電路圖天天讀（22）：智能水文監控系統模塊電路

　　水位、水溫、流速等水文數據的測量一直是水電站部門(mén)的重點(diǎn)，目前，國內水文采集系統功能多以數據的采集和傳輸為主，少有根據現場(chǎng)的水情自動(dòng)控制水利設備的功能。設計的智能水文監控系統可以由水文管理者通過(guò)主控計算機設置水位的上下限，以實(shí)現自動(dòng)控制水利設備的運轉;也可以在網(wǎng)絡(luò )出現故障時(shí)直接在現場(chǎng)通過(guò)按鍵進(jìn)行上下限設置;目前國內同類(lèi)產(chǎn)品中少有對智能監控系統進(jìn)行自檢的功能。本系統可以隨時(shí)通過(guò)上位機軟件設定的模擬水位信號對不同位置的智能監控系統進(jìn)行檢查，確定數據是否誤差過(guò)大，以保證數據的安全和可靠性。

　　數據采集前端AD電路模塊

　　通常水文信息的采集多使用不同公司開(kāi)發(fā)的各種傳感器，其中一些傳感器的輸出量直接為開(kāi)關(guān)量或數字信號，但是很多類(lèi)傳感器的輸出是反應被測的非電量的模擬電壓或模擬電流信號，這類(lèi)傳感器輸出的模擬電壓或電流信號需要轉換為相對應的數字信號才可以被微控制器處理。因此本系統設計了用于模數轉換的功能模塊，該模塊使用的A/D轉換器是TI公司生產(chǎn)的10 位模擬轉換串行器件TLC1549］。TLC1549以串行方式送給單片機，TLC1549的三個(gè)控制管腳與單片機P1口的P1.7（數字信號的輸出端）、 P1.6（時(shí)鐘）、P1.5（片選）三個(gè)通用I/O相連，構成串行接口，由單片機內部程序產(chǎn)生時(shí)鐘，控制單片機與TLC1549的數據傳送。單片機與 TLC1549的接口電路如圖2所示：

　　RS485接口模塊

　　智能監控系統測量終端同時(shí)設計了RS-485現場(chǎng)總線(xiàn)的結構方式。對系統間可能出現的干擾，采用了光電隔離技術(shù)。本系統應用的現場(chǎng)環(huán)境一般都很惡劣，存在的各方面干擾常導致系統難以正常工作的可能情況，系統設計時(shí)采用了專(zhuān)用的電源監控電路微處理芯片（MAX813）進(jìn)行了抗干擾處理。在整體設計中，考慮到水利數據信息的采集和水利設備的控制兩者之間功能差異可能較大，數據采集的設備一般為弱電設備，電壓多為0V，而水利設備的控制多為市電220V甚至 380V的電壓，屬于強電控制電路，為避免系統間的干擾，監控儀的繼電器控制板和與連接強電設備的繼電器板分開(kāi)在不同的電路上，二者通過(guò)數據線(xiàn)進(jìn)行連接 。

　　RS485模塊主要用于水利設備和控制器模塊之間的數據傳輸，對于某個(gè)水文站的水文測量信息，往往現場(chǎng)測試點(diǎn)與另一個(gè)測試點(diǎn)相距較遠。例如，水位、水溫、流速等自動(dòng)測量設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?jì)x器則安裝在河流岸邊不遠的觀(guān)察站場(chǎng)內即可。RS485模塊設備簡(jiǎn)單可靠、價(jià)格低廉、組網(wǎng)靈活、便于維護、抗干擾能力強、通信距離遠。目前國內的信息采集設備都提供RS485總線(xiàn)接口。水利設備采集的水文數據通過(guò)RS485 模塊轉換為物理鏈路層數據流，微控制器發(fā)送的命令也通過(guò)RS485模塊輸出給水利設備。RS485模塊的電路原理圖3如下：

　　上圖中，水利設備數據通過(guò)雙絞線(xiàn)485A和485B作為信號傳輸線(xiàn)，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(xiàn)路的浪涌干擾，485T為數據的發(fā)送端，485R為數據接收端，485EN為模塊的使能控制端。

　　TCP轉RS232串口模塊

　　該接口模塊采用NePort-EN嵌入式設備聯(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)數據接收設備。并且提供1到3個(gè)高速串口，波特率可達921600bps。NePort同時(shí)提供RS232/422/485接口可與任何串口設備連接，也可以模擬 MODEN可使目前已存在的網(wǎng)絡(luò )應用設備與IP網(wǎng)絡(luò )連接。NePort包含一個(gè)波特率達460kbps的3.3V COMS邏輯電平（可承受5V） 的高性能串口、電源、復位、時(shí)鐘。通常將它與設備內部的帶有串行接口器件相聯(lián)（MCU、DSP），以便將本地串口、IO的數據與局域網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)接，實(shí)現設備到設備的數據服務(wù)。

　　串口使用電纜來(lái)傳輸較遠距離，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換/接口芯片。由于NePort的電源是3.3V，因此在設計中采用了低壓差電壓調節器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)評分析：

　　單片機控制方便、使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。采用STC89LE54單片機作為水位檢測系統的控制核心，結合傳感器應用技術(shù)，利用模數轉換電路檢測轉換后的水位模擬信號，實(shí)現水位、溫度的實(shí)時(shí)測量和顯示。同時(shí)，智能水文監控系統中的終端監控器上配置的鍵盤(pán)可以設置、查詢(xún)水位上、下限和實(shí)時(shí)水位，實(shí)時(shí)測量時(shí)，根據事先設定的上下限比較，當實(shí)際水位數據超上、下限終端控制器進(jìn)行報警，并自動(dòng)控制閘門(mén)電機運轉，系統通過(guò)TCP/IP 模塊走M(jìn)ODBUS工業(yè)總線(xiàn)協(xié)議與主機進(jìn)行通信，將實(shí)時(shí)采集的水文信息上傳到主機。同時(shí)系統終端利用LCD 顯示、聲音、鍵盤(pán)輸入模塊進(jìn)行人機交互。

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