智能水位监测系统控制电路的设计

（ ） １ 语音录放模块 电路 。本监控 仪提供语音播 放功能 ，当出现 某个 水文信 息超过 设定的上限或下限时 ，监控仪将 自动控 制闸门 电机 的 运 转 ，同 时 启动 语 音 播 放 系 统 ，进 行 广 播 告 警 。 系 统 采 用 ＩＤ ０ ３ 放芯 片。ＩＤ４ ０ 单片录 放音 时间４ 分 钟 ，音质好 ，该 Ｓ ４０录 Ｓ ０３ 至８ 器件将声音以原始的模拟 形式直接存储 片内的Ｅ Ｐ ＯＭ存储器 中，不 ＥＲ 需要进行Ａ Ｄ ／ 转换盒压缩处理 ， 这样 可大大提高录放质 量 ，并且具有 抗 断电 、音质好 、使用方便 、可反复录放 、不需要专用的开发工具 、 能随意修改内容和低功耗等优点。但是该器件的音频信号的输 出功率 很小 ，不能够直接驱动扬声器工作 。因此 ，本系统 中增加 了音频功率 放大单元 ，设计中采用了Ｌ ８ 。 Ｍ４ ６
和 自动控制 、半 自动控制等 ，主要是对重要的闸门等的控制 。本监控
系统 的现场终 端监 控仪 采用的处 理器是 Ｓ Ｃ 片机 。系统处理 速度 Ｔ单 快 ，响应 及时 ，任一时间发 生超 限事件都可 以在 ３ 内上达管理者 ， 秒
Ｒ ４５ Ｓ ８ 模块接 口：水文监控仪测量终端采用Ｒ 一 ８ 现场总线的结 Ｓ ４５ 构方式 。水利设备采集的水文数据通过Ｒ ４ ５ Ｓ ８ 模块转 换为物理链路层
数据 流 ，微控制 器发 送的 命令也 通过 Ｒ ４５ 块输 出给 水利设 备 Ｓ８模
ＲＳ ８ 模块的 电路原理如图３ ４５ 。
控制命令在实时得到执行。智能化 系统在上 传数据 的同时如果发现可 疑 （ 限 ）情况 ， 自动声／ 超 光报警 。危险水文 上限 、下 限数 据可 以由 使用者 根据现 场的实 际需 要通过 网络或 者监控仪 自带键盘 没定或修 改 监控系统根据设定的上下限智能判断。水文 自 动测控是为 了满足 水利设备控制 自动化 建设的要求 ， 行实时的水文信息测报和 自 进 动控 制水利设备的建设是 水文现代化建设 的重要组成部分。
实时采集到水情信息后 自动分析 当前水情的状况 ，并根据上下限 自动调控水利设备 ：当水文数据超过设定的上限 、下限可进行 声光报 警 ，通过上下限设 定，控 制仪根据水位或流速情况 自动控制闸门电机 转动 关 键 词 语 音 控 制 电路 水 利 设 备控 制 电路 实时 监 控
水文监控系统有现场和远程 自动控制两类。控制可 分为手 工控制
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图４ ＴＣＰ ￣ ２２串 口模 块 电路 图 ４ ＲＳ ３
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图 Ｉ系统 原理 框 图
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３ 控 制 电 路 设 计
２ 硬 件 设 计 与 实现
（ ） １ 数据 采集模 块 。该模 块使用 的是收Ｔ Ｃ ５ ９ Ｌ １ ４ 的具有 串行控 制 、１） 、开关 电容 、逐次 逼近模 数转换器 。Ｔ Ｃ１ ４ 的三个控 制 （位 Ｌ ５９ 管 啷与 单片机 Ｐ 口的Ｐ ． 数 字信号 的输 出端 ）、 Ｐ ． 时钟 ）、 ｌ １ ５（ １ ７（ Ｐ 片选 ） １ ６（ 三个通 用Ｉ 相连 ，构成串行接 口，由单 片机 内部 程序 ／ ０ 产生时钟 ，控制单片机与Ｔ Ｃ ５ ９ Ｌ １ ４ 的数据传送 。
｜ 科 技 ２ １年第 期 工 ０２ ３
技 术 创 新
智能水位监测系统控制 电路的设计
张 慧 宁 朱 海 英
黄 河 水 利 职 业 技 术 学 院 自动 化 工 程 系 摘 要 ４ ５ ０ 河 南 开 封 ７０４ 根据水情 实时 自动控制水利设备 的需要 ，本文在智能水位监测 系统 中设计 了语音控制 电路 和水利设备控制 电路 监控仪
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Ｔ Ｐ Ｐ上传到主机 。监控仪利 用 ＡＤ模块进行检测 水位高度 ，利用 Ｃ／ Ｉ ／ Ｔ Ｐ Ｐ模块走ＭＯ Ｂ Ｓ Ｃ／ Ｉ Ｄ Ｕ 工业总 线协议与主机电脑进行通信传输 水文 情况和接 收 上下 限设置命令 。利用Ｌ Ｄ显 示 、声音 、键 盘输入模块 Ｃ
进 行人机 交互。系统原理框 图如图ｌ 所示 。本监控 系统的硬件 电路包 括主控 电路 、数据 采集前端 电路 、键盘 、显示 屏控制 、流量检测 电 路 、Ｔ ＰＩ转 Ｒ ２ ２ Ｃ／ Ｐ Ｓ ３ 电路 、抗干扰 电路等 ． ．
图２单 片 机 与 Ｔ Ｃ１ ４ 的接 ０ Ｌ ５９
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（ ） ２ 采集端 口的设计 。本监 控仪 中Ｔ ＰＩ转换模块 是将 计算机 ｃ／ Ｐ （ 主机 ）通过ｍ ｄ ｕ总 线协议 与控制器连接 的桥梁 ，实际上 是完成 ｏｂｓ 计算 机 串 口 电平 到 单 片机 Ｒ ２ ２ Ｓ ３ 电平 的 转换 电平 ，而 本 监 控 仪有 ＲＳ ８ 连接 端 口，及 支持有Ｒ ４ ５ 口的采 集模块 。若 采用这 些端 口 ４５ Ｓ ８接 和 采 集 模 块 连 接 进 行 其 它 水 文 信 息 的 采 集 ，需 要 将 Ｒ ４ ５ 换 Ｓ８转
１ 系统 的 总 体 构 成
本监控仪用于检测水电站的水位高度 （ 通过液 位传 感器传输 的模
拟பைடு நூலகம்号 ），根 据设定 的上下限进 行报警 和对闸 门电机的控 制并通过
图３ ＲＳ ８ 模 块 电路 原 理 图 ４５
转Ｒ ２ ２ Ｓ ３ 串口模块设 计 ：该接 口模 块 采用Ｎ Ｐ ｒ Ｅ 嵌 入式设 备 ｅ ｏｔ Ｎ — 联 网服务器 ， Ｎ Ｐ ｒ ｅ ｏ 同时提供 Ｒ ２ ２ ２ ／８ 接 口可 与任何 串 口设 备 ｔ Ｓ ３ ／ ２４ ５ ４ 连接 ，也可 以模拟ＭＯ Ｎ 使 目前 已存在 的网络应 用设备与Ｉ 网络 ＤＥ 可 Ｐ 连接 。通常 将它与设备 内部 的带有 串行接 口器件相联（ Ｕ、 Ｓ ） ＭＣ Ｄ Ｐ ， 以便 将本地 串口 、１ 的数据 与局域 网／ ０ 互联 网相联 接 ，实现 设备到 设 备 （ Ｍ ）的数据服 务。 Ｍ２