水文站的水位自动监测系统设计方案

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)

4.1数据处理程序设计 (20)

4.2数据采集处理...................................................................... 错误!未定义书签。

4.3数据显示.............................................................................. 错误!未定义书签。

4.4报警程序设计...................................................................... 错误!未定义书签。

4.5数据通信.............................................................................. 错误!未定义书签。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 (42)

3.控制报警电路连续鸣音30ms的控制子程序的清单 (42)

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：

1)能够灵活适应测量库水位、拦污栅压差、尾水位等变化缓慢或剧烈的水位的需要。

2)系统工作体制采用轮询方式，实时性好。

3)采用无线/有线双通道传输方式，提高了传输的可靠性。

4)水位采集站工作模式可灵活编程设定，以适应不同的监测环境。

5)监测分中心提供微波接口和RS-485接口，为上级监控中心提供监测数据。

1.3主要内容

本次所设计的水位自动监测系统主要包括以下几个内容：

1. 多点水位数据采集：具有自动检测水位等功能，可根据需要进行定时检测、选点检测

和巡回检测；

2. 水位数据传输：采集的数据进行远程传输，需要解决远程传输数据不稳定和有干扰等

影响；

3. 水位数据分析：通过单片机进行数据分析，然后将数据传输到LED和报警器，进行数

据显示或报警；

4. 水位数据显示：根据传回的数据通过LED显示；

5. 水位预警：根据水位实测值与人工设定的超限制或相关数据模型进行对比分析，若实

测值超过设定的范围，则语音报警。

水位自动监测系统采用液体压力探头采集水位原始资料，在单片机上进行模数转化资料处理，通过专线把资料传输到工作站；同时也可以在远程工作站通过电话拨号调用资料；在工作站的计算机上进行资料加工、存取、分析等处理。远离水库的指挥中心通过该系统可获得当前时刻的水位、水库库容、淹没面积、当天最高水位、最低水位、日水位升降、平均水位等一系列数据，为水库的防洪、水库水资源调度、蓄水灌溉提供科学的数据。该系统由数据采集、数据传输、数据分析、数据显示和水位预警等部分组成。