattt1122n

(3-6)式中：聲程內(nèi)第i個(gè)溫度因子（與現(xiàn)場安裝位置等有關(guān)；用戶可以根據(jù)實(shí)際比測作出修正）聲程內(nèi)第i溫度傳感器溫度值。n:聲程內(nèi)溫度傳感器個(gè)數(shù)。將平均溫度代入公式（5出平均聲速C0根據(jù)公式（2）即可算出聲程L，再由公式（）得出水位溫度對測量精度的影響及修正空氣中，不考慮濕度和氣壓的影響，則聲速c為：C=331.4+0.607T(m/s)(3-7)式中：T為溫度（℃度變化1℃，將影響聲速變化0.18％，如果聲管中傳播聲速由發(fā)射面至水面間變化較大。為了在不均勻的聲場進(jìn)行準(zhǔn)確測量，采集水位的同時(shí)，還要采集聲程數(shù)點(diǎn)的溫度值，修正聲速，對水位測量值進(jìn)行溫度補(bǔ)償，減小溫度梯度造成的測量誤差，提高測量準(zhǔn)確度。聲學(xué)測量中，溫度的影響是產(chǎn)生測量偏差的主要原因。在水位測量的實(shí)際應(yīng)用過程中，聲程不同位置測得的溫度數(shù)據(jù)為非均勻變化，最大差值會達(dá)到6℃以上。過溫度修正，減小了聲場溫度影響產(chǎn)生的測量誤差。尤其是在聲程遠(yuǎn)端，未修正誤差較大，修正后誤差明顯減小。聲場受溫度影響產(chǎn)生的測量誤差，可以通過加入測溫傳感器，測量聲路不同位置的溫度，在軟件上對測量值進(jìn)行修正，減小測量誤差。實(shí)際應(yīng)用表明，效果很好。浮子式水位傳感器的缺點(diǎn)是機(jī)械加工復(fù)雜運(yùn)行阻力大使用壽命短測試數(shù)據(jù)離散；壓力式水位傳感器工作不穩(wěn)定，壓阻式有時(shí)飄、溫飄，要定時(shí)率定；超聲波水位傳感器的優(yōu)勢：在測量過程中沒有任何部件接觸水面，實(shí)現(xiàn)了非接觸測量。不需建設(shè)觀測井，基建投資少，見效快。運(yùn)動部件，不因部件磨損銹蝕而產(chǎn)生故障，提高了無故障工作時(shí)間。周邊環(huán)境無特殊要求具有很高的兼容性可多種組合功能齊全能夠滿足各種用戶要求。實(shí)時(shí)全變量溫度補(bǔ)償精度高運(yùn)用有線或無線傳輸水位信息時(shí)效性強(qiáng)降低勞動強(qiáng)度，提高了現(xiàn)代化水平。軟件功能齊全，更適于水位站使用，提高經(jīng)濟(jì)效益。故本文選用的是超聲波傳感器。3.2傳感器檢測電路本文設(shè)計(jì)的超聲波傳感檢測電路是利用40kHz的超聲波發(fā)生器現(xiàn)振蕩是很容易的，并且方法有多種，取液位計(jì)與水面的距離為適當(dāng)?shù)母叨?，可令超聲波發(fā)出去后能有效地返回，讓接收器收到信號，送到微處理器，經(jīng)微處理器處理所得的數(shù)據(jù)，即可算出水位高度。超聲波在空氣中一般可以實(shí)現(xiàn)有效傳播，只要外部的環(huán)境不是特別的惡劣，所受的干擾并不是很大，測量結(jié)果不會有太大的誤差。整個(gè)系統(tǒng)的核心。所選用是超聲波傳感器它的工作電壓是40kHz的脈沖信號可很容易地用軟件編程使AT89S52的1口中的位產(chǎn)生0KHz方波的方法來實(shí)現(xiàn)。并在第一個(gè)脈沖產(chǎn)生時(shí)開始啟動計(jì)時(shí)。8

40kHZ的脈沖方波信號經(jīng)放大后即可驅(qū)動超聲波傳感器工作，使其向水面垂直發(fā)出40kHz的超聲波。所選的超聲波傳感器是雙用型傳感器，即發(fā)送和接收集成于一體。當(dāng)超聲波遇到水面時(shí)發(fā)生反射，反射波回到超聲波傳感器，超聲波接收器將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?，再將所得的交變電壓信號放大，輸人到音調(diào)譯碼器中，音調(diào)譯碼器的輸出由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為中斷信號輸人單片機(jī)的INT1管腳INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請求信號，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，停止計(jì)時(shí)，取得超聲波往返的時(shí)間差。通過計(jì)算算出液位計(jì)離水面的距離，從而計(jì)算出水位的高度。些都可以通過對51單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。計(jì)算出水位高度以后，單片機(jī)將所算出的結(jié)果通P0口輸出到七段L數(shù)碼管顯示出來。超聲波水位傳感器是利用空氣聲學(xué)回聲測距原理來進(jìn)行水位變化測量的新型水位測量儀器是在型聲學(xué)水位計(jì)基礎(chǔ)上的改進(jìn)設(shè)計(jì)由收發(fā)共用換能器發(fā)射一聲脈沖、經(jīng)聲管傳聲遇水界面產(chǎn)生反射，回波經(jīng)由同一換能器接收。測得聲波在空氣中的傳播時(shí)間及現(xiàn)場聲速，算出換能器發(fā)射面至水面的距離，依據(jù)換能器安裝基準(zhǔn)面及水位零點(diǎn)得到水位值點(diǎn)是非接觸測量需建造水位測井裝方便動測量有聲速補(bǔ)償RS-485數(shù)據(jù)輸出。應(yīng)用于沿海水文臺站的常規(guī)長短期潮位觀測，江河湖泊的水位連續(xù)自動測量，以及港工水文調(diào)查、港口調(diào)度、船舶航行等部門的水位測量。目前智能水位傳感器由聲學(xué)傳感器、溫度傳感器、聲管、測量電路、信號傳輸電纜組成。超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路如圖3所示為超聲波的發(fā)射電路圖。圖超波發(fā)射電路由圖可見，超聲波的發(fā)射電路比較簡單，主要是由一個(gè)超聲波探頭、一個(gè)N型晶體9

