基于單片機(jī)控制的降雨量實時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

劉圖 李棠 王晰

摘 要：當(dāng)前，水安全和水資源問題已經(jīng)成為社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要因素。相對而言，降雨量監(jiān)控工作，對水安全、水資源都具有很大的影響。近幾年，關(guān)于降雨量的實時監(jiān)測討論不斷加深，引起了社會上的廣泛關(guān)注。我國的國土面積相對遼闊，各個地區(qū)的降雨量存在較大的差異，如果能夠?qū)嵤┯行У臋z測，對今后的水安全、水資源控制都具有較大的積極意義。為此，將單片機(jī)控制作為基礎(chǔ)，設(shè)計出良好的降雨量實時監(jiān)測系統(tǒng)，是很有必要的。日后，應(yīng)進(jìn)一步加強該系統(tǒng)的設(shè)計，積極落實到實踐工作中。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；降雨量；監(jiān)測；設(shè)計；系統(tǒng)

1 系統(tǒng)組成

從客觀的角度來分析，單片機(jī)控制的降雨量實時監(jiān)測系統(tǒng)在設(shè)計和實現(xiàn)過程中，應(yīng)首先在系統(tǒng)組成方面做出足夠的努力。文章認(rèn)為，基于單片機(jī)控制的降雨量實時監(jiān)測系統(tǒng)，其最大的優(yōu)勢在于能夠?qū)崟r監(jiān)測，為此，主要設(shè)計了兩個智能雨量采集站RTU，設(shè)計了一個雨量數(shù)據(jù)接受顯示裝置，設(shè)計了配套的數(shù)據(jù)采集裝置、通信裝置、顯示處理軟件等。通過合理的搭配以及實施數(shù)據(jù)分析，完成對降雨量的預(yù)測、分析、總結(jié)，為實際的水資源調(diào)配、水安全管理，提供足夠的依據(jù)和指導(dǎo)。

2 系統(tǒng)硬件

2.1 雨量采集站電路

對于單片機(jī)控制的降雨量實時監(jiān)測系統(tǒng)而言，要想在實際的應(yīng)用中取得較大的積極成果，硬件方面的設(shè)計，是最基礎(chǔ)的部分，因為所有的功能都需要將硬件作為載體來實現(xiàn)，因此不能出現(xiàn)任何的差錯。文章認(rèn)為，雨量采集站電路作為比較基礎(chǔ)和核心的硬件設(shè)備，應(yīng)從以下幾個方面出發(fā)：第一，雨量采集站的電路，必須將單片機(jī)控制作為基礎(chǔ)，本次研究主要選擇89C51單片機(jī)為基礎(chǔ)，并且配合相應(yīng)的控制器、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、電源模塊等等，完成雨量的采集工作，并且對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析、總結(jié)。第二，雨量傳感器的設(shè)計尤為重要。在使用過程中，如果出現(xiàn)了降雨情況，那么傳感器的內(nèi)部機(jī)械裝置，會促使一個干簧管開關(guān)處于接通狀態(tài)，或者是斷開狀態(tài)，電阻會在單片機(jī)的相應(yīng)部位產(chǎn)生脈沖，單片機(jī)通過程序，對脈沖信號進(jìn)行分析和處理，最終有效傳送到基于單片機(jī)控制的降雨量實時監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中。第三，在電路的設(shè)計方面，一般會采用兩種電路來完成?？紤]到雨量采集站的特殊性，因此在兩種電路的設(shè)計上，無太大的差異。但傳輸數(shù)據(jù)時，會定義不同的地址。例如，一種電路會應(yīng)用無交流的市電來完成，另一種電路則會采用太陽能電池板供電完成，確保電力的充足供應(yīng)。

2.2 顯示裝置電路

單片機(jī)控制的降雨量實時監(jiān)測系統(tǒng)的硬件方面，還應(yīng)該在顯示裝置電路的設(shè)計、實現(xiàn)方面做出足夠的努力。該裝置電路，主要是將各種數(shù)據(jù)、信息、結(jié)果有效的呈現(xiàn)在操作人員的面前，并且根據(jù)指示來做出相應(yīng)的防范、調(diào)配措施。結(jié)合以往的工作經(jīng)驗和當(dāng)下的工作標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為在顯示裝置的電路設(shè)計上，可從以下幾個方面出發(fā)：第一，該裝置同樣由型號為89C51的單片機(jī)進(jìn)行核心控制，配合相應(yīng)的控制器、電源模塊、RS-232接口模塊、顯示模塊等等。具體的工作方式，需與當(dāng)?shù)氐墓ぷ饔行ЫY(jié)合。第二，在工作原理方面，主要是與雨量采集站電路高度相同。不同的是，在設(shè)計顯示裝置電路的過程中，應(yīng)進(jìn)一步加強電路的穩(wěn)定性，加強抗干擾性。顯示電路應(yīng)長期處于無人值守的工作狀態(tài)，以此來實現(xiàn)基于單片機(jī)控制的降雨量實時監(jiān)測系統(tǒng)整體的提升。

