亏的人，疯子是会行 动的人, 本课题根据水库的水位测量需要,设计远程单片机水位监测系统，系统具有 水位的自动检测，定时处理数据远程上传等功能。该监控系统的设计将 会大大节省了人力物力，能够低功耗的实现小时连续监测和上传，为更好的 适应现代水位测量的需求，为水库的大坝的安全蓄水泄洪等提供依据。 课题研究的背景及发展现状 随着我国经济社会的发展，对水文信息不断提出新要求，水文观测内容不 断 增加，对观测手段和方法以及水文监测技术的研发和应用提出了越来越高的要 求现代电子技术传感技术通信技术嵌入式技术和计算机技术的迅速发 展和普及，为远程监控系统的实现提供了理想的平台，因此越来越多的水文站 把基于无线通讯技术的嵌入式监控系统作为水利系统自动化管理的新手段。 而随着水利自动化技术不断发展，水利系统的自动化水平也在逐步提高。水文 监测是水文传感器技术与采集存储传输处理技术的集成。其监测范围为 江河湖泊水库渠道和地下水等水文参数。监测内容为水位流量 流速降雨雪蒸发泥沙冰凌墒情水质等。而本次设计所涉及的 水库水位远程监测只是水文监测系统中的部分，用来监测水库水位。 从水文传统的人工监测技术分析来看，主要存在以下问题记录方式以模拟 方式为主，就是数字方式记录的也很难方便的输入计算机处理据处理基本靠 人 工处理判断，费时易错水文信息的采集传输处理的实时性和准确性较差， 无法适应现代水文的需求。 目前我国水文自动测报系统建设的三个阶段初级阶段发展阶段以及网精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 络化阶段。上世纪七十年代中期开始到八十年代中期为初级阶段。八十年代 中后期开始的十余年为小流域水文自动测试系统建设的发展期。九十年代 后期为适应防汛和水利调度现代化信息化的要求，以及近代通信嵌入式 计算机和网络技术高速发展的时代特点，水文自动测试系统的建设进入了网络 化阶段。 近三十年的发展历史，水文自动测报系统的建设和技术有了巨大的进步。 在 不同的历史时期，所建系统快速采集的数据，为防汛和水利调度的决策提供了 依 据和参考，发挥了相当大的社会经济效益。不少系统除常规水雨情信息外，闸 门 开度大坝渗压渗流灌区水位流量土壤墒情风向风速温度湿度地下 水 位乃至在线水质监视参数陆续纳入遥测系统，使遥测系统的功能大为扩展，从 而 可为防汛水利调度水环境管理等各应用服务提供了更多的实时数据。 水文自动测报系统运用的先进技术有 可靠的传感技术各种类型的传感技术，声学光学力学和化学的传感技 术。 系统的可自动监测的参数不断丰富。 所有可利用的通信技术有线和无线通信技术，自建和公共通信网等。系统 的 实时传输越来越快捷准确。精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 计算机及电子技术从单片机到个人电脑服务器，从高可靠的到双机 冗余，系统功能和可靠性不断提高。 网络技术从局域网到广域网，从数据库到数据共享，为预报提供了更好的 数 据基础。系统为地方乃至全国的防汛水资源调度及时提供准确数据的能力越 来 越强。 现在用于自动化监测的水位传感器主要有浮子式水位计压力式水位计 电子水尺和超声波水位计等。 采用浮子感应原理。当水库水位变化时，浮子的移动通过钢丝绳鼓 形轮使轴上的光电编码器发生相应的移动，从而将机械位移量转换成电子数字 量 送给微机系统进行处理，实时显示水位信号。该测量方式是我国最早采用的 种 水位测量方式，技术相对成熟，比其其它水位测量方式，要多套机械传动机 构， 容易发生钢丝锈蚀缠绕等故障，维护安装相对较繁杂，九十年代以后已不常 采 用。 采用压阻式液位变送器。水库水位变化时，压阻式液位变送器将水深 压力信号转换为电压信号，送给微机系统进行处理，实时显示水位信号。该水 位 测量方式因无机械传动部分，维护安装方便，测量精度可靠性不断提高，是当精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 今 用得较多的种水位测量方式。 超声波水位测量。超声波测量水位的原理是利用超声波的反射时间来 测距，传感装置向水面发射超声波，水面反射部分回波，反射波被装置探测， 波 的运动时间与距离成正比，通过声速及所测时间即可求得水位。 水位测量方式比较结果水位测量方式较多，有浮子式压阻式超声波 激光吹气式等。从发展前途出发，对于我们来说，选取超声式与方式样为位帧。所以方式也适 合于多机通信。 随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的 定时数器和多种接口集成在片芯片上，形成 芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译 为单片机。 掉电模式 在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后 条被执行的指令，片内和特殊功能寄存器的内容在终止掉 电模式前被冻结，退出掉电模式的唯方法是硬件复位，复位后将重 新定义全部特殊功能寄存器但不改变中的内容，在恢复到正 常工作电平前，复位应无效，且必须保持定时间以使振荡器重启动 并稳定工作。 