基于單片機(jī)控制的水位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

1、<p>　　基于單片機(jī)控制的水位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)</p><p>　　摘要：針對(duì)目前農(nóng)業(yè)灌溉中水位無(wú)法精確測(cè)量以及監(jiān)控不及時(shí)的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了基于AT89S51單片機(jī)控制的水位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。從下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)組成到各功能模塊選型及功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。該系統(tǒng)不僅能夠精確地檢測(cè)水位的數(shù)值，還可以利用485總線進(jìn)行上位機(jī)和下位機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)了水位的實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄和監(jiān)控。 </p><p

2、>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 水位 檢測(cè) 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(guó)總用水量的一半以上，實(shí)施節(jié)水灌溉在水資源合理開(kāi)發(fā)、高效利用中占有舉足輕重的地位。而在這其中，對(duì)水位的檢測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控是推廣節(jié)水灌溉政策中一項(xiàng)基礎(chǔ)而又關(guān)鍵的技術(shù)。本文介紹利用AT89S51單片機(jī)、ADC0809模

3、數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、AT24C系列存儲(chǔ)芯片以及485總線等器件組成一個(gè)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(chǔ)。整個(gè)系統(tǒng)由下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)組成，下位機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)基于單片機(jī)控制的水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分布在需要監(jiān)測(cè)水位的采集點(diǎn)，負(fù)責(zé)采集水位信息并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)行處理；上位機(jī)系統(tǒng)也是單片機(jī)控制系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)通過(guò)485總線收集各個(gè)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)并顯示、存儲(chǔ)及控制。 </p><p>　　1 設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)流程 <

4、;/p><p>　　由于整個(gè)系統(tǒng)是由下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)組成，分別完成不同的功能，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要分別設(shè)計(jì)。 </p><p>　　1.1 下位機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) </p><p>　　1.2 上位機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) </p><p>　　根據(jù)上位機(jī)系統(tǒng)的功能，上位機(jī)可分為單片機(jī)模塊，按鍵模塊，通信模塊，顯示模塊和存儲(chǔ)模塊。單片機(jī)模塊中仍然采用AT89S

5、51單片機(jī)作為控制核心，負(fù)責(zé)上位機(jī)的通信、顯示及存儲(chǔ)等功能；按鍵模塊主要實(shí)現(xiàn)切換定點(diǎn)顯示和循環(huán)顯示，只需一個(gè)按鍵，采用獨(dú)立按鍵方式；通信模塊用于從下位機(jī)上傳信息，采用485總線通信；存儲(chǔ)模塊用來(lái)存儲(chǔ)采集來(lái)的數(shù)據(jù)信息，由于單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)空間有限，所以采用串行存儲(chǔ)器AT24C256。上位機(jī)系統(tǒng)模塊圖如圖2所示。 </p><p><b>　　2 硬件電路設(shè)計(jì) </b></p>&l

6、t;p>　　通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的分析，選擇合適的芯片進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，由于本系統(tǒng)中主要芯片是存儲(chǔ)芯片AT24C256和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，在下文中進(jìn)行對(duì)其原理及電路設(shè)計(jì)重點(diǎn)講解，其他電路例如AT89S51單片機(jī)電路，數(shù)碼管電路及驅(qū)動(dòng)芯片，按鍵電路等可以參考常見(jiàn)教材里的內(nèi)容，此文不再贅述。 </p><p><b>　　2.1 存儲(chǔ)模塊 </b></p><p>

7、　　由于上位機(jī)需要存儲(chǔ)采集來(lái)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(chǔ)器。AT24C256串行EEPROM是Atmel公司推出的低功耗CMOS存儲(chǔ)器，具有工作電壓寬、擦寫(xiě)次數(shù)多、寫(xiě)入速度快等特點(diǎn)，其容量為256kb，內(nèi)存組織形式為32768×8，頁(yè)寫(xiě)入方式64B，使用I2C總線協(xié)議，100000編程擦寫(xiě)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(shí)，A0、A1與地相連，NC與WP懸空，SCL與SDA分別與單片機(jī)上的兩個(gè)IO引腳相連，通過(guò)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(jī)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(gè)干簧管，間隔5cm，每個(gè)干簧管與一個(gè)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(gè)浮子，浮子上安裝一個(gè)條形磁鐵，磁鐵長(zhǎng)度為6cm，當(dāng)水位上升或下降時(shí)，浮子上的磁鐵也跟著上下移動(dòng)，使得不同位置的干簧管閉合或斷開(kāi)，這樣塑料管內(nèi)部對(duì)外輸出的電阻阻值也就發(fā)生變化，兩端連上電源就會(huì)得到相對(duì)應(yīng)的電壓值，通過(guò)測(cè)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(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，本設(shè)計(jì)采用市場(chǎng)上常見(jiàn)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(gè)通道，通過(guò)程序打開(kāi)此通道將模擬量進(jìn)行輸入采集，之后通過(guò)查詢方式查詢轉(zhuǎn)換是否完成，最后通過(guò)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(jì) </b></p><p>　　軟件設(shè)計(jì)也分為下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)

11、軟件設(shè)計(jì)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(jī)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，先發(fā)送讀命令，指定的從機(jī)向主機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)，若規(guī)定時(shí)間內(nèi)，主機(jī)未收到或收到的數(shù)據(jù)有誤，則重發(fā)讀命令。下位機(jī)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(jī)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(chǔ)子程序和最后集成的主程序。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語(yǔ) <

12、/b></p><p>　　本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了基于AT89S51單片機(jī)、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器和AT24C256串口存儲(chǔ)芯片開(kāi)發(fā)的一個(gè)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(kuò)展性強(qiáng)，遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，費(fèi)用低廉，覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，如果和無(wú)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(jì)對(duì)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(xiàn)： </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(cè)系統(tǒng)上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，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(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（8）：211，212. </p><p&