基于AVR和無(wú)線(xiàn)技術(shù)的遠(yuǎn)程水情監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：設(shè)計(jì)了一種基于AVR和無(wú)線(xiàn)技術(shù)的水情監(jiān)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)要介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的功能要求、設(shè)計(jì)要求以及關(guān)鍵設(shè)備硬件設(shè)計(jì)。采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水情數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸及整編處理，是實(shí)現(xiàn)水資源合理利用、防洪抗旱、提高水文工作自動(dòng)化管理水平的有效手段。本系統(tǒng)具有硬件電路簡(jiǎn)單可靠，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確便捷，對(duì)水情監(jiān)測(cè)提供了幫助。
關(guān)鍵詞：水情監(jiān)控；無(wú)線(xiàn)技術(shù)；AVR單片機(jī)；雨量計(jì)

為了提高我國(guó)水資源的管理水平，更好地監(jiān)控水利工程的安全運(yùn)行，最大限度地合理利用水資源，提高水資源的利用率，充分發(fā)揮工程效益，興建該監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)，可有效地改善管理人員的工作條件和減輕其勞動(dòng)強(qiáng)度。遠(yuǎn)程水情監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水情數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸及整編處理，是實(shí)現(xiàn)水資源合理利用、防洪抗旱、提高水文工作自動(dòng)化管理水平的有效手段。針對(duì)我國(guó)水資源自動(dòng)
化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景，與時(shí)俱進(jìn)，基于無(wú)線(xiàn)通信方式，設(shè)計(jì)了適用于水利工程的無(wú)線(xiàn)分布式監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)需求分析
該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旨在為各個(gè)水利部門(mén)在實(shí)施水利管理和調(diào)度提供有力的決策和參考依據(jù)，最終達(dá)到充分合理的利用現(xiàn)有水資源和防洪抗旱的目的。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全程自動(dòng)化，主要包括以下幾個(gè)方面：
1)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化：能夠通過(guò)設(shè)計(jì)合適的工作機(jī)制，實(shí)現(xiàn)水利部門(mén)需要的各項(xiàng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，并按照一定的方式存儲(chǔ)；
2)數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化：采集到的數(shù)據(jù)能夠按照事先設(shè)置的方式由系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)化為特定的形式并完成存儲(chǔ)；
3)控制自動(dòng)化：能夠根據(jù)上位機(jī)發(fā)來(lái)的閘門(mén)控制命令，自動(dòng)的控制閘門(mén)完成水位調(diào)節(jié)，直至達(dá)到開(kāi)度值為止。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的功能要求
系統(tǒng)總體由硬件和軟件構(gòu)成，硬件方面包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控模塊、監(jiān)控終端和監(jiān)控計(jì)算機(jī)等。軟件方面主要是指信息管理系統(tǒng)、水資源調(diào)度系統(tǒng)、輔助決策系統(tǒng)以及配合硬件部分實(shí)現(xiàn)功能的軟件等。系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備為測(cè)控模塊和監(jiān)控終端，下面就它們的功能要求介紹如下。
2．1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控模塊
隨著傳感器技術(shù)逐步走向智能化，其內(nèi)部的硬件功能更加強(qiáng)大。自帶的微處理器可以直接把采集到的數(shù)據(jù)參量轉(zhuǎn)化為可用于傳輸?shù)臄?shù)字化信號(hào)，同時(shí)存貯于微處理器內(nèi)部。目前水文數(shù)據(jù)的自動(dòng)觀測(cè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，水文站也改為以無(wú)人值守、巡測(cè)方式為主的工作方式，實(shí)現(xiàn)了信息從采集至傳輸?shù)娜套詣?dòng)化。
