基于單片機(jī)控制水位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

1、基于單片機(jī)控制水位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)摘要：針對目前農(nóng)業(yè)灌溉中水位無法精確測量以及 監(jiān)控不及時的問題，開發(fā)設(shè)計(jì)了基于at89s51單片機(jī)控制的 水位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。從下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)組成到各功 能模塊選型及功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。該系統(tǒng)不僅能夠精確 地檢測水位的數(shù)值，還可以利用485總線進(jìn)行上位機(jī)和下位 機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)了水位的實(shí)時檢測、記錄和監(jiān)控。關(guān)鍵詞：單片機(jī)水位檢測監(jiān)控485總線0引言在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)業(yè)灌溉用水占到全國總用水量的一半 以上，實(shí)施節(jié)水灌溉在水資源合理開發(fā)、高效利用中占有舉 足輕重的地位。而在這其中，對水位的檢測和遠(yuǎn)程監(jiān)控是推 廣節(jié)水灌溉政策中一項(xiàng)基礎(chǔ)而又關(guān)鍵的技術(shù)。本文介紹利用 a

2、t89s51單片機(jī)、adc0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、at24c系列存儲芯 片以及485總線等器件組成一個遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控灌溉水 渠中水位變化情況，并能記錄存儲。整個系統(tǒng)由下位機(jī)系統(tǒng) 和上位機(jī)系統(tǒng)組成，下位機(jī)系統(tǒng)是一個基于單片機(jī)控制的水 位監(jiān)測系統(tǒng)，分布在需要監(jiān)測水位的采集點(diǎn)，負(fù)責(zé)采集水位 信息并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)行處理；上位機(jī)系統(tǒng)也是單片機(jī)控制 系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)通過485總線收集各個采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)并顯示、 存儲及控制。1設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)流程由于整個系統(tǒng)是由下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)組成，分別 完成不同的功能，因此在設(shè)計(jì)時要分別設(shè)計(jì)。1.1下位機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.2上位機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)根據(jù)上位機(jī)系統(tǒng)的功能，上位機(jī)可

3、分為單片機(jī)模塊，按 鍵模塊，通信模塊，顯示模塊和存儲模塊。單片機(jī)模塊中仍 然采用at89s51單片機(jī)作為控制核心，負(fù)責(zé)上位機(jī)的通信、 顯示及存儲等功能；按鍵模塊主要實(shí)現(xiàn)切換定點(diǎn)顯示和循環(huán) 顯示，只需一個按鍵，采用獨(dú)立按鍵方式；通信模塊用于從 下位機(jī)上傳信息，采用485總線通信；存儲模塊用來存儲采 集來的數(shù)據(jù)信息，由于單片機(jī)內(nèi)部存儲空間有限，所以采用 串行存儲器at24c256o上位機(jī)系統(tǒng)模塊圖如圖2所示。2硬件電路設(shè)計(jì)通過對整個系統(tǒng)的分析，選擇合適的芯片進(jìn)行電路設(shè) 計(jì)，由于本系統(tǒng)中主要芯片是存儲芯片at24c256和模數(shù)轉(zhuǎn) 換芯片adc0809,在下文中進(jìn)行對其原理及電路設(shè)計(jì)重點(diǎn)講 解，其他電

4、路例如at89s51單片機(jī)電路，數(shù)碼管電路及驅(qū)動 芯片，按鍵電路等可以參考常見教材里的內(nèi)容，此文不再贅 述。2. 1存儲模塊由于上位機(jī)需要存儲采集來的水位值，并且要求斷電后 數(shù)據(jù)能保存，因此采用非易失性串行存儲器。at24c256串行 eeprom是atmel公司推出的低功耗cmos存儲器，具有工作 電壓寬、擦寫次數(shù)多、寫入速度快等特點(diǎn)，其容量為256kb, 內(nèi)存組織形式為32768x8,頁寫入方式64b,使用i2c總線 協(xié)議,100000編程擦寫周期，可保存數(shù)據(jù)100年，8腳pdip、 soic封裝。本系統(tǒng)采用8腳pdip封裝，其引腳圖如圖3所硬件連接時，ao、a1與地相連，nc與wp懸空，

5、scl與 sda分別與單片機(jī)上的兩個10引腳相連，通過程序模擬i2c 總線協(xié)議。2. 2水位采集模塊下位機(jī)的水位采集裝置使用密封的塑料管，內(nèi)部均勻的 放置10個干簧管，間隔5cm,每個干簧管與一個電阻串聯(lián)， 阻值分別是100q到1kq,不同干簧管導(dǎo)通，產(chǎn)生的阻值不 同。塑料管外部套一個浮子，浮子上安裝一個條形磁鐵，磁 鐵長度為6cm,當(dāng)水位上升或下降時，浮子上的磁鐵也跟著 上下移動，使得不同位置的干簧管閉合或斷開，這樣塑料管 內(nèi)部對外輸出的電阻阻值也就發(fā)生變化，兩端連上電源就會 得到相對應(yīng)的電壓值，通過測量電壓值，就可得到浮子的位 置即水位。水位采集裝置得到的電壓值需要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)

6、字量，本設(shè)計(jì)采用市場上常見的adc0809芯片將模擬 量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。adc0809是8位八通道逐次逼近式a/d轉(zhuǎn) 換器，主要由輸入通道，逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出 鎖存器組成。在硬件上將采集到的電壓輸入某一個通道，通 過程序打開此通道將模擬量進(jìn)行輸入采集，之后通過查詢方 式查詢轉(zhuǎn)換是否完成，最后通過數(shù)據(jù)輸出線將數(shù)據(jù)讀走。3軟件程序設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)也分為下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)兩 部分。為了保證它們之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，采用以下的通 信協(xié)議：主機(jī)讀取數(shù)據(jù)時，先發(fā)送讀命令，指定的從機(jī)向主 機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)，若規(guī)定時間內(nèi)，主機(jī)未收到或收到的數(shù)據(jù)有誤, 則重發(fā)讀命令。下位機(jī)程序主要包括：水位采集子

7、程序，顯 示子程序，數(shù)據(jù)傳輸子程序和最后集成的主程序。上位機(jī)程 序主要包括：顯示子程序，按鍵子程序，數(shù)據(jù)傳輸子程序， 存儲子程序和最后集成的主程序。4結(jié)束語本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了基于at89s51單片機(jī)、adc0809模數(shù) 轉(zhuǎn)換器和at24c256串口存儲芯片開發(fā)的一個水渠水位遠(yuǎn)程 監(jiān)控系統(tǒng)，可以在農(nóng)業(yè)灌溉中推廣使用。此系統(tǒng)具有擴(kuò)展性 強(qiáng)，遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，費(fèi)用低廉，覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)， 如果和無線傳輸技術(shù)相結(jié)合，更可以大大節(jié)約施工成本。另 外，此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對遠(yuǎn)程監(jiān)控其它物理量具有指導(dǎo)性意義。參考文獻(xiàn)：1 尹淑欣，王雪，曹洪軍灌區(qū)地下水水位遠(yuǎn)程監(jiān)測系 統(tǒng)上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)j.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)， 2012 (10)： 76-79.2 唐振，宋天武，金明.基于rs-485總線的分布式水 位監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)j.湖北科技學(xué)院學(xué)報(bào),2013 (8)：