基于AT89S8252芯片实现水情遥测终端的设计方案

出处:微计算机信息 发布于:2020-10-22 14:22:10

  引言

  随着水资源越来越紧缺,生态水文的建设也越来越受到重视。水情测报是水文信息化基础项目之一,也是生态水文建设的一个重要环节。它通过现场传感器采集到的水位、雨量、流速等信息,利用无线或有线通信方式,在监测中心站实现对现场水情状况的实时监测。水情遥测终端(RTU)在水情测报中起着及其重要的作用,性能稳定可靠、低功耗、功能完善、通用性强的水情遥测终端,才能满足水文信息化、生态水文建设对水情信息采集的要求。

  在现有的水情测报RTU产品中,比较多的是用单片机系统来实现,也有一些是采用基于ARM和μCOS操作系统来实现的,但存在系统性能不稳定、功耗过高、通用性不强、可靠性不强等缺陷。本文采用AT89S8252芯片设计了一款功耗低、性能稳定可靠、通用性强的水情测报遥测终端,在水情自动测报站点中的使用达到水文信息化的技术要求。

  1 系统总体设计

  系统在硬件电路设计采用主从结构,即:主模块(RTU)满足水情测报终端的基本功能要求;从模块是基于不同水情测站的技术要求而扩展的一些功能模块,从而提高了RTU扩展灵活性和通用性。

  2 硬件设计

  低功耗水情遥测终端采用AT89S8252芯片,它带有8K的FLASH和2K的EEPROM。硬件逻辑结构上由水位接口电路、雨量接口电路、电源电路、编程器电路、通信接121电路(RS485、RS232和超短波电台电路)、片选电路、看门狗以及实时时钟电路组成。硬件逻辑结构图如图1所示。

  系统采用浮子式WFH-2型全量机械编码水位计和翻斗式JDZ-05型雨量计,水位接口电路和雨量接121电路分别与它们相匹配。

 

  图1 硬件结构图

  2.1电源电路设计

  为实现系统低功耗功能,在电源电路上分为值守电源电路和受控电源电路进行设计。

  值守电源电路向WDT、RTC、雨量接口电路以及CPU供电;受控电源电路向通信接口电路(RS485、RS232和超短波电台电路)、片选电路及水位接口电路供电。

  遥测终端在值守状态下,CPU处于掉电工作模式,只有WDT、RTC以及雨量接口电路处于工作状态,其它外围电路部分处于断电状态,此时数传终端的值守电流

  2.2通信接口电路设计

  根据目前水情测报的技术要求.以及未来发展趋势,在RTU上设计了RS485、RS232、超短波电台=三种通信接口。从模块通过这三种通信接口与RTU进行通信。实现了RTU的灵活扩展和通用性增强。

  通过RS485可以挂接一些水情采集类模块等;通过RS232可以和自由串口类模块进行通信(比如GPRS、GSM、无线射频模块等),使RTU满足不同通信要求的应用;超短波电台通信方式目前还使用比较广泛,所以单独设计超短波电台接口电路,以满足在使用超短波电台发送数据的地区使用。

  由于AT89S8252芯片只有一个UART口,所以在三种通信接口前增加了一个片选电路,通过片选电路来实现三种通信方式的不同应用场合,增加了RTU使用的灵活性。

  2.3编程器电路设计

  键盘以及显示电路都设计在编程器电路中,以从模块的结构方式和RTU进行通信。系统设置的参数存储在AT89S8252芯片的2K的EEPROM中。编程器也通过片选电路和RTU通信,采用串口通信方式。编程器通过握手信号使RTU从掉电模式进入工作模式,从而实现对RTU进行参数设置、数据显示、发送数据等功能。

  3 软件设计

  RTu低功耗的特性,主要通过软件控制来实现,软件流程图如图2所示。

  图2软件流程图

  RTU平时工作在掉电模式,通过外部中断方式唤醒进人工作状态。AT89S8252CPU的中断0分配给雨量电路,中断1分配给RTC。

  雨量接口电路信号中断唤醒CPU,使R11J进入工作状态,发送完雨量信号后立即又使BTU进人值守状态。

  RTC每秒中断   唤醒CPU,使CPU进入工作模式,判别是否有编程器握手信号,若有则通过串口和编程器通信:1.参数设置模式时,受控电源电路关闭,外围电路不工作,仅仅只有编程器和CPU通信进行参数设置;2发送、显示数据模式时,受控电源电路开启.RTU进入工作状态,采集水情参数并通过串口发送到编程器上显示并发送到上位机。然后判别系统定时工作时间是否到达,若到达则开启受控电源电路,RTU进入工作状态。

  4 结束语

  本文作者的创新点:设计了受控电源电路,实现了水情遥测终端的低功耗,稳定性可靠;设计了RS485、RS232、超短波电台j=种通信接I=1,实现了RTU的灵活扩展和通用性增强,满足了不同通讯方式的应用场合。

  建湖水情自动测报项目采用该RTU,在实际的运用中,取得了良好的效果。该水情自动测报项目中给该RTU配备的蓄电池为100Ah,太阳能为15W,采用超短波通信方式进行数据传输。在值守状态下RTU值守电流

  低功耗水情遥测终端的研制,完全满足目前水情自动测报的技术要求,该水情遥测终端已经应用于江苏、广东、福建等一些水利部门和水库的综合项目中.系统性能可靠稳定,在这些综合项目中发挥着应有的作用,产生的经济效益已达百万元之多。由于其功耗低和扩展的灵活性,在未来的无线通信技术发展下也有着广阔的应用前景。


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