管、一個(gè)穩(wěn)壓二極管和一個(gè)升壓變壓器組成。傳感器探頭需脈沖信號才能觸發(fā)，圖中輸人端口是從單片機(jī)的P3.5輸出的40kHz方波電壓信號經(jīng)二極管穩(wěn)壓后送到三極管放大，再經(jīng)Tl升壓變壓器升壓，驅(qū)動超聲波傳感探頭發(fā)出0KHz的超聲波。超聲波接收電路在這里超聲波的發(fā)送與接收用的是同一個(gè)探頭。如圖所示為接收用電路。圖3.4超波接收電路超聲波在空氣中傳播時(shí)，其能量的衰減程度與傳播距離成正比，因此，超聲波傳感器接收信號一般在l之間這么微弱的電信號般都要經(jīng)過放大才能使用此之外，接收探頭接收到信號后，向電路中輸出的是交變的正弦波電壓信號，這就需要設(shè)計(jì)交流放大電路。這里選用兩個(gè)運(yùn)算放大器組成兩級放大電路，放大倍數(shù)可達(dá)倍。經(jīng)這經(jīng)這樣處理后，最后接收電路所輸出的是正常的電壓信號。3.3轉(zhuǎn)換電路由于超聲波傳感器采集的信號是模擬信號，而單片機(jī)所接受的信號為數(shù)字信號，故需要將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號因此本文設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)換電路下面是轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)。A/D換器工作過程A/D轉(zhuǎn)器實(shí)際上是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的裝置，其轉(zhuǎn)換過程主要包括采樣、量化、編碼三個(gè)步驟。(1)采樣、保持部分采樣就是周期性地測量一種連續(xù)信號或連續(xù)過程信號，測量的周期稱為采樣周期，采樣周期的倒數(shù)稱為采樣頻率f

T

(3-8)在對模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)戶以D轉(zhuǎn)換器從啟動變換到轉(zhuǎn)換完成需要一定的轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸入信號頻率較高時(shí)，由于轉(zhuǎn)換時(shí)間的存在，會造成較大的轉(zhuǎn)換誤差。為了防止這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，必須在A/D轉(zhuǎn)換開始時(shí)將信號電平保持住，而在戶以D轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能跟蹤輸入信號的變化，即將輸入信號采樣保持，能實(shí)現(xiàn)這種功能的器件叫做采/持器。采樣保10

持器在保持階段相當(dāng)于一個(gè)“模擬信號存儲器A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的大小只能是某個(gè)規(guī)定的最小單位的整數(shù)倍，即必須把采樣電壓轉(zhuǎn)化為這個(gè)最小數(shù)值單位的整數(shù)倍。這個(gè)轉(zhuǎn)化過程叫做量化，所取的最小數(shù)量單位叫做量化單位，其大小等于輸出的數(shù)字信號最低有效位所代表的數(shù)量大小。把量化的結(jié)果用代碼表示出來稱為編碼。采樣保持電路能將采樣后的模擬信號暫時(shí)存儲起來，保持一個(gè)采樣周期。當(dāng)輸入信號變化較快時(shí)就不能輸入到中這就要求輸出信號能快速而準(zhǔn)確的跟隨輸入信號的變化進(jìn)行間隔采樣。在兩次采樣之間保持上一次采樣結(jié)束時(shí)的狀態(tài)。圖3.5是采樣保持電路。+

S

+Ui

+

Uc

0.1uF

圖采保持電路圖中一個(gè)模擬開關(guān)，由場效應(yīng)管構(gòu)成。當(dāng)控制信號為高電平時(shí)，開關(guān)閉合，電路處于采樣周期。這時(shí)Ui對存儲電容元件C充電U=U=Ui，即輸出電壓跟隨輸入電壓的0變化。當(dāng)控制電壓變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，開關(guān)斷開，電路處于保持周期。因?yàn)殡娙菰o放電電路，故U=U。0這樣就實(shí)現(xiàn)了采樣保持,就能夠與相連。量化編碼部分量化編碼部分是D轉(zhuǎn)換器的核心組成部分。所謂量化，就是采用一組數(shù)碼來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為量化過程。執(zhí)行量化動作的裝置為A/D轉(zhuǎn)換器。在實(shí)際應(yīng)用中，因串A/D轉(zhuǎn)換芯片具有占用單片機(jī)的引腳資源少，可以簡化單片機(jī)系統(tǒng)，降低成本的優(yōu)點(diǎn)所以串行工作方式的A轉(zhuǎn)換器在單片機(jī)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。信號采集單元選用串行多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0838實(shí)現(xiàn)TLC0838是采樣頻率為位的以逐次逼近原理進(jìn)行—數(shù)轉(zhuǎn)換器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8個(gè)單斷模擬輸入信號中的一個(gè)進(jìn)行A/D換。A/D換單元電路設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中因串行A/D換芯片具有占用單片機(jī)的引腳資源少，可以簡化單片機(jī)系統(tǒng)低成本的優(yōu)點(diǎn)以串行工作方式的A/D換器在單片機(jī)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。信號采集單元選用串行多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0838來實(shí)現(xiàn)。TLC0838為美國德州儀器公司推出的八通道8位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器它具有與單片機(jī)接口連接簡單，占用線路板體積較小，性價(jià)比較高的優(yōu)點(diǎn)。11