精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 第章单片机水位监控系统分析与设计的硬件 在第二章中已分析了系统并绘制了框图，下面将根据框图分别设 计各部分电路。 水位监测电路的设计 由于超声波的穿透力很强，且不会影响到人们的正常工作，并且他的传播 速度快，所以本设计采用超声波测距原理来监测水位高度。 超声波测距电路主要包括超声波发射电路和超声波检测接收电路两部分。使 用单片机的端口输出超声波发射器所需的的方波信号，利用外中断 口监测超声波接收电路输出的返回信号。超声波发射电路主要由和超声 波发射器构成，单片机端口输出的的方波信号路经级与 非门后送到超声波发射器的个电极，另路经两级与非门后送到超声波发射 器的另个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以 提高超声波的发射强度。压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。 超声波换能器内部有两个压电晶片和个换能板。当它的两极外加脉冲信号， 其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板 振动产生超声波，这时它就是个超声波发生器反之，如果两电极问未外加 电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电 信号，这时它就成为超声波接收换能器。 超声波检测接收电路主要是由集成电路组成，它是款红外线检 波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载 波频率与测距的超声波频率较为接近，可以利用它制作超声波 检测接收电路。实验证明用接收超声波无信号时输出高电平，具有 很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。 放大电路的设计 在许多需要转换和数字采集的单片机系统中，很多情况 下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过个模拟放大器对其 进行定倍数的放大，才能满足转换器对输入信号电平的要求，精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 这种情况下，就必须选择种符合要求的放大器。仪表器的选型很多， 在这里介绍种用途非常广泛的仪表放大器，其实就是典型的差动放 大器。它只需三个廉价的普通运算放大器和几只电阻器，即可构成性 能优越的仪表用放大器。广泛应用于工业自动控制仪器仪表电气 测量医疗器械及其它数字采集的系统中。 电路原理并不复杂。要使电路满足平衡，则 ，因为每个运放的特性不可能完全致，在和的 增设了调零电位器和，这在实际的应用中是非常有用 的。假设的失配失调电压和电流均为零的情况下，其差模 电压增益为整个电路采用正负两组电源供电，这样可对正或负输 入电压进行放大。电源电压般可取，但对其稳定度有 定的要求。图中的电容用于除抖动和抗干扰，其取值应以实 际的用途，根据放大的信号特性决定。 可选用的运算放大器相当多，如如果要求不高， 甚至可选价廉的等通用运算放大器。 本设计的放大电路采用高精度集成运放做放大元 件,为种具有低失调电压低失调电流和低温漂的超低失调 运算放大器，其广泛地应用于稳定积分精密加法比较阖值电压 检测微弱信号精确放大等场合，是种通用性极强的运算放大器。 的电源电压范围，输入电压范围为，其 引线图如图。 是高精度低失调电压的精密运放集成电路，用于微弱信号 的放大。如果使用双电源，能达到最好的放大效果。 的主要参数 低的输入噪声电压幅度 极低的输入失调电压 极低的输入失调电压温漂 具有长期的稳定性 低的输入偏置电流 高的共模抑制比 宽的共模输入电压范围精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 宽的电源电压范围 可替代等电路 与接口电路的设计 是美国国家半导体公司 产品。是逐次逼近型芯片，片内带有锁存功能的路模 拟多路开关，可对路的输入模拟电压信号分时进行转换， 片内具有多路开关的地址译码和锁存电路比较器电阻型 网络树状电子开关逐次逼近寄存器，控制与时序电路等。 输出具有三态锁存缓冲器，可直接连到单片机数据总线。 是采样频率为位的以逐次逼近原理进行模 数转换的器件。其内部有个通道多路开关，它可以根据地址 码锁存译码后的信号，只选通路模拟输入信号中的个进行 转换。 主要特性精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 路位转换器，即分辨率位。 具有转换起停控制端。 转换时间为 单个电源供电 模拟输入电压范围，不需零点和满刻度校准。 工作温度范围为摄氏度 低功耗，约。 内部结构 是单片型逐次逼近式转换器，内部 结构如图所示，它由路模拟开关地址锁存与译码器 比较器位开关树型转换器逐次逼近 外部特性引脚功能 芯片有条引脚，采用双列直插式封装，如图 所示。 图的内部结构及引脚图 下面说明各引脚功能。精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行 动的人, 路模