基于AT89S8252芯片實(shí)現(xiàn)水情遙測(cè)終端的設(shè)計(jì)方案

引言

隨著水資源越來(lái)越緊缺，生態(tài)水文的建設(shè)也越來(lái)越受到重視。水情測(cè)報(bào)是水文信息化基礎(chǔ)項(xiàng)目之一，也是生態(tài)水文建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。它通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集到的水位、雨量、流速等信息，利用無(wú)線或有線通信方式，在監(jiān)測(cè)中心站實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水情狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。水情遙測(cè)終端（RTU）在水情測(cè)報(bào)中起著及其重要的作用，性能穩(wěn)定可靠、低功耗、功能完善、通用性強(qiáng)的水情遙測(cè)終端，才能滿(mǎn)足水文信息化、生態(tài)水文建設(shè)對(duì)水情信息采集的要求。

在現(xiàn)有的水情測(cè)報(bào)RTU產(chǎn)品中，比較多的是用單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也有一些是采用基于ARM和μCOS操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但存在系統(tǒng)性能不穩(wěn)定、功耗過(guò)高、通用性不強(qiáng)、可靠性不強(qiáng)等缺陷。本文采用AT89S8252芯片設(shè)計(jì)了一款功耗低、性能穩(wěn)定可靠、通用性強(qiáng)的水情測(cè)報(bào)遙測(cè)終端，在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站點(diǎn)中的使用達(dá)到水文信息化的技術(shù)要求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在硬件電路設(shè)計(jì)采用主從結(jié)構(gòu)，即：主模塊（RTU）滿(mǎn)足水情測(cè)報(bào)終端的基本功能要求；從模塊是基于不同水情測(cè)站的技術(shù)要求而擴(kuò)展的一些功能模塊，從而提高了RTU擴(kuò)展靈活性和通用性。

2 硬件設(shè)計(jì)

低功耗水情遙測(cè)終端采用AT89S8252芯片，它帶有8K的FLASH和2K的EEPROM。硬件邏輯結(jié)構(gòu)上由水位接口電路、雨量接口電路、電源電路、編程器電路、通信接121電路（RS485、RS232和超短波電臺(tái)電路）、片選電路、看門(mén)狗以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路組成。硬件邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

系統(tǒng)采用浮子式WFH-2型全量機(jī)械編碼水位計(jì)和翻斗式JDZ-05型雨量計(jì)，水位接口電路和雨量接121電路分別與它們相匹配。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖

2．1電源電路設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗功能，在電源電路上分為值守電源電路和受控電源電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。

值守電源電路向WDT、RTC、雨量接口電路以及CPU供電；受控電源電路向通信接口電路（RS485、RS232和超短波電臺(tái)電路）、片選電路及水位接口電路供電。

遙測(cè)終端在值守狀態(tài)下，CPU處于掉電工作模式，只有WDT、RTC以及雨量接口電路處于工作狀態(tài)，其它外圍電路部分處于斷電狀態(tài)，此時(shí)數(shù)傳終端的值守電流

2．2通信接口電路設(shè)計(jì)

根據(jù)目前水情測(cè)報(bào)的技術(shù)要求．以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，在RTU上設(shè)計(jì)了RS485、RS232、超短波電臺(tái)=三種通信接口。從模塊通過(guò)這三種通信接口與RTU進(jìn)行通信。實(shí)現(xiàn)了RTU的靈活擴(kuò)展和通用性增強(qiáng)。

通過(guò)RS485可以掛接一些水情采集類(lèi)模塊等；通過(guò)RS232可以和自由串口類(lèi)模塊進(jìn)行通信（比如GPRS、GSM、無(wú)線射頻模塊等），使RTU滿(mǎn)足不同通信要求的應(yīng)用；超短波電臺(tái)通信方式目前還使用比較廣泛，所以單獨(dú)設(shè)計(jì)超短波電臺(tái)接口電路，以滿(mǎn)足在使用超短波電臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)的地區(qū)使用。

由于AT89S8252芯片只有一個(gè)UART口，所以在三種通信接口前增加了一個(gè)片選電路，通過(guò)片選電路來(lái)實(shí)現(xiàn)三種通信方式的不同應(yīng)用場(chǎng)合，增加了RTU使用的靈活性。

2．3編程器電路設(shè)計(jì)

鍵盤(pán)以及顯示電路都設(shè)計(jì)在編程器電路中，以從模塊的結(jié)構(gòu)方式和RTU進(jìn)行通信。系統(tǒng)設(shè)置的參數(shù)存儲(chǔ)在AT89S8252芯片的2K的EEPROM中。編程器也通過(guò)片選電路和RTU通信，采用串口通信方式。編程器通過(guò)握手信號(hào)使RTU從掉電模式進(jìn)入工作模式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)RTU進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能。

3 軟件設(shè)計(jì)

RTu低功耗的特性，主要通過(guò)軟件控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，軟件流程圖如圖2所示。

圖2軟件流程圖

RTU平時(shí)工作在掉電模式，通過(guò)外部中斷方式喚醒進(jìn)人工作狀態(tài)。AT89S8252CPU的中斷0分配給雨量電路，中斷1分配給RTC。

雨量接口電路信號(hào)中斷喚醒CPU，使R11J進(jìn)入工作狀態(tài)，發(fā)送完雨量信號(hào)后立即又使BTU進(jìn)人值守狀態(tài)。

RTC每秒中斷一次喚醒CPU，使CPU進(jìn)入工作模式，判別是否有編程器握手信號(hào)，若有則通過(guò)串口和編程器通信：1．參數(shù)設(shè)置模式時(shí)，受控電源電路關(guān)閉，外圍電路不工作，僅僅只有編程器和CPU通信進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；2發(fā)送、顯示數(shù)據(jù)模式時(shí)，受控電源電路開(kāi)啟．RTU進(jìn)入工作狀態(tài)，采集水情參數(shù)并通過(guò)串口發(fā)送到編程器上顯示并發(fā)送到上位機(jī)。然后判別系統(tǒng)定時(shí)工作時(shí)間是否到達(dá)，若到達(dá)則開(kāi)啟受控電源電路，RTU進(jìn)入工作狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：設(shè)計(jì)了受控電源電路，實(shí)現(xiàn)了水情遙測(cè)終端的低功耗，穩(wěn)定性可靠；設(shè)計(jì)了RS485、RS232、超短波電臺(tái)j=種通信接I=1，實(shí)現(xiàn)了RTU的靈活擴(kuò)展和通用性增強(qiáng)，滿(mǎn)足了不同通訊方式的應(yīng)用場(chǎng)合。

建湖水情自動(dòng)測(cè)報(bào)項(xiàng)目采用該RTU，在實(shí)際的運(yùn)用中，取得了良好的效果。該水情自動(dòng)測(cè)報(bào)項(xiàng)目中給該RTU配備的蓄電池為100Ah，太陽(yáng)能為15W，采用超短波通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在值守狀態(tài)下RTU值守電流

低功耗水情遙測(cè)終端的研制，完全滿(mǎn)足目前水情自動(dòng)測(cè)報(bào)的技術(shù)要求，該水情遙測(cè)終端已經(jīng)應(yīng)用于江蘇、廣東、福建等一些水利部門(mén)和水庫(kù)的綜合項(xiàng)目中．系統(tǒng)性能可靠穩(wěn)定，在這些綜合項(xiàng)目中發(fā)揮著應(yīng)有的作用，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益已達(dá)百萬(wàn)元之多。由于其功耗低和擴(kuò)展的靈活性，在未來(lái)的無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展下也有著廣闊的應(yīng)用前景。

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