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控模塊包括傳感器、單片機(jī)、控制電路和無(wú)線(xiàn)傳輸模塊組成。該單元的具體功能如下：
1)數(shù)據(jù)采集：用于數(shù)據(jù)采集的傳感器將安設(shè)于觀測(cè)場(chǎng)的適當(dāng)位置，根據(jù)設(shè)定的觀測(cè)參數(shù)，定時(shí)或按指令完成監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息的測(cè)量，同時(shí)將采集到的信號(hào)連接至單片機(jī)的信號(hào)處理接口，同時(shí)整個(gè)采集過(guò)程必須控制在20 min以?xún)?nèi)。
2)設(shè)備控制：接收監(jiān)控終端發(fā)來(lái)的控制命令，執(zhí)行相應(yīng)的操作。
3)數(shù)據(jù)傳送：根據(jù)監(jiān)控終端發(fā)出的指令，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)依據(jù)相應(yīng)的通信協(xié)議，傳送到終端節(jié)點(diǎn)。
2．2 監(jiān)控終端
監(jiān)控終端作為系統(tǒng)的脊梁，在實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)，按照本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通信方案，完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控模塊的數(shù)據(jù)采集和閘門(mén)的啟閉控制。經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)，每隔一定的時(shí)間間隔，通過(guò)GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，保證與上位機(jī)間的雙向通訊。主要技術(shù)指標(biāo)包括以下幾個(gè)方面：
1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：對(duì)于閘位值實(shí)時(shí)巡測(cè)，指定監(jiān)控點(diǎn)降雨量監(jiān)測(cè)；
2)實(shí)時(shí)控制：能按照當(dāng)前的運(yùn)行控制方式和預(yù)定的決策參數(shù)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，以滿(mǎn)足閘門(mén)的實(shí)時(shí)控制要求。
3)信號(hào)采集處理：負(fù)責(zé)識(shí)別各個(gè)從節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)，并將其臨時(shí)存貯。同時(shí)進(jìn)行水位檢查，如果當(dāng)前水位超限，進(jìn)行信息上報(bào)；
4)數(shù)據(jù)顯示：實(shí)現(xiàn)監(jiān)控終端的LCD顯示屏，能顯示所采集到的信息以及設(shè)備狀態(tài)；
5)電源管理：對(duì)于蓄電池供電的節(jié)點(diǎn)，為保證系統(tǒng)運(yùn)行，值守狀態(tài)下，不進(jìn)行任何操作的電路應(yīng)處于休眠狀態(tài)，除實(shí)時(shí)鐘部件和低功耗紙板電路；
6)數(shù)據(jù)通信：與上位機(jī)進(jìn)行連接，獲取各種命令，定時(shí)與測(cè)控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)命令的發(fā)布和獲取命令的響應(yīng)信息。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總原則
原型觀測(cè)是把握系統(tǒng)運(yùn)行性態(tài)、安全系數(shù)的主要手段，同時(shí)可以檢驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和控制水情變化在可操作范圍之內(nèi)。本系統(tǒng)借助自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，更加實(shí)時(shí)、精確、有效地評(píng)估水資源的管理狀況。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則如下：
1)可靠性原則
監(jiān)控系統(tǒng)中，各測(cè)控點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)有效的采集，監(jiān)控終端收集數(shù)據(jù)并可以準(zhǔn)確地發(fā)布控制指令無(wú)疑是系統(tǒng)的核心，這就要求系統(tǒng)硬件具有可靠性較高的數(shù)據(jù)采集和控制能力，并采用有效的通訊方式，系統(tǒng)軟件必須可以及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。我們?cè)诮K端與測(cè)控單元的通信系統(tǒng)中選用了半雙工無(wú)線(xiàn)通信模塊作為網(wǎng)絡(luò)的物理層結(jié)構(gòu)，自主開(kāi)發(fā)了適宜于數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議，實(shí)現(xiàn)了一站多點(diǎn)測(cè)試功能。