其采用取樣—數(shù)據(jù)—比較器的結(jié)構(gòu)，使用逐次逼近流程轉(zhuǎn)換輸入信號。要轉(zhuǎn)換的模擬通道的輸入電壓連到一個(gè)輸入端與地比較(單端輸入)或與另一個(gè)輸入比較(差分輸入)過同單片機(jī)相連的串行數(shù)據(jù)電路傳送控制命令，用軟件進(jìn)行通道選擇和輸入端配置。輸入配置在多路器尋址時(shí)序中進(jìn)行。串行輸出可配置為標(biāo)準(zhǔn)移位寄存器或微處理器接口。以總線與單片機(jī)接口入和輸出均與TTL和CMOS兼容失調(diào)整誤差轉(zhuǎn)換單元電路見圖所示。以總線與單片機(jī)接口。片選信號CS接P1.0引腳，因?yàn)閿?shù)據(jù)輸入端D1和出端D0在同一時(shí)間有一為高阻所以連在一起接P1.1引腳，串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號輸入端CLK接P1.2引腳。狀態(tài)轉(zhuǎn)換輸出引腳連接PI.3數(shù)據(jù)輸出方式選擇引腳接P1.4。圖接口電路TLC0838工作過程如下：輸入配置在多路器尋址時(shí)序中進(jìn)行。置CS為低，使所有邏輯電路使能，轉(zhuǎn)換器初始化。在整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中必須置為低。接CLK從單片機(jī)口接收時(shí)鐘，在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿；由單片機(jī)P1.1輸出的多路器地址通過Dl端移入多路器地址移位寄存器在每個(gè)時(shí)鐘的上升跳變時(shí)Dl端的數(shù)據(jù)就移入多路器地址移位寄存器。第一位為邏輯高，表示起始位。緊接的、、、位是配置位，用來選擇通道。多路器地址選擇模擬輸入通道，也決定輸入是單端輸入還是差分輸入。在連續(xù)的每個(gè)時(shí)鐘的上升跳變，起始位和配置位移入移位寄存器。當(dāng)起始位移入多路器寄存器之后，輸入通道選通，轉(zhuǎn)換器開始工作。SARS狀態(tài)輸出變高表示轉(zhuǎn)換過程正在進(jìn)行。引在轉(zhuǎn)換過程中與多路器的移位寄存器之間是關(guān)斷的為使選定的通道穩(wěn)定，在通道配置位輸送完后，要隔一個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)才在時(shí)鐘的下降沿從引腳D0輸出數(shù)據(jù)至單片機(jī)P1.1。轉(zhuǎn)換過程為采樣比較器把從電阻梯形網(wǎng)絡(luò)輸出的逐次信號和輸入模擬信號進(jìn)行比較。比較器的輸出指出模擬輸入是大于還是小于電阻梯形網(wǎng)絡(luò)的輸出。在轉(zhuǎn)換過程中，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)同時(shí)從端輸出，以最高位(MSB)開頭。經(jīng)過個(gè)時(shí)鐘后，轉(zhuǎn)換完成，變低。TLC0838的輸出數(shù)據(jù)可從高位開始，也可從低位開始。在SE為高時(shí)，數(shù)據(jù)先從最高到最低位輸出，并將最低位保持在數(shù)據(jù)線上；在為低時(shí)，數(shù)據(jù)從低位開始重新輸出一12

遍。在全8分辨率下允許任意小的模擬電壓編碼間隔。變換結(jié)果范圍0-FF為滿足低溫下系統(tǒng)正常工作的要求，選用工業(yè)級TLC0838芯片，工作溫度為0℃-5℃。3.4單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng),者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對單片機(jī)來說片+振電+復(fù)電,便組成了一個(gè)最小系統(tǒng)。下面紹的最小系統(tǒng)，如圖所示。E

VccC3

REST

REST

C1

Y

AT89S5210μfC2

GND

Vcc圖3.7最小系統(tǒng)P0口：口是一個(gè)位漏極開路的雙向口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個(gè)TTL邏輯電平。P0端口寫1時(shí)引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P0也被作為低8地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。P1口：口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，輸出緩沖器能驅(qū)動4個(gè)邏輯電平。對P1端口寫1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。P2口：口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，輸出緩沖器能驅(qū)動4個(gè)邏輯電平。對P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用16地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR）時(shí)，送出高八位地址。P3口：口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，輸出緩沖器能驅(qū)動4個(gè)邏輯電平。對P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。程序存儲器：如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。對于AT如果接程序讀寫先從內(nèi)部存儲器（地址為）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：。數(shù)據(jù)存儲器：有256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。高字節(jié)與特殊功能寄存器13

重疊。也就是說高128節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當(dāng)一條指令訪問高于7FH的地址時(shí)，尋址方式?jīng)Q定訪問高字節(jié)RAM還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR

AT89S521)的主要性能2)與M單片機(jī)產(chǎn)品兼容3)8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程lash存儲器4)1000次擦寫周期5)全靜態(tài)操作：33Hz6)三級加密程序存儲器7)32個(gè)可編程口線8)三個(gè)1位定時(shí)器/數(shù)器9)八個(gè)中斷源全雙工UART串行通道1低功耗空閑和掉電模式

