基于AT89S8252單片機的水文纜道測驗系統(tǒng)設(shè)計
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經(jīng)過近50年的發(fā)展，水文測流已形成以纜道測流為主，特別是纜道測流技術(shù)，近幾年發(fā)展迅速，基本可形成標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的條件，如纜道架設(shè)已從多樣化發(fā)展到基本采用開口游輪省力方式;水文絞車已從手搖、皮帶聯(lián)連到滑差調(diào)速電動驅(qū)動、直流伺服電機驅(qū)動到與交流變頻調(diào)速配套使用的普通交流異步電機驅(qū)動絞車;纜道信號從直流有線、交流有線、交流無線和無線電信號發(fā)展到纜道綜合信號的地回路傳輸方式;流速測算已從電鈴、音響記數(shù)和自記計數(shù)、計時計數(shù)和流速直接測算到直接整算流量成果報表;起點距和入水深測量已從繩結(jié)測量、繩長計數(shù)測量到具有垂弧度自動修正的實距測量;行車控制也由手動、電動、滑差調(diào)速到直流可控硅調(diào)速發(fā)展打今天的交流變頻調(diào)速;總的繞道測流系統(tǒng)也由手動到半自動發(fā)展到全自動控制測流系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)框圖如圖1所示。
采用AT89S8252單片機。由于河道測驗的數(shù)據(jù)量大且運算比較復(fù)雜，而單片機內(nèi)部的存儲器容量有限。故增加外部存儲器RAM6116和ROM6264.外部信號的輸入采集接口是以多路A/D片ADC0809為核心，將纜道信號和水位信號送到單片機P1口和P3口承擔(dān)其他輸入、輸出信號的接口。下面根據(jù)水文測驗的特點，介紹主要的接口電路和工作過程。
1.1 ADC0809接口電路
ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，ADC0809的主要特性：
1.它是具有8路模擬量輸入、8位數(shù)字量輸出功能的A/D轉(zhuǎn)換器。
2.轉(zhuǎn)換時間為100μs.
3.模擬輸入電壓范圍為0V~+5V,不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。
4.低功耗，約15mW.
他將電傳水位計的水位變化信號和纜道送來的流速、偏角、水面水底信號經(jīng)變換后傳送到單片機。該接口具有電路簡單、穩(wěn)定可靠、抗干擾強等特點。
1.1.1 水位信號的獲取
電傳水位計是用來監(jiān)測水位的變化，為了獲取水位信號對電傳水位計的傳感器部分進行了改造。在傳感器內(nèi)部增加了干簧繼電器J3,J4,J5,取消內(nèi)部電池而直接由系統(tǒng)供電。電阻R5~R8組成分壓器，分壓器輸出到ADCIN2口電路如圖2所示。當(dāng)水位變化時浮子隨之升降，浮子升降3 cm,傳感器內(nèi)部的磁鋼旋轉(zhuǎn)一周，即每變化1 cm有一個干簧繼電器會通斷一次。J3,J4,J5分別吸合時IN2口的電壓分別為1.6 V,2.5 V,3.2 V左右，無繼電器吸合時IN2口電壓為+5 V.根據(jù)ADCIN2口的電壓數(shù)值可以判斷是哪個干簧繼電器通斷，由IN2端電壓變化規(guī)律可以知道水位的上升或下降如圖3所示，圖3中(a)為上升，(b)為下降。
1.1.2 水面水底信號的獲取
進行垂線水深測量時，鉛魚運行到河道斷面的指定垂線位置后開始下降，一旦鉛魚接觸水面則啟動水深計數(shù)器開始水深計數(shù)，當(dāng)鉛魚繼續(xù)下降接觸水底時，水底開關(guān)閉合停止計數(shù)，該計數(shù)值即為本條垂線的水深初值。工作過程如下：在鉛魚下降過程中單片機不斷地讀取ADCIN1口電壓，鉛魚入水前繼電器J1,J2處于常閉位置，ADC0809輸入端IN1的電壓是由R3,R4分壓決定為2.5 V,一旦鉛魚接觸水面+5 V電壓通過水下極板→河水→鉛魚→副索1→ADC0809使IN1端電壓上升到3 V以上。單片機根據(jù)IN1口的電壓判斷鉛魚已接觸水面啟動水深計數(shù)，同時令P3.4輸出高電平繼電器J1接通常開觸點，由電路圖可知河水電阻與R4并聯(lián)使IN1口的電壓為1.5 V左右。當(dāng)鉛魚繼續(xù)下降直到接觸河底，河底開關(guān)K2被壓通，鉛魚內(nèi)部4.5 V電池E1接入電路中ADCIN1口電壓下降到0 V以下，單片機判斷已達到河底停止水深計數(shù)并通過P1口輸出信號使水深電動機停止運行。
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