2)低功耗原則
考慮監(jiān)控系統(tǒng)野外使用環(huán)境，測(cè)控節(jié)點(diǎn)的能耗必須盡量減少。由于水情信息大部分屬于慢變化類(lèi)型，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量又很少，而通信設(shè)備往往耗電很大，故可以?xún)H當(dāng)需要其工作時(shí)才予以供電，工作結(jié)束后立即切斷電源。因此測(cè)控模塊應(yīng)具備休眠功能設(shè)計(jì)，在不采集數(shù)據(jù)和通信時(shí)可以下電，盡量降低測(cè)控模塊的功耗。
3)可擴(kuò)展性原則
為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)靈活擴(kuò)展性應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，復(fù)雜的功能依靠若干模塊的組合來(lái)完成，每個(gè)模塊僅具有簡(jiǎn)單的功能。傳感器接口和通信接口擴(kuò)展能力是最主要的兩個(gè)指標(biāo)，可以通過(guò)增加串行接口實(shí)現(xiàn)。在具體設(shè)計(jì)電路時(shí)也應(yīng)該留有余地，便于以后修改。
4)經(jīng)濟(jì)性原則
在滿(mǎn)足功能需求的前提下，系統(tǒng)越簡(jiǎn)單，價(jià)格也越便宜。一個(gè)好的測(cè)控模塊或監(jiān)控終端在經(jīng)濟(jì)上一定要是最合理的，而不一定是最先進(jìn)最復(fù)雜的。因此設(shè)計(jì)時(shí)要考慮性?xún)r(jià)比，功能模板的MCU應(yīng)選用通用型號(hào)以滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性的要求，元器件的選型也應(yīng)兼顧可靠性同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)
考慮到系統(tǒng)的工作環(huán)境以及用于采集水位、雨量和閘位等信息的傳感器距離都不遠(yuǎn)，容易置于同一無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)的輻射區(qū)域內(nèi)。因此從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由3部分組成：上位機(jī)、監(jiān)控終端(主節(jié)點(diǎn))和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控模塊(從節(jié)點(diǎn))。系統(tǒng)基本組成如圖1所示。

上位機(jī)負(fù)責(zé)連接各個(gè)監(jiān)控終端，并將由管理員設(shè)置的各種采集命令轉(zhuǎn)化為監(jiān)控終端可以接受的形式發(fā)送至監(jiān)控終端，并能識(shí)別由監(jiān)控終端傳來(lái)的響應(yīng)信號(hào)，如果是數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給入庫(kù)處理部分；如果是響應(yīng)報(bào)文，就將其傳送給界面處理部分。同時(shí)該部分還需要記錄操作日志，對(duì)管理員進(jìn)行的各項(xiàng)操作以及采集過(guò)程中發(fā)生的各種異常事件進(jìn)行記錄，供管理員以后查詢(xún)。
監(jiān)控終端主要負(fù)責(zé)定時(shí)與中心站進(jìn)行連接，并能識(shí)別其傳來(lái)的各種命令，根據(jù)命令進(jìn)行響應(yīng)操作。如果是數(shù)據(jù)采集命令，將數(shù)據(jù)封裝成規(guī)定格式，發(fā)送給上位機(jī)；如果是操作命令，就進(jìn)行相應(yīng)操作，在操作完成之后，并將操作的結(jié)果返回給上位機(jī)。
測(cè)控模塊負(fù)責(zé)識(shí)別各類(lèi)傳感器的信號(hào)，采集并將其轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)形式，并能臨時(shí)存儲(chǔ)。同時(shí)根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，接收監(jiān)控終端發(fā)來(lái)的命令，完成數(shù)據(jù)傳輸或閘門(mén)電路啟閉控制。