XTAL1XTAL2GND

VCCEA/VPPALE/PROG掉電后中斷可喚醒看門狗定時(shí)器雙數(shù)據(jù)指針掉電標(biāo)識符

圖AT89S52引圖是一種低功耗高性能微控制器具有8K在系統(tǒng)可編程Flash儲器。使公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工品指令和引腳完全兼容。片上允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8CPU和在系統(tǒng)可編程Flash眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活超有效的解決方案AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三16定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止其定時(shí)計(jì)數(shù)控制寄存器如表所示。表1：定時(shí)器計(jì)數(shù)器2控制寄存器TF27

EXF26

5

TCLK4

EXEN23

2

1

CP/RL203.5LED本文設(shè)計(jì)了L即時(shí)顯示功能，下面是對此的設(shè)計(jì)。本文采用比高公司生產(chǎn)的具有串行接口，可同時(shí)驅(qū)動位共陰式數(shù)碼管(或只獨(dú)立LED)的智能顯示驅(qū)動芯片H該芯片同時(shí)可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣64鍵鍵盤14

控制器內(nèi)含有去抖動電路;需外圍元件便可直接驅(qū)動LED一片芯片即可完成L顯示及鍵盤接口的全部功能。HD7279A內(nèi)部含譯碼器，可直接接BCD碼或16進(jìn)制碼，并同時(shí)具有種譯碼式，各位可獨(dú)立控制譯碼1不譯碼、消隱和閃爍等屬;具有(循環(huán))左移/(環(huán)右移指令;具有段尋址指令，可方便地用來控制獨(dú)立顯示管；HD7279A和微處理器之間采用串行接口其接口和外圍電路比較簡單，且占用口線少，加之它具有較高的性能價(jià)格比，因此，在微型控制器、智能儀表、控制面板和家用電器等領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不需要按鍵只用到HD7279A的顯示功能顯示接口電路如圖3.9所示。一共有28個(gè)引腳，引腳連接說明下：：正電源，接系統(tǒng)電源VCC。無連接必須懸空。VSS接地。片選輸入端，與單片AT89S15P2.4口連接。此引腳為低電平時(shí)，單片AT89S52向芯片發(fā)送指令。：同步時(shí)鐘輸入端，與單片機(jī)A的口連接。向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)，此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效。：串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端與單片機(jī)的2.2口連接。HD7279A指令時(shí)此引腳為輸入端。KEY：按鍵有效輸出端。：段段A驅(qū)動輸出。

圖3顯示接口電路DP:小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動輸出。：個(gè)ED管的位驅(qū)動輸出端。本系統(tǒng)只使個(gè)ED管用以現(xiàn)場顯示，所以只使用了DIG0—DIG3四個(gè)端口。：振蕩輸出端。RC：RC振蕩器終接端。其中電阻的值1。，電容的值為。：Tt復(fù)位端。+5電源。當(dāng)該端由低平變成高電平，并保持25ms后，復(fù)位過15

程結(jié)束。3.6實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警的接口電路比較簡單，其發(fā)音元件通?？刹捎脡弘姺澍Q器，這種蜂鳴器只需在其兩引線上加-15V的直流電壓，能產(chǎn)生3KHz左右的蜂鳴振蕩音響，比電研式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單，耗電少，且更適應(yīng)于在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用。壓電式蜂鳴器約需0mA的驅(qū)動電流因此可以使用TTL系列集成電路406或7低電平驅(qū)動，也可以使用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動。如圖.10所示是這種驅(qū)動的接口電路。圖3.10單頻音報(bào)警電路在圖中，晶體管基極輸入端，當(dāng)P0.0輸出高電平“1時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器得電而鳴音；P0.0輸出低電平“0時(shí)，三極管退出導(dǎo)通狀態(tài)，蜂鳴器停止發(fā)音。3.7串行通信電路設(shè)計(jì)本文要求AT89S52單片機(jī)在數(shù)據(jù)采集完成后能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)交給上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的后續(xù)處理。為適應(yīng)上位機(jī)處理的需要，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)有與上位機(jī)通信的接口。單片機(jī)的通信接口分為并行接口和串行接口，在現(xiàn)代單片機(jī)系統(tǒng)中，由于串行通訊方式具有占用資源很少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊，常常用一兩個(gè)端口就可以完成傳輸任務(wù)，所以使用越來越廣泛。一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。串行通訊的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)位傳送，傳送按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低但速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米。根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種。在進(jìn)行串行通信的線路連接時(shí)，通常要解決一個(gè)重要問題，就是上位機(jī)與外設(shè)之間要共同遵守的某種約定，這種約定稱為物理接曰標(biāo)準(zhǔn)，包括電纜的機(jī)械特性、電氣特性、信號功能及傳送過程的定義，它屬于七層參考模型中的物理層，它規(guī)定了傳送數(shù)據(jù)位的物理硬件規(guī)則RS-85標(biāo)準(zhǔn)所包含的接口電纜及連接器均屬于此類。接口稱全名是數(shù)據(jù)終端設(shè)和數(shù)據(jù)通訊設(shè)16

之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)5個(gè)腳的連接器。由于R接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不盡之處，主要有以下四個(gè)缺點(diǎn)：1)接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕c平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與竹L路連接。2)傳輸速率較低，通訊波特率的范圍為。3)接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。4)傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為實(shí)際上也只能用在內(nèi)。針對R的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)就是其中之一。在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用S-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。Rs-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能為二加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至20的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)。因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號線。基于比辣硯本系統(tǒng)采用R準(zhǔn)進(jìn)行通信。通總線業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有許多優(yōu)點(diǎn)，它可以在一個(gè)聯(lián)機(jī)中連接多達(dá)23個(gè)接收及發(fā)送裝置，連接長度更長達(dá)1離通信速度可以達(dá)到10Mbit/s收發(fā)芯片的價(jià)格較低，僅要5V電源供電，這可以大大簡化系統(tǒng)中電源電路的設(shè)計(jì)。根據(jù)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口的輸入阻抗為12kΩ，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動節(jié)點(diǎn)數(shù)為。數(shù)據(jù)RS-458總線上傳輸，為了保證傳輸質(zhì)量和傳輸距離，通常需要進(jìn)行總線電平轉(zhuǎn)換。的輸出高低電平5VV，為了滿S-485電平要求，需要外接接口芯片，進(jìn)行電平之間的轉(zhuǎn)換。接口芯片使用原理如圖3所示。AT89S52RXD

