基于单片机的水闸通用控制系统的研究

毕业论文

（2010届）

基于单片机的水闸通用控制系统的研究

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基于单片机的水闸通用控制系统的研究

摘要随着信息化在水利行业的大力推广，作为水利信息化的重要组成部分的水闸自动控制系统正日益完善。但是不管是旧水闸的除险加固改造，还是新建水闸控制系统的开发，都自成体系，各自开发，浪费大量的人力、物力和科研时间，而且不利于对以往工作的

改进。目前，国内还没有已投入应用的能解决上述问题的产品，因此研究水闸通用控制系统具有很大的现实意义和应用价值。

本文提出了将水闸控制的软、硬件系统进行模块化设计，逐步实现标准化的思想。在其硬件和软件都能满足不同启闭方式、不同孔数、不同控制需求的前提下，在工厂就对这些软硬件模块进行充分的测试和联合调试，保证所有可能的控制流程都能正确执行。对于一个具体的水闸，其自控系统的硬件只是从这些模块中进行选型，而软件只需对模块化软件的孔数、控制功能等进行具体控制。

文中以不定孔数的卷扬启闭式水闸为例，描述其自动控制的模块化方法。首先讨论了常规水闸控制系统的各项功能的一般要求，从功能通用的角度研究水闸控制系统；随后从系统硬件通用性的实现和软件通用性的实现两个方面详细地论述系统通用性的实现。

关键词：水闸控制系统通用性单片机

目录

引言 (4)

第一章水闸控制系统总体设计方案 (6)

1.1水闸通用控制系统的系统框图 (6)

1.2水闸控制系统计算机处理 (6)

1.3水闸控制系统的闸门控制 (7)

2.3.1水闸闸门的控制 (7)

1.3.2水闸闸门控制系统框图 (8)

第二章水闸控制系统的硬件设计 (8)

2.1水闸控制系统的硬件设计 (8)

2.1.1水闸控制系统原理 (8)

2.1.2闸门开关控制一固态继电器 (8)

2.1.3闸门控制电路 (10)

第三章水闸控制系统软件设计 (12)

3.1系统流程图 (12)

3.1.1主程序流程图 (12)

3.1.2键盘流程图 (12)

3.1.3读取液位流程图 (14)

3.2源程序 (14)

3.2.1主程序源程序 (14)

3.2.2读液位程序 (16)

3.2.3 显示程序 (16)

3.2.4 运算程序 (18)

3.2.5中断程序 (20)

3.2.6 键盘程序 (20)

第四章系统调试 (23)

4.1硬件调试 (23)

4.2软件调试 (24)

致谢 (26)

参考文献 (28)

引言

水闸是具有挡水利泄水功能的低水头水T建筑物，人多建在河道、渠道及水库、湖泊岸边。关闭闸门，可以拦洪、挡潮、抬高水位，以满足上游取水或通航的需要：开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、以水或根据下游用水需要调节流量。

水闸按其担负的任务不同可分为：①节制闸：用以调节上游水位，控制下泄流量建于河道上的节制闸也称拦河闸。②进水闸：又称渠前闸，位于江河、湖泊、水库岸边，用以控制引水流量。③分洪闸：建于河道的一侧，用以将超过下游河道安全泄量的洪水泄入湖泊、洼地等分洪区，及时削减洪峰。④排水闸：建于排水渠术端的江河沿岸堤防上，既可防止河水倒灌，又可排除洪涝渍水。⑤挡潮闸：建于河口地段，涨潮时关闸，防止海水倒灌，退潮时开闸泄水，具有双向挡水的特点。⑥冲沙闸：用于排除进水闸或节制闸前淤积的泥沙，常建在进水闸一侧的河道上与节制闸并排布臵，或建于引水渠内的进水闸旁。鉴于水闸的重要性，实际生活生产中开闸、关闸等对水闸的一系列操作，都必须得到有关部门的审批。以浙江省水闸控制运行为例，水闸的调度权限按照分级管理的原则，一般由水闸管理单位的上级主管部门根据当前水情、雨情、工情和用水需求，按照调度原则进行调度，部分水闸按照有关市、县制定的运行办法执行。在紧急情况下，省防汛防旱指挥部可直接对有关水闸进行调度。水闸管理单位按上级

土管部门的调度指令，在规定时闸内对闸门进行启闭控制。因此无论是水闸控制系统改良、还是建设新的水闸控制系统，现场测试工作总是困难重重，理论上没问题、或者经过实验室检测可靠的系统一旦安装到现场仍然还会出现很多问题，控制效果不尽如人意。已经投入运行的控制系统再进行完善难度就更大了，我国的水闸都是采用这种‚针对所要控制的水闸的功能要求，开发控制系统一实验室调试一安装到现场一投入运行一发现问题一解决问题‛的开发模式，众多水闸控制实例证明这种模式开发的控制系统的_可靠性难以保证，且后续完善工作也有一定难度。导致这一结果的原因主要是，对于不同的水闸需要进行不同的软、硬件设计，这不仅付出了重复的脑力劳动，而且不利丁对以往工作的改进。另一方面，采用上述的项日实施方法，自动控制系统软硬件在工厂和现场的调试和测试无法做到全面而有效，从根本上导致了水闸控制系统存在可靠性风险考虑到虽然不同水闸的结构不同、规模不同、甚至控制方式也不同，但他们所要达到的控制要求、所要控制的参数却有普遍的相通性，开发一套在一定规模内可以通用的水闸自动控制系统必将大大提高系统的可靠性和研制效率，减少工程投资，避免工程实践中重复性劳动，缩短开发周期，具有积极的实际应用价值。

第一章水闸控制系统总体设计方案

1.1水闸通用控制系统的系统框图

1-1水闸通用控制系统的系统框图

图1.1为基于89C51单片微型计算机的水闸通用控制系统框图，该系统由三部分组成上下游水位输入部分、计算机处理部分及水闸闸门控制部分。89C51从ADC0808读取上下游液位，根据液位差控制闸门的开关，并且显示液位差以及各个闸门开关情况。

1.2水闸控制系统计算机处理

水闸闸门可以根据具体情况灵活的选择闸门控制模式。下述是13种常用控制模式，

可分为何时开闸、何时关闸两大类。何时开闸的控制条件：

①通过设臵上下游水位之差在某一数值范围内来控制何时自动