5 系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)是軟硬件的綜合體，設(shè)計(jì)中注重軟硬件的功能分配。系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備是指現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控模塊(從節(jié)點(diǎn))和監(jiān)控終端(主節(jié)點(diǎn))，主要包含數(shù)據(jù)采集單元、閘門(mén)控制電路、電源、無(wú)線(xiàn)收發(fā)單元以及其它外圍電路。系統(tǒng)采用分層的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，底層控制電路由AVR單片機(jī)負(fù)責(zé)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)從節(jié)點(diǎn)以及閘門(mén)啟閉電路的控制，并負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行通訊。根據(jù)各部分的功能要求。
5．1 從節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
從節(jié)點(diǎn)主要包括4個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集單元(傳感器)、控制單元(繼電器電路)、數(shù)據(jù)傳輸單元(SI4431PA)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘，如圖2所示。

5．1．1 數(shù)據(jù)采集單元
傳感器作為信息采集的主力軍，擔(dān)任著對(duì)水情和閘位多方面的參數(shù)測(cè)量。主要的傳感器有水位計(jì)、雨量計(jì)和閘位傳感器。測(cè)點(diǎn)的環(huán)境一般情況下很惡劣，傳感器會(huì)被暴露在水中或大氣中，因此必須能夠有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力和易維護(hù)特性。
1)雨量傳感器
系統(tǒng)選用DY1090A型翻斗式雨量計(jì)，主要由簡(jiǎn)身、底座和內(nèi)部翻斗3部分構(gòu)成。雨量分辨率為1 mm，測(cè)量準(zhǔn)確度為±3％，觸點(diǎn)接觸次數(shù)可達(dá)107次。工作原理為：降水進(jìn)入筒身上部的承雨口首先經(jīng)過(guò)防蟲(chóng)網(wǎng)過(guò)濾并清除污物，接著進(jìn)入翻斗。當(dāng)翻斗內(nèi)的水量達(dá)到規(guī)定量時(shí)，翻斗立即自行翻轉(zhuǎn)。在翻斗翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，磁鋼和干簧管會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使得干簧管接點(diǎn)處的狀態(tài)改變，輸出電信號(hào)。輸出的是干簧管機(jī)械接觸的通斷狀態(tài)，接出的兩根連接線(xiàn)組成開(kāi)關(guān)量輸出。干簧管通斷信號(hào)一次代表翻斗翻轉(zhuǎn)一次，即代表一個(gè)分辨率的雨量。雨量傳感器本身輸出為開(kāi)關(guān)信號(hào)，連接至單片的引腳，利用計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)低電平次數(shù)，當(dāng)然在每次讀取后應(yīng)及時(shí)復(fù)位該芯片。翻斗式雨量計(jì)本身是無(wú)需電源供電便能工作的，由于在使用時(shí)要產(chǎn)生、處理和接收信號(hào)，因此仍需外部電源，但是可以跟系統(tǒng)其它設(shè)備共用電源。
2)水位／閘位傳感器
進(jìn)行水位自動(dòng)測(cè)量時(shí)，傳統(tǒng)的用于人工觀讀的水尺和浮子式自記水位計(jì)已不能勝任，因?yàn)樗鼈兊乃惠敵霾荒芙尤胱詣?dòng)化測(cè)量設(shè)備。現(xiàn)有的遙測(cè)水位計(jì)的感應(yīng)方式主要有浮子式、壓力式或是非接觸式等。本系統(tǒng)選用南京水利水文自動(dòng)化研究所研制的WFH-2型水位傳感器。WFH-2型水位計(jì)水位分辨率為1 cm，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、穩(wěn)定性同時(shí)價(jià)格較便宜，更重要的是它是無(wú)源的，不易受外界干擾，無(wú)掉電、雷擊危險(xiǎn)，長(zhǎng)期準(zhǔn)確運(yùn)行時(shí)不需要特別的維護(hù)。其工作原理是：在水位測(cè)站水位計(jì)井臺(tái)的測(cè)井中，安裝一個(gè)浮子，作為水位感測(cè)元件。水位發(fā)生變化時(shí)，浮子靈敏地響應(yīng)水位變化并作相應(yīng)的漲落運(yùn)動(dòng)，同時(shí)把此水位漲落的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)借助懸索傳遞給水位輪，使水位輪產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)，并準(zhǔn)確地將直線(xiàn)位移換為相應(yīng)的角位移量。水位輪樞軸就是軸角編碼器輸入軸，因此，當(dāng)水位旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，軸角編碼器已將水位模擬量A轉(zhuǎn)換，并編碼成相應(yīng)的數(shù)字編碼D。
5．1．2 單片機(jī)
單片機(jī)作為節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的控制中心，主要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集以及閘門(mén)啟閉控制。因此，MCU必須考慮指令執(zhí)行速度、功率消耗、強(qiáng)大的外圍電路和可用存儲(chǔ)空間等因素。
