基于電流環(huán)的水位遠(yuǎn)程自動監(jiān)測系統(tǒng)的研制
摘 要:介紹一種采用20mA電流環(huán)驅(qū)動方式的高樓供水水位遠(yuǎn)程自動監(jiān)測系統(tǒng).此系統(tǒng)能進(jìn)行遠(yuǎn)距離、高速度通信,并且有較強(qiáng)的現(xiàn)場抗干擾和噪聲抑制能力。通過無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞较蛑行陌l(fā)送水位信息。實(shí)現(xiàn)了水位監(jiān)測的實(shí)時性。
關(guān)鍵詞:無線數(shù)據(jù)傳輸;自動監(jiān)測;電流環(huán);串行通信
1 引言
隨著生活水平的不斷提高,人們追求舒適、便利的居住環(huán)境的要求越來越高。水池的溢流、建筑污水井的污水不能排放等還是經(jīng)常出現(xiàn)并難以處理的問題。因此及早發(fā)現(xiàn)并有效地對控制對象進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控應(yīng)該是智能管理系統(tǒng)的重要內(nèi)容之一。目前,城市樓頂蓄水池和農(nóng)村居民自建房頂蓄水箱的水位監(jiān)測仍然采用傳統(tǒng)的方法,這些方法早已不能滿足需求。為了及時掌握水位情況.在監(jiān)控中心建立一套高樓供水水位遠(yuǎn)程自動監(jiān)測系統(tǒng)是非常必要的,它可以進(jìn)行大范圍多點(diǎn)監(jiān)控,以實(shí)現(xiàn)對水位動態(tài)參數(shù)的同步、快速、準(zhǔn)確的觀測。
2 系統(tǒng)的基本工作原理與構(gòu)成
本監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是對水箱水位的控制及監(jiān)測。具有自動檢測水泵入水口水源狀況和蓄水箱水位狀況的功能。前者是為了保證水泵電動機(jī)的安全運(yùn)行。后者是在水泵工作時防止發(fā)生蓄水箱缺水和溢水。此系統(tǒng)一般在無人值守情況下工作,所以單片機(jī)必須能自動對水箱水位進(jìn)行采樣,對水位輸入信號進(jìn)行分析.并與設(shè)置好的水位參數(shù)進(jìn)行比較,控制電機(jī)水泵的開啟和停機(jī).實(shí)現(xiàn)水位的調(diào)節(jié)。用水量在不同季節(jié)有很大的變化.改變水位參數(shù)可更好地滿足供水需求。另外。將水位動態(tài)參數(shù)通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送到中心控制室。基于以上要求,此系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3 硬件電路的設(shè)計(jì)
本監(jiān)控系統(tǒng)可靠性高,適應(yīng)長期室外水浸的惡劣環(huán)境,水位信號檢測裝置等不易銹蝕。系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠、故障率低、造價低、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、大小適中.安裝時不需特殊設(shè)備和工具。發(fā)射部分的硬件電路采用20mA電流環(huán)驅(qū)動方式,如圖2所示。
單片機(jī)2與無線發(fā)射模塊采用串口通信.而普遍采用的MCS51和PIC系列單片機(jī)通常只有1個(或沒有)UART異步串行通信接口,通常的方法是擴(kuò)展1個8251或8250通用同步,異步接收發(fā)送電路(US-ART)。需額外占用單片機(jī)的I/O資源。下面也將介紹一種用單片機(jī)普通:I/O口實(shí)現(xiàn)串行通信的方法。接收電路較簡單,水位信息可在點(diǎn)陣陣列中簡單顯示。也可在PC上顯示。
3.1 20mA電流環(huán)通信原理
20mA電流環(huán)是一種非正式的串行通信標(biāo)準(zhǔn)。它以20mA電流流過通信環(huán)路表示數(shù)據(jù)信號的傳遞(邏輯1),無電流為空號(邏輯0),在接收端由光電耦合器件將電流還原為微機(jī)可以讀的電平信號。
3.2 普通I/O口實(shí)現(xiàn)串行通信
由于電流環(huán)方式是通過環(huán)路中電流的有無來表示邏輯值“1”和“O”,而不是用電平的高低表示邏輯值,加上在收發(fā)二端采用光電隔離技術(shù),因此與電平方式相比,具有明顯的優(yōu)點(diǎn):信號不易衰減、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率高、傳輸距離可達(dá)幾千米。其中一組的電路如圖3所示。
在圖3中.主機(jī)89C2051的P3.1為串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送端,P3.0為接收端;從機(jī)89C2051的P1.4為模擬發(fā)送端,P1.5為模擬接收端。
在工業(yè)檢測中,檢測信號受外界各種干擾較大.特別是電平信號,受通信線路產(chǎn)生的電、磁干擾及線路本身的分布電容的影響特別大。在本電路中由單片機(jī)來的電平信號通過TILll7型光電耦合器變換為20mA電流信號,電流信號經(jīng)過長線傳輸?shù)竭_(dá)接收端后,將其重新轉(zhuǎn)換為電平信號。在這一過程中.光電耦合器有利于隔離長線傳輸中信號所受到的干擾。因?yàn)楣怆婑詈掀魇馆斎肱c輸出隔離,從而避免共地環(huán)路,消除和抑制了各類干擾信號;再有.噪聲的輸出阻抗較大,即使電平很高的噪聲,其電流也很小,不足以使二極管發(fā)光,因此,光電耦合器件只傳輸了有效信號,隔離了噪聲。同時,由于光電耦合器件具有單向傳輸性,使輸出端信號和干擾信號不會反饋到輸入端。本電路采用的是MO―TOROLA公司的TILll7型普通光電耦合器,采用這種光電耦合器,實(shí)際通信速率可以達(dá)到9600b/s。光電耦合器必須使用二組獨(dú)立電源,方能起到隔離、抗干擾的作用。
4 接口程序設(shè)計(jì)
在軟件設(shè)計(jì)中,主要采用普通1/O口模擬串口進(jìn)行異步串口通信。若主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的幀格式為N.8.1,發(fā)送時,先判斷P3.0是否有從機(jī)接收數(shù)據(jù)完畢后的高電平,如有,則開始發(fā)送:先發(fā)送1個起始位(低電平),接著按低位在先的順序發(fā)送8位數(shù)據(jù),最后發(fā)送停止位。從機(jī)接收數(shù)據(jù)時,先判斷P1.5是否有起始低電平.如有,則按低位在先的順序接收8位數(shù),最后判斷P1.5是否有停止高電平,如有,則完成1個數(shù)據(jù)的接收,否則繼續(xù)等待。然后置P1.4為高電平,通知主機(jī)接收數(shù)據(jù)完畢,可再發(fā)下1個數(shù)據(jù)。其中軟件的編寫嚴(yán)格按照異步通信的時序進(jìn)行,每位傳送時間間隔按通信速率1 200bit/s計(jì)算為833μs。模擬串行通信的單字節(jié)部分參考程序如下所示:
甲機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)程序:
5 結(jié)束語
本檢測系統(tǒng)可以進(jìn)行大范圍多點(diǎn)監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)了對多點(diǎn)水位動態(tài)參數(shù)的同步、快速、準(zhǔn)確的觀測。利用配備的打印/通信接口,還可以設(shè)定打印時間,把檢測結(jié)果自動列表打印或送至計(jì)算機(jī)。結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便,抗干擾能力強(qiáng),測量精度高,性能穩(wěn)定,不需要專門維護(hù)保養(yǎng)。
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