串行輸出TTL電串行輸入

接口芯片

上位機(jī)TTL電圖3.11RS-485接口芯片使用原理口傳輸是所謂的平衡式傳輸，它是指其發(fā)送是兩線式的，而且這兩條在線的信號是互為反相的，接收端就以這兩端的電壓差來反應(yīng)接收到的信號，這是根據(jù)電路測量學(xué)上的差動測量原理。平衡式傳輸最大的優(yōu)點(diǎn)是抵抗噪聲，通常的噪聲包括火花，震蕩以及電磁干擾等等，若它們是從傳輸線進(jìn)入，由S-485采用平衡方式的接線方法，利用差動測量的原理，這些干擾可在接收端相互抵消，因的抗干擾能力較RS-232C高出許多。平衡式傳輸?shù)牧硪粌?yōu)點(diǎn)是，對于每個(gè)S-485節(jié)點(diǎn)的對地電壓差有相當(dāng)?shù)拿庖咝裕驗(yàn)槿绻總€(gè)節(jié)點(diǎn)都相距甚遠(yuǎn)時(shí)，傳輸線對地的電壓都有所變化，但是差動電路僅對輸入線17

的電壓差反應(yīng)，所以每個(gè)節(jié)點(diǎn)的對地電壓不同時(shí)，能正常傳輸。使用的電纜線是相對便宜的雙絞線，即這兩條線是相互對絞在一起，這種線材可以把感應(yīng)到的電磁干擾信號相互抵消掉雖然S-485采用5電源供電但是其接口上的準(zhǔn)位卻不是標(biāo)準(zhǔn)的TTL或C準(zhǔn)位。如果將傳輸在線的信號稱為A與B，對輸出而言，通常A與B的電壓差都是V左右，可是只要A較高1.5V就是邏輯，當(dāng)A較B低于.5V時(shí)就是邏輯0。RS-485總線在長距離傳輸時(shí)信號強(qiáng)度必然會有所下降，因此在接收端的靈敏度就要高一些，只要兩根電線間的電壓差超過.2V認(rèn)定是有效準(zhǔn)位。所以在接收端上，AB高0.2V就是邏輯，A較B低0時(shí)就為邏輯。通常在RS-485傳輸線兩端所加的終端電阻是高頻信號的“消波塊”，它在終點(diǎn)處吸收信號，以免有反射信號再度灌回傳輸線。傳輸線是有阻抗的，而且理論上這個(gè)阻抗值與傳輸線的長度無關(guān)，所以不論聯(lián)機(jī)的距離如何，只要我們選擇的終端電阻值剛好等于該傳輸線的阻抗值時(shí)，就可以有效地吸收發(fā)送端的信號。串行通信電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)把單片機(jī)的TXDRXD信號通過MAX3O28芯片把TTL電平轉(zhuǎn)化為電平。使單片機(jī)的TXD與上位機(jī)的RXD及單片機(jī)的XD與上位機(jī)的TXD間接相連同時(shí)使兩機(jī)共地，從而建立兩機(jī)之間的通信。MAX3082保護(hù)功能，工作電，波特率為0.115Mbps，靜態(tài)電流為375，具有收發(fā)器使能、低功耗關(guān)閉模式及速率限制功能。8腳，半雙工，節(jié)點(diǎn)，接收器輸入開路或短路情況下保證接收器輸出為高電平，信號擺幅限制功能MAX3082接口電路如圖3所示。各引腳意義如下：

圖.12MAX3082接口電路RO：接收數(shù)據(jù)的TTL電平輸出。：低電平有效的接收允許。DE：高電平有效的發(fā)送允許。Dl：發(fā)送數(shù)據(jù)的TTL電平輸入。A：485分信號的正向端。B：485分信號的反向端。其中R和DE短接用3.2口線來控制這樣可以做到收發(fā)的切換這樣需要由軟件來控I引腳的電平，以達(dá)到控制RS-485收發(fā)轉(zhuǎn)換的目的。當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),由程序控制18

RE/DE變高電平，然后ART單元發(fā)送數(shù)據(jù)，程序要等待發(fā)送完畢后，再485芯片轉(zhuǎn)換到接收狀態(tài)。發(fā)送完畢的標(biāo)志一般UART的特定寄存器提供林態(tài)指示，程序需要去查詢。3.8在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)踐中，主要采用交流電，但在大部分電子設(shè)備中都需要使用直流電源提供能量本次設(shè)計(jì)選用直流穩(wěn)壓電源做為供能設(shè)備它主要由變壓整流濾波、穩(wěn)壓四部分構(gòu)成，如圖所示為直流文雅電源組成圖。50Hz

電源變壓器

整流電路

??