綜合節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要求，對(duì)于MCU的主要要求為：1)由于系統(tǒng)是建立是實(shí)時(shí)采集的基礎(chǔ)上，因此對(duì)于單片機(jī)的處理速度要求比較高；2)系統(tǒng)采用周期性休眠喚醒的工作調(diào)度方式，而大部分時(shí)間來(lái)講，節(jié)點(diǎn)是處于休眠狀態(tài)的，因此對(duì)于睡眠模式的功耗盡量要低；3)節(jié)點(diǎn)供電方式為蓄電池供電，因此芯片功耗應(yīng)盡可能低。
本系統(tǒng)選用Atmega169L，電源管理方面，Atmega169L采用3．3 V供電電壓，已具備基本低功耗要求，對(duì)于典型功耗情況，WDT關(guān)閉時(shí)為100hA，適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備。Atmega169L單片機(jī)以時(shí)鐘周期為指令周期，16 MHz時(shí)性能可達(dá)16MIPS。單片機(jī)的FLASH、EEPROM蓄存器都可以反復(fù)燒寫(xiě)、支持在ISP在線(xiàn)編程(燒寫(xiě))；片內(nèi)集成多種功能電路，電路設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單；單片機(jī)具有休眠省電功能(POWERDOWN)及閑置(IDLE)低功耗功能，一般耗電在1～2．5 mA，電源抗干擾性強(qiáng)，可降低一般8位機(jī)中軟件抗干擾的設(shè)計(jì)工作量和硬件的使用量。本系統(tǒng)主要用到功能包括SPI、USART、中斷、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器等。
5．2 主節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
監(jiān)控終端針對(duì)分布距離遠(yuǎn)且分散的系統(tǒng)，承載著數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)和通信控制等任務(wù)。傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量經(jīng)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊發(fā)送后，進(jìn)入監(jiān)控終端MCU的數(shù)字量輸入口。其主要由AVR微處理器、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、GPRS模塊、顯示模塊、時(shí)鐘模塊等構(gòu)成，由無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊采集到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)后，輸送到AVR微處理器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息，經(jīng)GPRS模塊發(fā)射到監(jiān)控中心；監(jiān)控中心發(fā)來(lái)的控制信號(hào)由GPRS模塊接收，傳送到AVR微處理器轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，監(jiān)控終端再將這些命令傳送至從節(jié)點(diǎn)，完成取數(shù)或設(shè)備控制的操作。可實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷地對(duì)監(jiān)控對(duì)象實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，適用于地理環(huán)境惡劣、無(wú)人值守的監(jiān)控環(huán)境。由于監(jiān)控終端的功能要求較高，因此在單片機(jī)選型上，選擇功能更為強(qiáng)大的ATmega1280，總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。
5．3 人機(jī)接口模塊
監(jiān)控系統(tǒng)中，為方便管理人員查詢(xún)已經(jīng)采集到的數(shù)據(jù)以及檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可以通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)終端設(shè)備內(nèi)部的參數(shù)、功能等進(jìn)行快速設(shè)置，再加上液晶顯示屏的數(shù)據(jù)顯示，體現(xiàn)了人機(jī)交互的友好性。
5．3．1 鍵盤(pán)
系統(tǒng)采用了簡(jiǎn)單鍵盤(pán)進(jìn)行時(shí)間調(diào)整、菜單選擇和輸入控制參數(shù)等操作，鍵值與按鍵功能對(duì)應(yīng)關(guān)系為OK、FUNCTION、UP、DOWN、LEFT、RIGHT和ESC。由于芯片I／O口有限，系統(tǒng)將選用PCF8574作為I／O輸出的擴(kuò)展芯片。PCF8574是單片的CMOS電路，具有8位準(zhǔn)雙向口和I2C總線(xiàn)接口。具有功耗低，輸出鎖存，驅(qū)動(dòng)能力大等特點(diǎn)，同時(shí)存在中斷請(qǐng)求線(xiàn)，可直接連到單片機(jī)的中斷輸入端。
