電路圖天天讀（22）：智能水文監(jiān)控系統(tǒng)模塊電路

　　水位、水溫、流速等水文數(shù)據(jù)的測量一直是水電站部門的重點，目前，國內水文采集系統(tǒng)功能多以數(shù)據(jù)的采集和傳輸為主，少有根據(jù)現(xiàn)場的水情自動控制水利設備的功能。設計的智能水文監(jiān)控系統(tǒng)可以由水文管理者通過主控計算機設置水位的上下限，以實現(xiàn)自動控制水利設備的運轉;也可以在網絡出現(xiàn)故障時直接在現(xiàn)場通過按鍵進行上下限設置;目前國內同類產品中少有對智能監(jiān)控系統(tǒng)進行自檢的功能。本系統(tǒng)可以隨時通過上位機軟件設定的模擬水位信號對不同位置的智能監(jiān)控系統(tǒng)進行檢查，確定數(shù)據(jù)是否誤差過大，以保證數(shù)據(jù)的安全和可靠性。

　　數(shù)據(jù)采集前端AD電路模塊

　　通常水文信息的采集多使用不同公司開發(fā)的各種傳感器，其中一些傳感器的輸出量直接為開關量或數(shù)字信號，但是很多類傳感器的輸出是反應被測的非電量的模擬電壓或模擬電流信號，這類傳感器輸出的模擬電壓或電流信號需要轉換為相對應的數(shù)字信號才可以被微控制器處理。因此本系統(tǒng)設計了用于模數(shù)轉換的功能模塊，該模塊使用的A/D轉換器是TI公司生產的10 位模擬轉換串行器件TLC1549］。TLC1549以串行方式送給單片機，TLC1549的三個控制管腳與單片機P1口的P1.7（數(shù)字信號的輸出端）、 P1.6（時鐘）、P1.5（片選）三個通用I/O相連，構成串行接口，由單片機內部程序產生時鐘，控制單片機與TLC1549的數(shù)據(jù)傳送。單片機與 TLC1549的接口電路如圖2所示：

　　RS485接口模塊

　　智能監(jiān)控系統(tǒng)測量終端同時設計了RS-485現(xiàn)場總線的結構方式。對系統(tǒng)間可能出現(xiàn)的干擾，采用了光電隔離技術。本系統(tǒng)應用的現(xiàn)場環(huán)境一般都很惡劣，存在的各方面干擾常導致系統(tǒng)難以正常工作的可能情況，系統(tǒng)設計時采用了專用的電源監(jiān)控電路微處理芯片（MAX813）進行了抗干擾處理。在整體設計中，考慮到水利數(shù)據(jù)信息的采集和水利設備的控制兩者之間功能差異可能較大，數(shù)據(jù)采集的設備一般為弱電設備，電壓多為0V，而水利設備的控制多為市電220V甚至 380V的電壓，屬于強電控制電路，為避免系統(tǒng)間的干擾，監(jiān)控儀的繼電器控制板和與連接強電設備的繼電器板分開在不同的電路上，二者通過數(shù)據(jù)線進行連接 。

　　RS485模塊主要用于水利設備和控制器模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸，對于某個水文站的水文測量信息，往往現(xiàn)場測試點與另一個測試點相距較遠。例如，水位、水溫、流速等自動測量設備安裝在河流不同測量斷面的岸邊，而有些諸如雨量、氣溫等自動測量儀器則安裝在河流岸邊不遠的觀察站場內即可。RS485模塊設備簡單可靠、價格低廉、組網靈活、便于維護、抗干擾能力強、通信距離遠。目前國內的信息采集設備都提供RS485總線接口。水利設備采集的水文數(shù)據(jù)通過RS485 模塊轉換為物理鏈路層數(shù)據(jù)流，微控制器發(fā)送的命令也通過RS485模塊輸出給水利設備。RS485模塊的電路原理圖3如下：

　　上圖中，水利設備數(shù)據(jù)通過雙絞線485A和485B作為信號傳輸線，在485A、485B之間串聯(lián)一只10K的電阻，同時與地之間各跨接一個5V的二極管，以消除線路的浪涌干擾，485T為數(shù)據(jù)的發(fā)送端，485R為數(shù)據(jù)接收端，485EN為模塊的使能控制端。

　　TCP轉RS232串口模塊

　　該接口模塊采用NePort-EN嵌入式設備聯(lián)網服務器，NePort擁有10M/100M的以太網接口，并可同時傳送TCP/UDP包給多個數(shù)據(jù)接收設備。并且提供1到3個高速串口，波特率可達921600bps。NePort同時提供RS232/422/485接口可與任何串口設備連接，也可以模擬 MODEN可使目前已存在的網絡應用設備與IP網絡連接。NePort包含一個波特率達460kbps的3.3V COMS邏輯電平（可承受5V） 的高性能串口、電源、復位、時鐘。通常將它與設備內部的帶有串行接口器件相聯(lián)（MCU、DSP），以便將本地串口、IO的數(shù)據(jù)與局域網/互聯(lián)網相聯(lián)接，實現(xiàn)設備到設備的數(shù)據(jù)服務。

　　串口使用電纜來傳輸較遠距離，需采用符合RS232或RS422/485電平的方式傳送。所以需要使用一片電平轉換/接口芯片。由于NePort的電源是3.3V，因此在設計中采用了低壓差電壓調節(jié)器LM1117器件。接口電路圖如下圖4所示。

電子發(fā)燒友網技術編輯點評分析：

　　單片機控制方便、使用簡單等特點。采用STC89LE54單片機作為水位檢測系統(tǒng)的控制核心，結合傳感器應用技術，利用模數(shù)轉換電路檢測轉換后的水位模擬信號，實現(xiàn)水位、溫度的實時測量和顯示。同時，智能水文監(jiān)控系統(tǒng)中的終端監(jiān)控器上配置的鍵盤可以設置、查詢水位上、下限和實時水位，實時測量時，根據(jù)事先設定的上下限比較，當實際水位數(shù)據(jù)超上、下限終端控制器進行報警，并自動控制閘門電機運轉，系統(tǒng)通過TCP/IP 模塊走MODBUS工業(yè)總線協(xié)議與主機進行通信，將實時采集的水文信息上傳到主機。同時系統(tǒng)終端利用LCD 顯示、聲音、鍵盤輸入模塊進行人機交互。

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