濾波電路

穩(wěn)壓電路

＋U－圖直流穩(wěn)壓電源組成圖根據(jù)圖可設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源的電路原理圖如下圖所示。圖3.14直流穩(wěn)壓電源的路原理圖實(shí)際上，直流穩(wěn)壓電源就是把交流電轉(zhuǎn)換為直流電的設(shè)備，它的組成框圖也就是把交流電轉(zhuǎn)換為直流電的過程。其中各環(huán)節(jié)功能如下：(1)電源變壓器：將標(biāo)準(zhǔn)交流電源電壓變換為符合整流需要的交流電壓一般為降壓。(2)整流電路利用二極管等整流器件的單向?qū)щ娞匦詫⒔涣麟妷鹤儞Q為單向脈動電壓。(3)濾波電路：濾去整流后信號中的紋波，減小整流電壓的脈動程度，以適合穩(wěn)壓電路的需要。(4)穩(wěn)壓電路：在交流電源電壓波動或負(fù)載變化時(shí)，使直流輸出電壓穩(wěn)定。19

第四章軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件電路確定以后，系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)必須通過控制程序?qū)τ布Y源進(jìn)行調(diào)用，才能使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)完成要求的任務(wù)。系統(tǒng)能否正?？煽康毓ぷ?，除了硬件的合理設(shè)計(jì)外，與功能完善的軟件設(shè)計(jì)是分不開的。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是單片機(jī)數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)部分。本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求上位機(jī)通過串行接口控制單片AT89S52采集數(shù)據(jù)并將采集到的數(shù)據(jù)交給上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)相關(guān)的數(shù)據(jù)處理。4.1數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際需要數(shù)據(jù)處理部分需要完成的任務(wù)有過串行通信接收上位機(jī)發(fā)送來的控制命令，選擇需要采集的通道，并針對選定通道，采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行現(xiàn)場顯示，再通過串行通信發(fā)送給上位機(jī)。數(shù)據(jù)處理程序由判別通道、數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信四個(gè)部分組成。首先介紹一下頂層程序設(shè)計(jì)，頂層程序設(shè)計(jì)流程圖如圖所示。啟動系統(tǒng)系統(tǒng)初始化N是否接到通道采集指令Y判別通道進(jìn)行相應(yīng)通道的數(shù)據(jù)采集處理現(xiàn)場顯示數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)至上位機(jī)圖4.1頂層程序流程圖20

系統(tǒng)上電或復(fù)位后首先要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化初始化內(nèi)容:先將以后用到的各標(biāo)志寄存器和數(shù)據(jù)寄存器賦初值后向顯示芯片發(fā)送復(fù)位(清除)指令后恢復(fù)CS為高電平。系統(tǒng)初始化完成。系統(tǒng)初始化完成后，開始等待上位機(jī)發(fā)出通道采集指令，當(dāng)接收到通道采集指令，單片機(jī)首先判別指令并選擇通道，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的通道處理程序。通道處理程序執(zhí)行完畢后，一通過數(shù)碼顯示芯片進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示，然后發(fā)送數(shù)據(jù)至上位機(jī)。上述程序執(zhí)行完畢后，返回主程序。本系統(tǒng)共使用9個(gè)通道，其中包括8模擬數(shù)據(jù)采集通道0-7和個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)采集通道8。當(dāng)單片機(jī)接到上位機(jī)發(fā)出的通道采集指令后，讀取指令，別選通的通道后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集處理子程序。通道0-7負(fù)責(zé)8個(gè)模擬數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換。通道負(fù)責(zé)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的采集。循環(huán)判斷數(shù)據(jù)采集通道子程序中，通過判斷9標(biāo)志位，即可決定采集哪個(gè)通道。這樣在用戶采集數(shù)據(jù)時(shí)，只需通過上位機(jī)界面對要進(jìn)行采集的通道進(jìn)行選擇即可。下面以第1道為例，位地址0H為該通道的標(biāo)志位，若位0H值為1，則說明要采集第通道。采集第1道時(shí)片機(jī)需要對送多路器(模擬開關(guān)地址選擇指令從而多路器就選擇了通道1行采集。4.2數(shù)據(jù)采集處理8模擬數(shù)據(jù)采集通道任一通道選通置AD轉(zhuǎn)換芯片TLC0838的引腳為低，使所有邏輯電路使能；完成轉(zhuǎn)換器初始化。接著置CLK引腳為高接收時(shí)鐘首個(gè)位為l(起始位在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿，由單片機(jī)輸出的多路器地址通過Dl端移入多路器地址移位寄存器。多路器地址選擇模擬輸入通道。在每個(gè)時(shí)鐘的上升跳變時(shí)，端的數(shù)據(jù)就移入多路器地址移位寄存器。第一位為邏輯高，表示起始位。緊接的2、3、4、5位是配置位，選中換的通道。然后轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)1位1的傳送過來(最高位在前)過上述過程擴(kuò)就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換了。之后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括濾波和十進(jìn)制轉(zhuǎn)化，然后查表把數(shù)據(jù)變成字型碼，用于顯示，程序流程圖如圖所示數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)字濾波、十進(jìn)制轉(zhuǎn)化和查表。

轉(zhuǎn)換器初始化接收多路器地選中轉(zhuǎn)換通道接收轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理圖4.2A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖讀出數(shù)據(jù)后，要進(jìn)行數(shù)字濾波，目的是將采集數(shù)據(jù)通過數(shù)字陷波器濾掉50Hz的工頻干擾。具體做法是將在1s內(nèi)采樣n次的轉(zhuǎn)換結(jié)果求算術(shù)平均(n為整數(shù)且n>2)，采樣頻率可通過延時(shí)子程序來確定。本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)己使水位在0m對應(yīng)的轉(zhuǎn)換值為0mV，而時(shí)對應(yīng)的轉(zhuǎn)換值為，所以只要把轉(zhuǎn)換值除以2，就可以得到實(shí)際溫度值。除以2后，用其余數(shù)來判21