5．3．2 LCD顯示
為了更直觀的看到采集到的信息，系統(tǒng)使用LCD顯示器用于顯示水位、雨量、采集時(shí)間、站號(hào)和通訊設(shè)備狀態(tài)等信息。為滿(mǎn)足系統(tǒng)顯示要求，專(zhuān)門(mén)定做了4x40的LCD顯示屏，電路設(shè)計(jì)時(shí)，使用單片通用低復(fù)用率LCD驅(qū)動(dòng)器PCF8576D，它可為任何靜態(tài)或多路LCD提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，帶電壓跟隨緩沖器的內(nèi)部LCD偏壓電路，40x4的RAM顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，含有4路背電極輸出和40路段輸出，同時(shí)無(wú)需連接外部元器件，通過(guò)雙向“二線(xiàn)”的I2C總線(xiàn)與MCU進(jìn)行通信，電路更加簡(jiǎn)單。將芯片的OSC與VSS引腳相連來(lái)使用內(nèi)部振蕩，器件內(nèi)部可產(chǎn)生多路復(fù)用LCD所需的合適偏壓。最后將各種電源信號(hào)以及所選的LCD電源輸入連接好就可完成系統(tǒng)應(yīng)用的連接。電路如圖4所示。

5．4 時(shí)鐘電路
RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)芯片的主要功能是對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒等的計(jì)時(shí)，通過(guò)外部接口為MCU系統(tǒng)提供日歷和時(shí)鐘，因此實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片最基本的部件應(yīng)該包含；電源電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、通信接口、控制邏輯電路等，同時(shí)大多數(shù)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘還會(huì)提供一些額外的RAM。實(shí)時(shí)時(shí)鐘的具體結(jié)構(gòu)組成如圖5所示。

5．5 GPRS通信模塊
監(jiān)控終端站數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，將數(shù)據(jù)發(fā)送至中心站，為確保通信鏈路的暢通，系統(tǒng)選用GPRS模塊作為通信信道。監(jiān)控終端站采用CPRS實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)通信，因此終端在配備GRRS通信模塊的同時(shí)需要開(kāi)通GPRS業(yè)務(wù)的SIM卡。監(jiān)控站通信模塊上電之后，將會(huì)自動(dòng)登錄到GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，接著按照規(guī)定的撥號(hào)要求登錄GPRS移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)中心CMNET，顯示登錄成功界面即表示監(jiān)控站已經(jīng)連接至互聯(lián)網(wǎng)，此時(shí)就可以依照TCP／IP協(xié)議傳輸采集到的數(shù)據(jù)。
一般情況下，移動(dòng)公司會(huì)給各個(gè)監(jiān)控站的GPRS通信模塊分配動(dòng)態(tài)的IP地址，中心站需要配置一臺(tái)能夠申請(qǐng)到固定IP地址的GPRS通信模塊用于接收數(shù)據(jù)，同樣也可以通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)與移動(dòng)中心進(jìn)行連接。當(dāng)監(jiān)控站的規(guī)模較大時(shí)，采用這種結(jié)構(gòu)可以有效地減少傳輸時(shí)延。規(guī)模較小的水清測(cè)報(bào)系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，為減低運(yùn)行費(fèi)用，可以選用GPRS流量計(jì)費(fèi)方式。

6 結(jié)束語(yǔ)
本監(jiān)控系統(tǒng)具有高可靠性、低功耗、可擴(kuò)展和經(jīng)濟(jì)性的系統(tǒng)電路，使得整個(gè)系統(tǒng)的性能得到很大的提高。同時(shí)充分利用AVR單片機(jī)的強(qiáng)大特性，使得水情信息采集可加方便快捷，為測(cè)量結(jié)果的后期處理與水情監(jiān)測(cè)帶來(lái)了極大的便利。本系統(tǒng)已部分應(yīng)用于某公司的水情監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)用表明，該系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確，方便耐用，有良好的經(jīng)濟(jì)性能，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。