電路圖天天讀（22）：智能水文監(jiān)控系統(tǒng)模塊電路

　　水位、水溫、流速等水文數(shù)據(jù)的測量一直是水電站部門的重點(diǎn)，目前，國內(nèi)水文采集系統(tǒng)功能多以數(shù)據(jù)的采集和傳輸為主，少有根據(jù)現(xiàn)場的水情自動(dòng)控制水利設(shè)備的功能。設(shè)計(jì)的智能水文監(jiān)控系統(tǒng)可以由水文管理者通過主控計(jì)算機(jī)設(shè)置水位的上下限，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制水利設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn);也可以在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)直接在現(xiàn)場通過按鍵進(jìn)行上下限設(shè)置;目前國內(nèi)同類產(chǎn)品中少有對(duì)智能監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行自檢的功能。本系統(tǒng)可以隨時(shí)通過上位機(jī)軟件設(shè)定的模擬水位信號(hào)對(duì)不同位置的智能監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確定數(shù)據(jù)是否誤差過大，以保證數(shù)據(jù)的安全和可靠性。

　　數(shù)據(jù)采集前端AD電路模塊

　　通常水文信息的采集多使用不同公司開發(fā)的各種傳感器，其中一些傳感器的輸出量直接為開關(guān)量或數(shù)字信號(hào)，但是很多類傳感器的輸出是反應(yīng)被測的非電量的模擬電壓或模擬電流信號(hào)，這類傳感器輸出的模擬電壓或電流信號(hào)需要轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)才可以被微控制器處理。因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了用于模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能模塊，該模塊使用的A/D轉(zhuǎn)換器是TI公司生產(chǎn)的10 位模擬轉(zhuǎn)換串行器件TLC1549］。TLC1549以串行方式送給單片機(jī)，TLC1549的三個(gè)控制管腳與單片機(jī)P1口的P1.7（數(shù)字信號(hào)的輸出端）、 P1.6（時(shí)鐘）、P1.5（片選）三個(gè)通用I/O相連，構(gòu)成串行接口，由單片機(jī)內(nèi)部程序產(chǎn)生時(shí)鐘，控制單片機(jī)與TLC1549的數(shù)據(jù)傳送。單片機(jī)與 TLC1549的接口電路如圖2所示：

　　RS485接口模塊

　　智能監(jiān)控系統(tǒng)測量終端同時(shí)設(shè)計(jì)了RS-485現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)方式。對(duì)系統(tǒng)間可能出現(xiàn)的干擾，采用了光電隔離技術(shù)。本系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)場環(huán)境一般都很惡劣，存在的各方面干擾常導(dǎo)致系統(tǒng)難以正常工作的可能情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用了專用的電源監(jiān)控電路微處理芯片（MAX813）進(jìn)行了抗干擾處理。在整體設(shè)計(jì)中，考慮到水利數(shù)據(jù)信息的采集和水利設(shè)備的控制兩者之間功能差異可能較大，數(shù)據(jù)采集的設(shè)備一般為弱電設(shè)備，電壓多為0V，而水利設(shè)備的控制多為市電220V甚至 380V的電壓，屬于強(qiáng)電控制電路，為避免系統(tǒng)間的干擾，監(jiān)控儀的繼電器控制板和與連接強(qiáng)電設(shè)備的繼電器板分開在不同的電路上，二者通過數(shù)據(jù)線進(jìn)行連接 。

　　RS485模塊主要用于水利設(shè)備和控制器模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)于某個(gè)水文站的水文測量信息，往往現(xiàn)場測試點(diǎn)與另一個(gè)測試點(diǎn)相距較遠(yuǎn)。例如，水位、水溫、流速等自動(dòng)測量設(shè)備安裝在河流不同測量斷面的岸邊，而有些諸如雨量、氣溫等自動(dòng)測量儀器則安裝在河流岸邊不遠(yuǎn)的觀察站場內(nèi)即可。RS485模塊設(shè)備簡單可靠、價(jià)格低廉、組網(wǎng)靈活、便于維護(hù)、抗干擾能力強(qiáng)、通信距離遠(yuǎn)。目前國內(nèi)的信息采集設(shè)備都提供RS485總線接口。水利設(shè)備采集的水文數(shù)據(jù)通過RS485 模塊轉(zhuǎn)換為物理鏈路層數(shù)據(jù)流，微控制器發(fā)送的命令也通過RS485模塊輸出給水利設(shè)備。RS485模塊的電路原理圖3如下：

　　上圖中，水利設(shè)備數(shù)據(jù)通過雙絞線485A和485B作為信號(hào)傳輸線，在485A、485B之間串聯(lián)一只10K的電阻，同時(shí)與地之間各跨接一個(gè)5V的二極管，以消除線路的浪涌干擾，485T為數(shù)據(jù)的發(fā)送端，485R為數(shù)據(jù)接收端，485EN為模塊的使能控制端。

　　TCP轉(zhuǎn)RS232串口模塊

　　該接口模塊采用NePort-EN嵌入式設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，NePort擁有10M/100M的以太網(wǎng)接口，并可同時(shí)傳送TCP/UDP包給多個(gè)數(shù)據(jù)接收設(shè)備。并且提供1到3個(gè)高速串口，波特率可達(dá)921600bps。NePort同時(shí)提供RS232/422/485接口可與任何串口設(shè)備連接，也可以模擬 MODEN可使目前已存在的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)備與IP網(wǎng)絡(luò)連接。NePort包含一個(gè)波特率達(dá)460kbps的3.3V COMS邏輯電平（可承受5V） 的高性能串口、電源、復(fù)位、時(shí)鐘。通常將它與設(shè)備內(nèi)部的帶有串行接口器件相聯(lián)（MCU、DSP），以便將本地串口、IO的數(shù)據(jù)與局域網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備到設(shè)備的數(shù)據(jù)服務(wù)。

　　串口使用電纜來傳輸較遠(yuǎn)距離，需采用符合RS232或RS422/485電平的方式傳送。所以需要使用一片電平轉(zhuǎn)換/接口芯片。由于NePort的電源是3.3V，因此在設(shè)計(jì)中采用了低壓差電壓調(diào)節(jié)器LM1117器件。接口電路圖如下圖4所示。

電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評(píng)分析：

　　單片機(jī)控制方便、使用簡單等特點(diǎn)。采用STC89LE54單片機(jī)作為水位檢測系統(tǒng)的控制核心，結(jié)合傳感器應(yīng)用技術(shù)，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路檢測轉(zhuǎn)換后的水位模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)水位、溫度的實(shí)時(shí)測量和顯示。同時(shí)，智能水文監(jiān)控系統(tǒng)中的終端監(jiān)控器上配置的鍵盤可以設(shè)置、查詢水位上、下限和實(shí)時(shí)水位，實(shí)時(shí)測量時(shí)，根據(jù)事先設(shè)定的上下限比較，當(dāng)實(shí)際水位數(shù)據(jù)超上、下限終端控制器進(jìn)行報(bào)警，并自動(dòng)控制閘門電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)通過TCP/IP 模塊走M(jìn)ODBUS工業(yè)總線協(xié)議與主機(jī)進(jìn)行通信，將實(shí)時(shí)采集的水文信息上傳到主機(jī)。同時(shí)系統(tǒng)終端利用LCD 顯示、聲音、鍵盤輸入模塊進(jìn)行人機(jī)交互。

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