斷小數(shù)點(diǎn)之后的值。如果余數(shù)1則小數(shù)點(diǎn)后一位5，如果余數(shù)則小數(shù)點(diǎn)后一位為0。這變化后，整數(shù)部分到10間變化。然后進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，具體做法是將十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換值除以10，余數(shù)為轉(zhuǎn)化后的個(gè)位，然后再除以十，余數(shù)為轉(zhuǎn)化后的十位。4.3數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)顯示子程序用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示本系統(tǒng)所使用的顯示芯片是先介紹其工作方式。首先置低CS，然后微處理器發(fā)出16脈沖，前8個(gè)向HD7279A傳送8位指令；后8個(gè)傳送位數(shù)據(jù)。引腳為高阻狀態(tài)。譯碼時(shí)數(shù)據(jù)和顯示的關(guān)系如表2示。表2譯碼時(shí)數(shù)據(jù)和顯示的關(guān)系d3-d00AH0BH0CH0DH0EH

0011001100110011

01010101010101

顯示內(nèi)容-EHL空LED顯示的子程序流程圖如圖4.3示。驅(qū)動數(shù)據(jù)傳輸選擇段、位碼LED爍

≤2m

LED示

≥15m

LED閃圖LED顯示子程序流程圖4.4報(bào)警程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警的接口電路比較簡單，其發(fā)音元件通?？刹捎脡弘姺澍Q器，這種蜂鳴22

器只需在其兩引線上加-15V的直流電壓，能產(chǎn)生3KHz左右的蜂鳴振蕩音響，比電研式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單，耗電少，且更適應(yīng)于在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用。壓電式蜂鳴器，約需10mA的驅(qū)動電流。因此，可以使用TTL系列集成電路4067407低電平驅(qū)動，也可以使用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動。報(bào)警程序設(shè)計(jì)如圖4所示驅(qū)動報(bào)警電路判別觸發(fā)信號Y報(bào)警鳴音

N不報(bào)警圖4.4報(bào)程序流程圖4.5數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信子程序SENI用于與上位機(jī)間的數(shù)據(jù)通信先置高M(jìn)AX3082d的引腳，使MAX3082進(jìn)入接收狀態(tài)，然后置高Dl引腳，電平輸入端口進(jìn)入工作狀態(tài)，待到數(shù)據(jù)接收完畢，調(diào)用子程序向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送完畢后清除返回主程序。數(shù)據(jù)通信框圖如圖所示。置于接收狀態(tài)接收數(shù)據(jù)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)主程序圖4.5數(shù)據(jù)通信子程序流程圖23

第五章系統(tǒng)的抗干及可靠性設(shè)計(jì)5.1電磁干擾對系統(tǒng)的干擾基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠性是由多種因素決定的，其中系統(tǒng)的抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)。這種應(yīng)用系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場使用時(shí)，大量的干擾源雖不能造成硬件系統(tǒng)的損壞但常常使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不能正常運(yùn)行致使控制失靈造成重大事故因此，基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)來集系統(tǒng)的可靠性也越來越為人們所重視。(1)數(shù)據(jù)誤差加大干擾侵入系統(tǒng)的前向通道，疊加在信號上，致使數(shù)據(jù)采集誤差加大。特別是前向通道的傳感器接口是小電壓信號輸入；此現(xiàn)象就更加嚴(yán)重。(2)控制狀態(tài)失靈本設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)預(yù)留了一些端口做為控制端。系統(tǒng)的控制狀態(tài)的輸出常常是依據(jù)某些條件狀態(tài)的輸入和條件狀態(tài)的邏輯處理結(jié)果。在這些環(huán)節(jié)中，由于干擾的入侵，會造成條件狀態(tài)的輸入誤差，致使輸出控制誤差加大，甚至控制失常。(3)數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化系統(tǒng)中的RAM由于是可以進(jìn)行讀/寫操作的可能在干擾的侵害下RAM中的數(shù)據(jù)發(fā)生篡改。(4)程序失常系統(tǒng)受強(qiáng)干擾后，造成程序計(jì)數(shù)器值的改變，破壞了程序的正常運(yùn)行。而程序計(jì)數(shù)器的值被干擾后的數(shù)據(jù)是隨機(jī)的，可能會引起程序混亂，在程序計(jì)數(shù)器值的引導(dǎo)下，程序?qū)?zhí)行毫無意義的指令，最后進(jìn)入一個(gè)毫無意義的死循環(huán)。5.2系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)針對所述的后果，在本系統(tǒng)中采用了一些必要的抗干擾措施，下面介紹這些抗干擾措施。(1)去藕電容的配置①源的輸入端跨接μF電解電容。②單片機(jī)電源輸入端和接地端跨接一104瓷片容，其他集成電路芯片跨接一103片電容。(2)地線及電源線設(shè)計(jì)模擬地和數(shù)字地分開，這樣可以減少模擬電路和數(shù)字電路間的干擾。①粗接地線。接地線越細(xì)，其內(nèi)阻也就越大，那么接地電位則會隨著電流的變化而變化，從而導(dǎo)致單片機(jī)的定時(shí)信號的電平不穩(wěn)，抗噪聲的性能變壞。所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)盡量加粗接地線。在本系統(tǒng)中選用的地線寬度最細(xì)為40mil。24

