基于单片机的水情监测系统设计

南宦理二大学硕士学位论文基于单片机的水情监测系统设计王国伟指导教师：王重副塾援萱生红直级王猩垣论文级多IIJ．工程亟±作者单位：国圆皇左型堂盟究院出版时间：垒Q!窒生墨旦洲Y…2四0俐6¨¨ii●I洲5Ⅲ9¨¨¨¨●■-andTechnology一一lneerlngMonitoringSystemDesignHydrometryBasedonMCUByGuoWeiWangUndertheofSupervisionProfessorLeiWangSeniorCaoaoNianNlanrolngEngineernoHHongStateGridElectricPowerResearchInstitute2012March声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：况固!堑a。肛年／；月t夕日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：碑文咿年7月『7日工程硕士论文基于单片机的水情监测系统设计摘要我国地处季风气候区，暴雨洪水频发。受季风气候影响，我国大部分地区夏季湿热多雨、雨热同期，不仅短历时、高强度的局地暴雨频繁发生，而且长历时、大范围的全流域降雨也时有发生，几乎每年都会发生不同程度的洪涝灾害。因此，完善的水情监测有助于中心站实时监测各地水情，并对各种突发状况做出及时、合理的措施来防止灾害的发生和降低灾害所造成的破坏。本次设计以AT89C51芯片为核心，辅以相关的外围电路，设计了以单片机为核心的水情监测系统。系统由12V直流电源供电。在硬件方面，除了单片机外，采用toSDI．12总线来连接多个传感器，通过TDC40SDI．12RS232转换器将传感器采集到的水情数据发送到单片机PO口，单片机通过FLASH存储实时数据，亦可通过PSTN、GSM、北斗卫星、海事卫星等通信信道将采集到的水情数据传输到中心站。在软件方面，采用C语言编程。通过对单片机程序设计实现对水情监测系统的整个水情数据的采集、存储和传输程序进行监测、判断和控制以及人机交换。论文的结尾对本次设计做一个整体总结和展望，以期能对基于SDI．12总线的信号采集、存储和传输的相关应用提供一个有益的参考。关键词：单片机、SDI．12、数据采集、水情监测Abstract工程硕士论文AbstractrainandfloodChinaislocatedinthemonsoonclimatezoneandtorrentialoftenourisandmoreinthismonsoonofhotwetrainclimate，mostbyregionhappens．Affectedforshortlocalrainstormoftenalsosummer．Notduration,highstrengthonlyhappens，butoftendisasterrainin而deofthedurationrangevalley诵tl】：longinofournation谢nldegrees．Therefore，Perfecthappenslargerangevaryinghydrologicalcanreal―timeinallthecentralmonitoringhelpmonitoringhydrologicalregions、^唁thstationandMakeandreasonablemeasuresforaofsituationstotimelyvarietyunexpectedandthecauseddisasters．disastersreducepreventdamagebyTheusetheAT89C51asthewitllthecore，combinednecessarydesignchipperipheralthewith51MCUasacore．Itconsistscircuits．Wehydrologicalmonitoringsystemdesign12VthehardwareadditiontousesSDI一12bustoofDCside，inMCU，Itpowersupply．Onconnectsensors．Collected2toRS232thewaterlevelmultiplebyTDC40SDI一1converteOandsensordataissenttotheMCUPO．TheMCUuseFLASHtostorereal-timedataportsthecollectedwaterleveldatatothecentralstationtransportthroughassatelliteandSOon．Onthethechannel，suchPSTN，GSM，COMPASSsatellite，maritimesoftwareuseCforontheside，weMCU，welanguageprogramming．Byprogrammingrealizefortheentiredatahydrologicalmonitoringsystemhydrologicalandfordetermineandcontrolandhumantransportproceduresmonitoring，toexchange．anabouttheandforwardnewAttheentireend，thepapergivessummarydesignputsandviewstoabeneficialreferencetotheusedtoprospectsprovideapplicationsignalbasedonSDI．12businthefuture．andtransmissionacquisition,storagewords：MCU、SDI一12、datalevelKeyacquisition、watermonitoringⅡ基于单片机的水情监测系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．II．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．III．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1…………………………………………………．11．2国内外研究现状…………………………………………………………………．11．3本课题的主要内容………………………………………………………………21．3．1研究内容…………………………………………………………………。21．3．2内容安排…………………………………………………………………．．22系统设计指标与总体方案……………………………………………………………．42．1系统设计指标……………………………………………………………………42．1．1技术指标…………………………………………………………………．42．1．2基本功能…………………………………………………………………．42．2总体方案…………………………………………………………………………52．2．1雨量遥测站设计方案……………………………………………………．52．2．2水库监测站设计方案……………………………………………………．．62．2．3水文遥测站设计方案……………………………………………………．72．3本章小结…………………………………………………………………………83基于单片机的水情监测技术…………………………………………………………93．1单片机原理及接口技术……………………………………………………………93．1．1单片机的选择……………………………………………………………一93．1．2AT89C51内部结构………………………………………………………一93．1．3AT89C51引脚及功能……………………………………………………．103．1．4时钟振荡电路设计………………………………………………………123．1．5开关式复位电路设计……………………………………………………123．1．6电源电路电路设计………………………………………………………123．2SDI．12总线……………………………………………………………………………………………．133．2．1SDI．12电气接口…………………………………………………………143．2．2SDI．12通讯协议…………………………………一……………………．143．2．3SDI．12的命令和响应……………………………………………………153．2．47SDI．12的时序…………………………………………………………………1III目录工程硕士论文3．2．5SDI．12的流程图……………………………………………………………173．2．6SDI．12与RS．232…………………………………………………………………………．．193．3本章小结…………………………………………………………………………204监测站硬件系统设计…………………………………………………………………。214．1监测站硬件设计思路和系统框图………………………………………………214．2A／D转换模块设计………………………………………………………………．．224．2．1A／D转换芯片选择………………………………………………………．．224．2．2MAXl97～D转换的基本原理…………………………………………．234．2．3MAXl97与单片机的硬件接口设计………………。：…………………。244．3存储模块设计……………………………………………………………………254．3．1存储芯片选择……………………………………………………………254．3．24．4串口扩展设计……………………………………………………………………284．5I／O口扩展……………………………………………………………………………………………．．294．6本章小结………………………………………………………………………。3l5监测站软件系统设计…………………………………………………………………325．1总体软件设计…………………………………………………………………。325．1．1雨量站系统软件设计流程………………………………………………325．1．2水库站系统软件设计流程………………………………………………．345．1．3水文位站系统软件设计流程………………………………………365．2A／D数据采集模块软件设计……………………………………………………375．3FLASH数据存储模块软件设计………………………………………………。385．3．1无效块的识别……………………………………………………………．395．3．2页卖……………………………………………………………………………………………。395．3．3页编程……………………………………………………………………405．3．4擦除编程…………………………………………………………………415．4本章小结…………………………………………………………………………426总结与展望……………………………………………………………………………．．436．1工作总结…………………………………………………………………………436．2研究展望……………………………………………………