3 系統(tǒng)軟件

3.1 雨量采集站軟件

基于單片機(jī)控制的降雨量實時監(jiān)測系統(tǒng)在具體的工作中，軟件的作用是不可忽視的。為了能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的“實時監(jiān)測”，必須在雨量采集站的軟件設(shè)計方面，做出足夠的努力。在本次研究中，考慮到單片機(jī)的重要意義，主要設(shè)計了兩個比較大的模塊，分別為主程序模塊、T0定時數(shù)據(jù)發(fā)送中斷服務(wù)子程序模塊。兩個模塊在工作中，實現(xiàn)協(xié)調(diào)配合的效果，促使雨量采集站軟件，可滿足不同的工作環(huán)境，搜集到較多的數(shù)據(jù)、信息。主程序模塊主要對雨量傳感器在下雨時發(fā)出的脈沖進(jìn)行計數(shù)，并將其值保存在指定的單元。而T0中斷服務(wù)子程序模塊主要是完成1s和20s定時，并負(fù)責(zé)每隔20s檢查一次雨量計數(shù)單元，如其值不等于0，則向監(jiān)測室的顯示裝置（上位機(jī)）發(fā)送一次數(shù)據(jù)，否則不發(fā)送數(shù)據(jù)；另外，每隔1s向“看門狗”電路發(fā)一個“喂狗”脈沖。由此可見，雨量采集站的軟件設(shè)計，總體上并不是特別的復(fù)雜，今后的設(shè)計和研究工作，應(yīng)集中在“單片機(jī)”和“實時”兩個方面來完成，促使系統(tǒng)在具體的工作中，可以做出最正確的判斷。

3.2 雨量接收顯示裝置軟件

降雨量的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計、實現(xiàn)，除了在上述的幾項工作中投入較多的精力外，還應(yīng)該在雨量接收顯示裝置軟件方面，完成相應(yīng)的設(shè)計工作。我國近幾年的降雨量發(fā)生了比較顯著的變化，有些地區(qū)的降雨量比較特殊，有些地區(qū)的降雨量則比較突然。此時，需要利用雨量接收顯示裝置軟件，更好的完成降雨量數(shù)據(jù)、信息的準(zhǔn)確接收，并且以最快的速度顯示出來，為工作提供足夠的依據(jù)和指導(dǎo)。值得注意的是，在該方面的設(shè)計中，考慮到的具體影響因素是比較多的。我們在雨量接收顯示裝置軟件的設(shè)計中，主要包括三個模塊，分別為主程序模塊、T0時鐘定時中斷服務(wù)子程序模塊、串口中斷服務(wù)子程序模塊。

主程序模塊負(fù)責(zé)時間的輸入、顯示和降雨量數(shù)據(jù)的顯示以及對面板按鍵的監(jiān)控。T0時鐘定時中斷服務(wù)子程序主要完成1s定時，在1s到時，改變時間顯示數(shù)據(jù)并向“看門狗”電路發(fā)一個“喂狗”脈沖；另外，每天早上8點鐘，把顯示數(shù)據(jù)清0，并將頭一天的降雨量累計值數(shù)據(jù)存入單片機(jī)內(nèi)指定的歷史數(shù)據(jù)保存區(qū)備用。串口中斷服務(wù)子程序負(fù)責(zé)接收兩雨量站發(fā)來的雨量數(shù)據(jù)，經(jīng)變換后送顯示緩沖區(qū)；當(dāng)收到外部PC機(jī)請求傳送數(shù)據(jù)指令時，將單片機(jī)內(nèi)歷史數(shù)據(jù)保存區(qū)的30天降雨量數(shù)據(jù)傳給PC機(jī)，以作長期保存。

總結(jié)：文章對基于單片機(jī)控制的降雨量實時監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計、實現(xiàn)展開討論。從現(xiàn)有的工作來看，我國在設(shè)計基于單片機(jī)控制的降雨量實時監(jiān)測系統(tǒng)時，充分考慮到了國內(nèi)的客觀情況，并且在軟件、硬件的設(shè)計上，均保持了高度的協(xié)調(diào)性。該系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，為相關(guān)單位、機(jī)構(gòu)的水安全、水資源處理工作，提供了足夠的參考和指導(dǎo)，促使我國在“水”方面的處理，相比以往提升了較高的工作水平。

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