②地構(gòu)成閉環(huán)路。當(dāng)印刷板上有很多集成電路，尤其遇有耗電大的元件時(shí)，受到線條粗細(xì)的限制，地線產(chǎn)生電位差，引起抗噪聲能力的下降，若成環(huán)路，則差值會縮小。③源線的布線除了要根據(jù)電流的大小，加粗導(dǎo)體寬度外，盡量使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)線方向一致將有助于增強(qiáng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾能力原則上電源線越寬越好，但是由于其他原因的限制，本系統(tǒng)電源線最細(xì)為(3)數(shù)字濾波數(shù)字濾波，即通過一定的計(jì)算程序，對采樣信號進(jìn)行平滑加工，來消除或減少各種干擾和噪聲，提高信噪比，以保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠性。數(shù)字濾波器與模擬波器相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：①無需增加任何硬件設(shè)備，字濾波程序即可。只要在程序進(jìn)入數(shù)據(jù)處理和控制算法之前，附加一段數(shù)字濾波程序即可②由于數(shù)字濾波器不需要增加硬設(shè)備，所以系統(tǒng)可靠性高，不存在阻抗匹配問題。25

第六章總結(jié)本次所設(shè)計(jì)的水位自動監(jiān)測系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容：多點(diǎn)水位數(shù)據(jù)采集：具有自動檢測水位等功能，可根據(jù)需要進(jìn)行定時(shí)檢測、選點(diǎn)檢測和巡回檢測；水位數(shù)據(jù)傳輸：采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，需要解決遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)不穩(wěn)定和有干擾等影響水位數(shù)據(jù)分析通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀?bào)警器，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示或報(bào)警；水位數(shù)據(jù)顯示：根據(jù)傳回的數(shù)據(jù)通過ED顯示；水位預(yù)警：根據(jù)水位實(shí)測值與人工設(shè)定的超限制或相關(guān)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行對比分析，若實(shí)測值超過設(shè)定的范圍，則語音報(bào)警。水位自動監(jiān)測系統(tǒng)采用超聲波探頭采集水位原始資料，在單片機(jī)上進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化資料處理，通過專線把資料傳輸?shù)焦ぷ髡荆煌瑫r(shí)也可以在遠(yuǎn)程工作站通過電話撥號調(diào)用資料；在工作站的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行資料加工、存取、分析等處理。遠(yuǎn)離水庫的指揮中心通過該系統(tǒng)可獲得當(dāng)前時(shí)刻的水位、水庫庫容、淹沒面積、當(dāng)天最高水位、最低水位、日水位升降、平均水位等一系列數(shù)據(jù)，為水庫的防洪、水庫水資源調(diào)度、蓄水灌溉提供科學(xué)的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示和水位預(yù)警等部分組成。目前有些水位監(jiān)控儀在運(yùn)行過程中存在著一些問題如系統(tǒng)不穩(wěn)定抗干擾能力差、精度低輸出控制或顯示信號不滿足要求現(xiàn)場更改程序或程序升級麻煩及通信能力等。由于本文的設(shè)計(jì)還存在很多問題比如采用的RS-485安裝和維護(hù)都是一個(gè)比較大的工程，如果采用現(xiàn)場總線技術(shù)，其總線開放、互操作性強(qiáng)、可靠性高、通信速度搞，通信距離更遠(yuǎn)，及點(diǎn)數(shù)多等。單片機(jī)的選用也有點(diǎn)落后，可以選用更新的。26

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附錄A外文譯－原文部分：SENSORCONDITIONINGFIELDARRAYS(FPAA)ABSTRACTArrayisanewtheapplicationofintheconditioningofsensors.tasksamplificationandremoval.Signalconditioningisimportantforawithgoodperformance.Althoughtheretechniquesforsignalconditioning,usingFPAAhaswiththeInthistheresultsofsensorthesecond-generationwillberesultsobtainedshowthatcanprovideaneasy,convenientreliablewayforsignalof.1INTRODUCTIONwidelyusedinprocesscontrol,automation,dataequipment,instrumentationandsystems.AllthesensorspropertiesareinfluencedbydirtotherenvironmentalThereforesomeprocessingusuallywithdependingontherequirements.Sensorsignalcanbeasoftheoutputofsensor,ortransducerincludingconversion,attenuating,amplifying,filteringandlinearising.linearising。SignalconditioningofanyrequiredoutputisnotupthelevelformwhichitisrequiredbyPrevioustechniquesofsignalconditioningusinghaveofprecisiontolerancesandtechniquesdevelopeddidnotdevelopedconfinedthespecificsensorbeusedsensors.Thechallengeforconditioningistosystemcan28

modifytheoutputrequiredgoodUsingFPAAachievepurpose.FPAAintroducessoftware-centrictowhereisafeature.technologyeconfigurationsignalconditioning/processingsystemstobeintegratedaUser(GUI).Becausejustonecanprovidemultipleunderthereal-timecontrolofmicroprocessor.signaloffsetsignalcircuitscanbeimplementedinminutesdrift-freesiliconplatform.DESIGNThechallengesincludesourcingstablestimulus;multiplesensorswithdifferingofmaintenanceFPAAprovidethesignalconditioningwithan，ofsystemFPAAinvolves:(1)Amplification,offsetremovallinearizationofthesignalsfromsensors;softwarebeforeusingtheforsystem;Interfacingsystemwith(4)CarryingouttestinfromdifferentSensors.Thewastheofsystemwhichthesignalthatwasinitiallyconvertedfromthesignalthesensors.ofthesystemtointoathatwasforthatareiswhichisalsocalledas“DynamicallyReconfigurableFPAA”.theoffsetisthensignalisandThusbyFPAAconditioningthesensorsignalwithhigherprecisioncanbeachieved.1SystemblockofFPAAconditioning1ofFPAAsensorconditioning.main29

featuresofthesystemare:(1)Performance:systemacceptsignalfrominterfacedtheFPAAanditonthespecificsignalconditioningThesystemshouldsensorsignalintoagoodthathasbeenamplified,candirectlyaTheFPAAprovideapredictableastablesensorsinterfacedtoit.。(2)supply:+5volts.(3)Sensors:Thesensorsforsignaldifferenttypesofsensors,specificallythermistorandthe